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MICP加固花岗岩残积土的渗透特性

土木与环境工程学报(中英文) 2023年

作者：王延宁黄龙剑陈前俞缙刘士雨汕头大学土木与环境工程系广东省结构安全与监测工程技术研究中心中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心

MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数，然而缺少关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算。基于理论推导和试验验证的方法，研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性，提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式。假设MIC... 详细信息

MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数，然而缺少关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算。基于理论推导和试验验证的方法，研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性，提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式。假设MICP的反应速率线性衰减，通过酶促反应动力学方程得到MICP加固土体的CaCO3生成量，估算CaCO3晶体的粒径和个数，从而获得加固后试样的孔隙比、迂曲度和颗粒比表面积，代入修正的Kozeny-Carman方程，得到加固后土体的渗透系数理论表达式。与试验数据对比分析结果表明：CaCO3的产量早期增加快，后期增加变缓并逐渐趋于稳定；MICP加固土体的渗透系数其具有早期降低快，后期趋于平稳的特征。胶结液浓度为0.50、0.75、1.00、1.25 kmol/m3的试样渗透系数最终分别降低了35%、40%、45%和55%。提出的CaCO3含量表达式和渗透系数表达式与试验结果拟合良好，可为微生物加固的设计计算提供参考。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀花岗岩残积土加固 Kozeny-Carman方程胶结作用

靶向激活产脲酶微生物联合酶诱导碳酸盐沉淀加固陆域吹填海砂试验研究

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岩土力学 2022年第8期43卷 2241-2252页

作者：曹光辉刘士雨蔡燕燕俞缙孙志龙华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 中国铁路南昌局集团公司江西南昌330002

生物矿化加固土体方式目前呈现多样化,不同矿化方式又有其各自的局限性,酶诱导碳酸盐沉淀(EICP)缺乏成核位点,而靶向激活产脲酶微生物诱导矿化(生物刺激)加固周期较长、强度较低。针对这些问题,提出生物刺激联合EICP加固土体的矿化方法... 详细信息

生物矿化加固土体方式目前呈现多样化,不同矿化方式又有其各自的局限性,酶诱导碳酸盐沉淀(EICP)缺乏成核位点,而靶向激活产脲酶微生物诱导矿化(生物刺激)加固周期较长、强度较低。针对这些问题,提出生物刺激联合EICP加固土体的矿化方法。以厦门翔安国际机场吹填海砂为试验对象,通过无侧限抗压强度测试(UCS)、碳酸钙生成量测定、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和微生物多样性检测等试验评价并分析联合方法的加固效果。结果表明:(1)生物刺激联合EICP的矿化方式得到更高的UCS,可以达到2300 kPa,大于两者单独矿化的强度之和;(2)生物刺激联合EICP的矿化方式可以促进碳酸钙沉淀生成的同时提高其分布均匀性,并优化碳酸钙的晶体结构;(3)微生物的群落分析表明,生物刺激可以高度激活产脲酶细菌,EICP对部分物种有轻微的刺激作用,生物刺激联合EICP的物种丰富程度、均匀程度则介于EICP和生物刺激之间。

关键词：靶向激活酶诱导碳酸盐沉淀(EICP) 吹填海砂加固微生物群落

靶向激活产脲酶微生物联合EICP加固陆域吹填海砂试验研究

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岩土力学 2022年

作者：曹光辉刘士雨蔡燕燕俞缙孙志龙华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心中国铁路南昌局集团公司

生物矿化加固土体方式目前呈现多样化，不同矿化方式又有其各自的局限性，酶诱导碳酸盐沉淀（EICP）缺乏成核位点，而靶向激活产脲酶微生物诱导矿化（生物刺激）加固周期较长、强度较低。针对这些问题，提出生物刺激联合EICP加固土体的...

生物矿化加固土体方式目前呈现多样化，不同矿化方式又有其各自的局限性，酶诱导碳酸盐沉淀（EICP）缺乏成核位点，而靶向激活产脲酶微生物诱导矿化（生物刺激）加固周期较长、强度较低。针对这些问题，提出生物刺激联合EICP加固土体的矿化方法。以厦门翔安国际机场吹填海砂为试验对象，通过无侧限抗压强度（UCS）、碳酸钙的生成量、SEM、XRD和微生物多样性检测等手段评价并分析联合方法的加固效果。结果表明：（1）生物刺激联合EICP的矿化方式得到更高的UCS，可以达到2 300 kPa，大于两者单独矿化的强度之和；（2）生物刺激联合EICP的矿化方式可以促进碳酸钙沉淀生成的同时提高其分布均匀性，并优化碳酸钙的晶体结构；（3）微生物的群落分析表明，生物刺激可以高度激活产脲酶细菌，EICP对部分物种有轻微的刺激作用，生物刺激联合EICP的物种丰富程度、均匀程度则介于EICP和生物刺激之间。

