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不同碳酸钙钙源对CFPK加固风积沙的影响

人民黄河 2024年第3期46卷 103-108页

作者：蔡东廷周详朋郭弘东樊恒辉西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学岩土工程研究所/特殊岩土博物馆陕西杨凌712100

仿岩溶碳酸氢钙(CFPK)溶液是一种环境友好型固沙材料,碳酸钙钙源对CFPK溶液的制备及其特性有重要影响。为了给CFPK在固沙方面的推广应用提供参考,选择分析纯碳酸钙、生物碳酸钙、轻质碳酸钙、重质碳酸钙4种材料作为制备CFPK溶液的碳酸... 详细信息

仿岩溶碳酸氢钙(CFPK)溶液是一种环境友好型固沙材料,碳酸钙钙源对CFPK溶液的制备及其特性有重要影响。为了给CFPK在固沙方面的推广应用提供参考,选择分析纯碳酸钙、生物碳酸钙、轻质碳酸钙、重质碳酸钙4种材料作为制备CFPK溶液的碳酸钙钙源,通过化学试验、力学试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验等,分析了不同碳酸钙钙源制备的CFPK溶液的固沙效果。结果表明:1)4种碳酸钙钙源制备的CFPK溶液在反应达到平衡时,电导率和钙离子浓度基本相同,即钙源对碳酸氢钙溶解度影响很小,但是反应速度差别明显,其中重质碳酸钙的反应速率最快、生物碳酸钙的反应速率最慢;2)不同碳酸钙固化沙的表面强度、抗风蚀能力差异明显,重质碳酸钙固化沙表面强度和抗风蚀能力大于其他3种碳酸钙的,生物碳酸钙固化沙表面强度和抗风蚀能力最小;3)4种碳酸钙钙源在固化沙中生成的碳酸钙晶体矿物成分基本相同,主要为方解石,但不同碳酸钙钙源在固化沙中生成的碳酸钙晶体的含量和形态有所不同,分析纯碳酸钙生成的碳酸钙晶体主要为六面体方解石,其他3种碳酸钙生成的碳酸钙晶体以薄片状为主,其中重质碳酸钙生成的碳酸钙晶体尺寸大、高度聚集、致密性高,因此重质碳酸钙作为钙源的固沙效果最好,建议选用重质碳酸钙作为制备CFPK溶液的钙源。

关键词：风积沙仿岩溶碳酸氢钙碳酸钙钙源重质碳酸钙固沙抗风蚀能力

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重塑条件对红黏土力学特性影响试验研究

人民长江 2024年第1期55卷 229-235页

作者：冉宇玲杨秀娟柏巍樊恒辉李科西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

重塑条件是影响重塑土样相关力学特性的重要因素,为分析堤防建设的土工试验中各重塑条件对重塑土力学特性的影响,采用不固结不排水三轴试验研究了不同重塑条件(碎土方式、含水率和制样方式)对重塑红黏土力学特性的影响,并结合扫描电镜... 详细信息

重塑条件是影响重塑土样相关力学特性的重要因素,为分析堤防建设的土工试验中各重塑条件对重塑土力学特性的影响,采用不固结不排水三轴试验研究了不同重塑条件(碎土方式、含水率和制样方式)对重塑红黏土力学特性的影响,并结合扫描电镜图像揭示了相关重塑条件对力学强度特性的影响机理。结果表明:在含水率较低时,影响红黏土重塑样强度的主要因素为制样方式;当含水率升高后,碎土方式成为主要的控制因素;结合微观试验进一步说明不同碎土方式得到不同级配的土粒,机械碎土方式会使得土颗粒集聚成不同数量的“粗颗粒”,改变土粒级配从而影响相关力学特性;不同制样方式导致土颗粒发生不同的有序排列,进而使得土体抗剪强度发生变化。

关键词：红黏土重塑条件力学特性不固结不排水三轴试验微观分析

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高温作用下分散土力学特性研究

水利与建筑工程学报 2024年第2期22卷 158-163页

作者：贾琼瑜倪晓逸樊恒辉西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学岩土工程研究所/特殊岩土博物馆陕西杨凌712100

为研究高温加热对分散土的力学特性的影响,采用直接剪切试验、崩解试验、渗透试验、颗粒分析试验和矿物分析试验,对不同温度下加热处理的分散土试样进行研究,并综合分析高温改性土体的内在机制。结果表明:加热处理后,分散土的黏聚力、... 详细信息

为研究高温加热对分散土的力学特性的影响,采用直接剪切试验、崩解试验、渗透试验、颗粒分析试验和矿物分析试验,对不同温度下加热处理的分散土试样进行研究,并综合分析高温改性土体的内在机制。结果表明:加热处理后,分散土的黏聚力、内摩擦角及抗剪强度均大幅增加,渗透系数增大,崩解突变性消失,稳定性得到提高。加热400℃时,土样的黏聚力、内摩擦角、抗剪强度分别比常温状态下的土样提高了811%、154%和664%,此外,加热400℃的土样在水中不崩解,渗透系数比常温状态下增大12.6倍。这些变化主要归因于高温加热导致的土体失水收缩、矿物烧结形变以及分散性的减弱。高温加热是一种方便可行的分散土原位处置技术,具有良好的应用前景。

关键词：分散土高温作用力学特性改性机理

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黄土固化剂及固化土养护液的配方优化研究

水利与建筑工程学报 2024年第2期22卷 171-179,213页

作者：郭昊炜鞠鹏张豪樊恒辉高建恩孙胜利西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 郑州华之誉新材料科技有限公司河南巩义451200 昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500

为提高土体固化剂加固新疆伊犁州黄土的固化效果,通过正交试验及AHPCRITIC主客观综合赋权法,进行黄土土体固化剂及固化土养护液配方优化试验,优化结果为:得到土体固化剂及固化土养护液的配方及各组分的优属度,在12%水泥掺量条件下,MBE... 详细信息

为提高土体固化剂加固新疆伊犁州黄土的固化效果,通过正交试验及AHPCRITIC主客观综合赋权法,进行黄土土体固化剂及固化土养护液配方优化试验,优化结果为:得到土体固化剂及固化土养护液的配方及各组分的优属度,在12%水泥掺量条件下,MBER土体固化剂的最优配合比为9%石灰、2%石膏、0.3%硫酸钠、0.3%硅酸钠、0.3%明矾、1.2%减水剂,其7d龄期的饱水无侧限抗压强度为3.23MPa,干燥无侧限抗压强度为10.23MPa,软化系数为0.32;固化土养护液的最优配合比为0.10 mol/L碳酸氢钠溶液、0.04mol/L硫酸钠溶液、2%纳米二氧化硅溶胶,其3d、7d和14d的饱水无侧限抗压强度分别为1.88MPa、3.76MPa和5.22MPa,其7d无侧限抗压强度相较于标准养护及纯水养护分别提高16.43%和13.00%,具有明显效果。

关键词：伊犁州黄土土体固化剂养护液固化土配方优化

基于文献计量学的土壤固化剂研究进展与热点分析

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水利与建筑工程学报 2024年第2期22卷 132-141页

作者：庞帅刘宇芊樊恒辉张星宇霍江茹杨成朱开新李佳泽西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学岩土工程研究所/特殊岩土博物馆陕西杨凌712100 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 重庆大学土木工程学院重庆400045

为了探索近40年来“土壤固化剂”研究领域的发展状况、热门观点及研究进展,基于文献计量学,检索和筛选中国知网数据库(CNKI)中从1983-2023年收录的关于“土壤固化剂”研究的文献数据,协同VOSviewer可视化软件对文献数据进行统计分析。... 详细信息