关键词：

地下工程围岩稳定性模糊综合评价及其应用研究

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地下工程围岩稳定性模糊综合评价及其应用研究

作者：刘士雨华东交通大学

学位级别：硕士

围岩稳定性分类是进行地下结构设计的基础,地下结构的不确定性因素是显著的、客观的和普遍存在的,因此,在围岩稳定性分析中应考虑这些不确定性的影响。以隶属函数为基础的模糊数学方法已经在岩体分类中发挥越来越重要的作用。本文开展... 详细信息

围岩稳定性分类是进行地下结构设计的基础,地下结构的不确定性因素是显著的、客观的和普遍存在的,因此,在围岩稳定性分析中应考虑这些不确定性的影响。以隶属函数为基础的模糊数学方法已经在岩体分类中发挥越来越重要的作用。本文开展该问题的研究具有重要的理论与工程实用价值。首先,在全面深入分析地下结构岩体稳定性影响因素的基础上,确定出其主要影响因素。然后,根据影响因素的层次性和各种影响因素对岩体稳定性分类影响的模糊性特点,引进模糊数学理论,建立地下结构岩体稳定性分类的二级模糊综合评判模型,并解决有关模糊评判隶属度与权向量确定方法及其运算规则等问题,从而建立地下结构岩体稳定性分类的二级模糊综合评判方法。根据建立起来的岩体稳定性分级的二级模糊综合评判模型和吴庄铁矿的实际情况,通过现场调查和岩石力学试验,提取出影响吴庄铁矿巷道围岩稳定性因素的指标。然后,采用地下结构岩体稳定性分类的二级模糊综合评判方法对吴庄铁矿巷道围岩的稳定性进行评判,从而实现对吴庄铁矿巷道围岩稳定性的科学分类。最后,依据吴庄铁矿巷道稳定性模糊评判的结果,采用快速拉格朗日差分分析法(FLAC)对吴庄铁矿Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩巷道的支护方式进行数值模拟,分析不同支护条件下Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩巷道的稳定性情况,从而确定适合不同稳定性级别巷道的支护方案。为优化支护方法和支护参数,进行合理的采矿工程设计与安全生产管理提供理论基础和科学依据。

关键词：地下工程围岩稳定性模糊综合评判法围岩支护三维快速拉格朗日差分分析法( FLAC)

基于土壤物理特性扩展技术的土水特征曲线预测方法

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岩土工程学报 2017年第5期39卷 924-931页

作者：刘士雨俞缙蔡燕燕涂兵雄华侨大学土木工程学院福建厦门361021 福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

土水特征曲线是模拟水和污染物在非饱和土中运移的重要水力特性参数。但是,土水特征曲线的直接量测方法比较困难。Arya和Paris提出了一种通过粒径分布曲线预测土水特征曲线的模型——AP模型。该模型引入一个转换系数α建立土体假想形态... 详细信息

土水特征曲线是模拟水和污染物在非饱和土中运移的重要水力特性参数。但是,土水特征曲线的直接量测方法比较困难。Arya和Paris提出了一种通过粒径分布曲线预测土水特征曲线的模型——AP模型。该模型引入一个转换系数α建立土体假想形态与真实形态之间的联系。但是,现有的推导系数α的方法一方面计算过程过于复杂,另一方面没有全面考虑土的物理特性。基于土壤物理特性扩展技术提出一种新的计算参数α的方法。为了验证新方法,从非饱和土水力特性数据库中选出不同类型的土壤样本,采用新方法分别计算出各类型土壤的参数α。然后,将计算出的参数α用于预测其他土样的土水特征曲线,从而验证新方法计算出的参数α的有效性。还将提出的新方法与其他利用AP模型预测土水特征曲线的代表性方法进行对比,结果显示该方法预测结果更加准确。

关键词：土水特征曲线土壤物理特性 Arya和Paris模型扩展技术

水泥固化滨海风积砂力学特性试验及细观数值仿真

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岩土工程学报 2016年第11期38卷 1973-1980页

作者：蔡燕燕江浩川俞缙涂兵雄刘士雨华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074

滨海风积砂因结构松散、自稳能力差、级配不良不易压实,被视为一种特殊土。水泥固化是常用的加固手段,而水泥剂量对风积砂力学性能的影响规律及细观作用机制目前尚不清楚。利用GDS土工三轴试验仪,对不同水泥剂量(0%,4%,6%)的水泥固化滨... 详细信息

滨海风积砂因结构松散、自稳能力差、级配不良不易压实,被视为一种特殊土。水泥固化是常用的加固手段,而水泥剂量对风积砂力学性能的影响规律及细观作用机制目前尚不清楚。利用GDS土工三轴试验仪,对不同水泥剂量(0%,4%,6%)的水泥固化滨海风积砂进行不同有效围压(50,100,150 k Pa)下的CD试验。结合室内试验数据和水泥砂样显微照片,建立水泥固化滨海风积砂细观结构的颗粒流PFC2D模型,进行三轴试验的细观数值仿真分析。研究结果表明,水泥固化滨海风积砂应力–应变关系呈应变软化型,水泥剂量对滨海风积砂强度贡献明显,对体变影响相对较小。采用颗粒平行黏结方式的颗粒流数值仿真能有效反映水泥固化滨海风积砂的细观力学特性,水泥剂量对水泥固化滨海风积砂的黏结破坏数、配位数、位移场均有显著影响。

关键词：水泥固化滨海风积砂三轴试验细观数值仿真平行黏结

岩质隧道施工过程变形时空问题的位移释放系数法

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工程科学与技术 2019年第2期51卷 98-107页

作者：张建智俞缙张小燕刘士雨蔡燕燕重庆大学土木工程学院重庆400045 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

岩质隧道施工过程变形具有显著的成洞时间效应与开挖面空间效应。由于应力释放率与施工过程参数、围岩力学性态等的关系难以量化,应力释放系数法在解析岩质隧道施工过程变形问题时存在局限性。为描述岩质隧道与时间、空间相关的复杂的... 详细信息

岩质隧道施工过程变形具有显著的成洞时间效应与开挖面空间效应。由于应力释放率与施工过程参数、围岩力学性态等的关系难以量化,应力释放系数法在解析岩质隧道施工过程变形问题时存在局限性。为描述岩质隧道与时间、空间相关的复杂的施工力学过程,假设围岩为Burgers体和Drucker–Prager组合模型。利用弹性–黏弹性对应原理与非关联流动法则建立无支护隧道变形解,采用位移释放系数法描述隧道施工过程变形的时空效应。获得的2维平面应变无支护隧道最大径向位移的数学函数形式与Manh解一致;当不考虑时间因素时,本文解可退化为Park解。通过与既有数值解和解析解对比,验证了本文解的正确有效性。进而分析隧道时空变形曲线,包括隧道蠕变特征曲线、围岩变形径向分布曲线和隧道纵剖面变形曲线,得到关于黏聚力、内摩擦角、扩容角与延迟时间等参数的敏感性规律。结果表明:随着时间推移或纵向距离的增大,隧道变形非线性递增;随着围岩深度的增加,隧道变形递减,隧道变形和塑性区半径均为黏聚力与内摩擦角的非线性递减函数;围岩扩容加剧了隧道变形;延迟时间控制了隧道变形的时程规律;隧道时空变形对介入参数的敏感性与其物理意义一致。位移释放系数法成功描述了岩质隧道施工过程变形的时空效应,可为施工过程提供理论指导。

关键词：岩质隧道施工过程时间效应开挖面空间效应位移释放系数法解析解

水-力耦合作用下砂岩松弛特性试验与本构模型

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华侨大学学报（自然科学版） 2023年第4期44卷 469-476页

作者：李昂俞缙刘士雨涂兵雄常方强华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

采用电液伺服三轴试验系统,对不同围压和水压条件下的红砂岩进行分级加载应力松弛试验.分析砂岩水-力耦合作用下全应力-应变过程的应力松弛量、应力松弛速率的变化规律.将含水开关与西原模型串联,实现应力松弛和水压在本构关系上的耦合... 详细信息

采用电液伺服三轴试验系统,对不同围压和水压条件下的红砂岩进行分级加载应力松弛试验.分析砂岩水-力耦合作用下全应力-应变过程的应力松弛量、应力松弛速率的变化规律.将含水开关与西原模型串联,实现应力松弛和水压在本构关系上的耦合,建立非线性砂岩松弛模型.结果表明:同一围压下,砂岩松弛量随着应变水平的提高而增加,砂岩松弛量在软化阶段达到最大;同一围压、同一应变水平下,砂岩松弛量随着水压的增加而降低,表现出水压对砂岩应力松弛具有抑制作用;改进的西原模型能较好描述砂岩应力松弛各阶段的力学行为,模型参数E_(1),E_(2),η_(1),η_(2),η_(3)在软化阶段之前随应变水平的提高呈现非线性增长;各阶段砂岩松弛速率呈“L”形,松弛速率快速下降为减速松弛阶段,松弛速率平稳下降为稳定松弛阶段.

关键词：岩石力学应力松弛水-力耦合西原模型三轴压缩全应力-应变过程

水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤与力学性能劣化试验研究

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岩土力学 2019年第2期40卷 455-464页

作者：俞缙张欣蔡燕燕刘士雨涂兵雄傅国锋华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:随水化学溶液... 详细信息

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:随水化学溶液浸泡时间的增加,砂岩强度和弹性模量均有所降低,且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加,砂岩强度和弹性模量均有明显降低,且中性溶液冻融循环下的降幅最大;水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大,而水化学溶液冻融循环对其影响显著,且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近;水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著,单纯浸泡下酸性溶液增幅最大,冻融循环下中性溶液增幅最大;水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构以受冻胀损伤为主,大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用,在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的叠加效应,且在砂岩大孔径孔隙细观结构上,酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的叠加效应有一定抑制作用;砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。

关键词：砂岩水化学腐蚀冻融循环共同作用细观损伤力学性能劣化