为了探索近40年来“土壤固化剂”研究领域的发展状况、热门观点及研究进展,基于文献计量学,检索和筛选中国知网数据库(CNKI)中从1983-2023年收录的关于“土壤固化剂”研究的文献数据,协同VOSviewer可视化软件对文献数据进行统计分析。分析结果表明:经过筛选共分析文献766篇,40年来论文产出演化进程分为萌芽阶段、发展阶段、深化阶段;主要研究机构为西北农林科技大学、长安大学等,其中水利部水土保持生态工程技术研究中心的高建恩团队、中国地质大学的项伟团队、西北农林科技大学的樊恒辉团队发文量较高;发文量较多的期刊分别为北方交通、交通世界,而被引量较高的期刊为岩土力学;国内该领域以土壤固化剂的研究为主,衡量指标以无侧限抗压强度为主,以“土壤固化剂”、“固化剂”、“无侧限抗压强度”为代表的关键词分别出现346次、126次、90次;土壤固化剂领域内出现频次≥5的热点关键词组有效聚类分为4个聚类群,聚类标签分别为土壤固化剂、固化剂、无侧限抗压强度、固化机理;主题演化分析显示,生态友好、高效可行的土壤加固技术为当下最活跃的研究领域,深入土木工程、土壤科学、土壤物理学以及材料科学等领域交叉融合是未来土壤固化剂研究发展的方向。未来在土壤机理深入研究及绿色环保固化技术、高效固化剂开发、一体化固化技术等方面将成为研究热点,致力于不断寻找绿色高效的固化剂,达到提高固化土壤的效果和速度。

关键词：土壤固化剂文献计量学可视化探析研究进展

基于COMSOL Multiphysics的非饱和裂隙土降雨入渗特性研究

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岩土力学 2022年第2期43卷 563-572页

作者：侯晓萍樊恒辉西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元,建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合"空气单元"的概念,对裂隙土... 详细信息

基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元,建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合"空气单元"的概念,对裂隙土的上边界进行模拟。该方法不仅能描述降雨初期雨水沿裂隙优先入渗的现象,还能描述当降雨量大于裂隙土入渗量时雨水沿地表流走的现象。通过对地表以下2 m深度内低渗含裂隙土体进行模拟,分析了裂隙的几何特征、基质的水力特性、前期水分条件以及降雨强度对非饱和裂隙土降雨入渗过程的影响。结果表明,在非饱和裂隙土中,存在两个主要的渗流过程:一是水沿裂隙优先流动;二是水不断从裂隙吸入基质中,基质吸收水的作用抑制了裂隙中优势流的发展。与裂隙的几何特征相比,基质的水力特性对非饱和裂隙土渗流的影响较大。增大基质的饱和渗透系数可能使由裂隙流主导的渗流过程转变为由基质流主导的渗流过程,而基质的非饱和特性与裂隙土的初始含水率改变了土体的储水能力,从而加速或延缓了降雨入渗至某一深度的时间。降雨强度对土体入渗速率和入渗量均有影响,当超过裂隙土的入渗能力时,多余积水沿地表流走,断面入渗率随时间趋于稳定值。

关键词：裂隙土非饱和渗流降雨入渗边界裂隙-基质流量交换数值模拟

湖相淤泥排水速率及残余含水率的影响因素分析

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土木工程学报 2023年第S1期56卷 116-124页

作者：柏巍王斐孔令伟樊恒辉孙波中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学陕西杨凌712100 湖北省水利水电规划勘测设计院湖北武汉430064

为模拟实际工程中不同土体组成及工况对湖相淤泥排水固结的影响,开展了真空预压法、真空预压联合电渗法的室内试验,获取了在充分排水情况下土体的排水量、含水率等参数的时程变化规律。讨论了淤泥中不同掺砂比、不同真空度、以及不同电... 详细信息

为模拟实际工程中不同土体组成及工况对湖相淤泥排水固结的影响,开展了真空预压法、真空预压联合电渗法的室内试验,获取了在充分排水情况下土体的排水量、含水率等参数的时程变化规律。讨论了淤泥中不同掺砂比、不同真空度、以及不同电压等因素对湖湘淤泥排水结果的影响并进行回归分析。结果表明:提高真空度、掺砂比、电压均可在不同程度上提高湖相吹填淤泥的前期排水速率,降低后期试样的残余含水率;真空预压试验中,残余含水率与掺砂比在大范围变化区间内存在显著的线性关系;联合处理试验中,残余含水率在不同掺砂比情况下,与电压存在显著的线性关系,且在不同电压下,与掺砂比之间满足一次傅里叶函数关系;本文的研究成果,在较小参数变化区间范围内与其他学者的研究结果较为符合。

关键词：室内试验真空电渗排水速率残余含水率淤泥土

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淋溶时间对红黏土物理力学特性的影响

岩土力学 2022年第2期43卷 443-452页

作者：张文博柏巍孔令伟樊恒辉岳秀西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

以湖北省鄂州市庙岭镇的红黏土为研究对象,以化学选择溶解法结合淋溶作用为处理手段,将原状土样中的游离氧化铁按梯度去除,获得连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)溶液淋溶时间与除铁率的关系,并分析了不同淋溶时间对红黏土物理力学... 详细信息

以湖北省鄂州市庙岭镇的红黏土为研究对象,以化学选择溶解法结合淋溶作用为处理手段,将原状土样中的游离氧化铁按梯度去除,获得连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)溶液淋溶时间与除铁率的关系,并分析了不同淋溶时间对红黏土物理力学特性及微观孔隙结构的影响。试验结果表明,DCB溶液淋溶时间与除铁率相关性较强,除铁率与时间呈先快速增长后逐渐稳定的关系。由于游离氧化铁在土颗粒间主要起胶结作用,故淋溶时间对红黏土的物理力学特性有较大影响。随着淋溶时间的增长,黏粒与胶粒含量逐渐增大,耐热性小幅提升,无侧限抗压强度显著减小,且无侧限抗压强度变化整体趋势为前期急剧降低至后期趋于平稳。核磁共振、差热分析和电镜扫描的结果表明,随着淋溶时间的增大,庙岭红黏土内部孔隙增大,自由水减少,结合水增多,微观形态上团粒结构遭到破坏,胶结物质明显减少,结构形式从紧凑的粒团堆叠结构逐渐转化为聚集体-松散颗粒状结构。

关键词：游离氧化铁红黏土除铁率物理力学特性淋溶作用

基于频域反射的细粒土压实度检测方法与误差评估

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岩土力学 2023年第8期44卷 2458-2470页

作者：冉宇玲柏巍孔令伟李雪梅樊恒辉杨秀娟中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 浙江省水利河口研究院浙江杭州310020

压实度是道路、房建、水利等工程领域评价土体压实质量的重要参数,与土体含水率和电导率密切相关。而频域反射技术(frequency domain reflectometry,FDR)可用于快速测定土体含水率和电导率。首先利用频域反射技术分别对多种压实状态下... 详细信息

压实度是道路、房建、水利等工程领域评价土体压实质量的重要参数,与土体含水率和电导率密切相关。而频域反射技术(frequency domain reflectometry,FDR)可用于快速测定土体含水率和电导率。首先利用频域反射技术分别对多种压实状态下红黏土、膨胀土和黄土的含水率、电导率进行测量;然后对含水率测值进行室内标定,得到3种土的含水率标定曲线;通过偏最小二乘回归分析方法(partial least squares regression,PLSR)建立了3种土体的压实度-含水率-电导率之间的经验关系,并与实测值进行了对比分析;再根据扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和压汞法(mercury intrusion porosimetry,MIP)试验结果分析了其微观机制;最后对拟合公式得到的压实度预测值进行随机试样验证,建立与实测值的误差评估体系,结果表明基于压实度-含水率-电导率之间的关系而提出的拟合公式预测压实度的精度较高。相关研究可为道路、房建、水利等工程中土体压实度的快速检测提供参考。

关键词：压实度频域反射含水率电导率