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Strength Model of Soda Residue Soil Considering Consolidation Stress and Structural Influence

中国海洋大学学报:英文版 2023年第5期22卷 1216-1226页

作者： GONG Xiaolong wang yuanzhan CHEN Tong State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety and Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration Tianjin UniversityTianjin 300354China Tianjin Port(Group)Co.Ltd. Tianjin 300461China Zhongnan Engineering Co.Ltd. Changsha 410014China

Soda residue(SR)is a type of industrial waste produced in the soda process with the ammonia-soda method.Applying SR to backfilling solves the land occupation and environmental pollution problems in coastal areas and saves material costs for foundation engineering.The strength characteristics of soda residue soil(SRS)under different consolidation conditions are the key points to be solved in the engineering application of SRS.Triaxial compression tests were performed on the undisturbed SRS of Tianjin Port.The shear properties of SRS under different consolidation conditions were then discussed.Meanwhile,a structural strength model(SSM)based on Mohr-Coulomb theory was proposed.SSM reflects the influence of soil structure on undrained strength(Cu)and divides the Cu into the following two parts:friction strength(C_(uf))and original structural strength(C_(u0)).C_(uf)characterizes the magnitude of friction between soil particles,which is related to the consolidation stress.Meanwhile,C_(u0)represents the structural effect on soil strength,which is related to the soil deposition and consolidation processes.SSM was validated by the test data of undisturbed soils.Results reveal that the undisturbed soil generally had a certain C_(u0).Therefore,the SRS strength model was established by combining the experimental law of SRS with SSM.Error analysis shows that the SRS strength model can effectively predict the Cu of undisturbed SRS in Tianjin Port under different consolidation conditions.

关键词： soda residue soil triaxial test strength model soil structure consolidation stress

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考虑地下水位影响的碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输试验研究

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材料导报 2024年第7期38卷 72-78页

作者：王元战杨旻鑫龚晓龙王禹迟郭尚天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津港(集团)有限公司天津300461 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456

关于碱渣土地基环境下钢筋混凝土结构耐久性问题,尚未见相关研究成果,是有待研究的课题。为探究碱渣土地基混凝土内氯离子传输规律,本工作模拟真实碱渣土地基及地下水侵蚀环境,设计了三种地下水位-0.2 m、-0.5 m、-0.8 m,开展半埋于碱... 详细信息

关于碱渣土地基环境下钢筋混凝土结构耐久性问题,尚未见相关研究成果,是有待研究的课题。为探究碱渣土地基混凝土内氯离子传输规律,本工作模拟真实碱渣土地基及地下水侵蚀环境,设计了三种地下水位-0.2 m、-0.5 m、-0.8 m,开展半埋于碱渣土地基的混凝土氯离子自然扩散试验,探究不同地下水位环境下混凝土地表吸附区及地下区域的氯离子分布规律。结果表明,地表吸附区由于其蒸发浓缩及毛细作用,氯离子浓度高于地下区域。氯离子浓度随地下水位的变化呈现较大差异,地表吸附区氯离子浓度随地下水位的升高呈下降趋势,地下区域地下水位的影响主要体现在试件与水位的相对位置,地下水位以下区域氯离子浓度高于地下水位以上区域。在此基础上,探究碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输机理,基于Fick第二定律定量研究了地下水位对表面氯离子浓度及扩散系数的影响,建立考虑地下水位影响的氯离子传输时变模型,通过与实测结果对比印证了模型的正确性,本模型可为实际工程中定量评估不同碱渣土侵蚀环境下混凝土内氯离子浓度以及服役寿命预测提供技术支持。

关键词：碱渣土地基半埋混凝土氯离子传输地下水位耐久性

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TA/SiO_(2)疏水涂层及其对混凝土抗侵蚀性能的影响

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建筑材料学报 2024年第1期27卷 30-36页

作者：来晓鹏王元战王禹迟孙煕平天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456

基于贻贝仿生原理,成功制备了单宁酸(TA)/SiO_(2)疏水涂层,通过设置22组工艺组合,综合水接触角、电通量和表面微观结构,得到了涂层的最优制备工艺.针对最优制备工艺涂层,通过自然扩散试验研究了其对混凝土抗离子渗透性能的影响,并采用... 详细信息

基于贻贝仿生原理,成功制备了单宁酸(TA)/SiO_(2)疏水涂层,通过设置22组工艺组合,综合水接触角、电通量和表面微观结构,得到了涂层的最优制备工艺.针对最优制备工艺涂层,通过自然扩散试验研究了其对混凝土抗离子渗透性能的影响,并采用磨耗和酸碱腐蚀试验研究了涂层稳定性.结果表明,TA/SiO_(2)疏水涂层表面具有丰富的微纳米结构,水接触角达148.1°,至少能够减少75.31%的离子渗透进入混凝土,且稳定性优良.

关键词：疏水涂层混凝土离子渗透贻贝仿生

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碱渣土蠕变特性试验及数值模拟研究

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土木工程学报 2024年第5期57卷 107-116页

作者：元捷衡王元战王轩陈艳萍龚晓龙陈通天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津港(集团)有限公司天津300461

碱渣土孔隙比大、含水量高、压缩性大,研究其蠕变特性对于准确预测碱渣土地基长期沉降、确保上部结构长期稳定性具有重要意义。以天津港碱渣土为研究对象,采用分级加载-卸载的方式对不同深度处碱渣土进行一维压缩固结试验(包括卸荷回弹... 详细信息

碱渣土孔隙比大、含水量高、压缩性大,研究其蠕变特性对于准确预测碱渣土地基长期沉降、确保上部结构长期稳定性具有重要意义。以天津港碱渣土为研究对象,采用分级加载-卸载的方式对不同深度处碱渣土进行一维压缩固结试验(包括卸荷回弹与再压缩试验)。通过试样孔隙比随上部固结压力的变化曲线分析了碱渣土的压缩特性;利用“陈氏法”对分级加载过程的应变-时间试验数据进行处理,得到不同深度处碱渣土在不同固结压力下的应变-时间蠕变曲线。在此基础上,根据蠕变曲线衰减稳定规律以及应力-应变等时曲线所反映的非线性蠕变特征,提出采用Merchant元件模型对蠕变试验曲线进行拟合,并确定模型中3个参数的经验计算公式,建立碱渣土非线性蠕变模型。最后,通过编制有限元子程序实现数值开发,将数模计算值与蠕变试验数据、天津港碱渣土地基沉降实测值进行对比,验证所开发数值模型的合理性。

关键词：碱渣土蠕变特性 Merchant模型数值模拟

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水位变动区硫酸根侵蚀对混凝土氯离子传输影响试验研究

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水道港口 2024年第1期45卷 82-91页

作者：王栋杜波宋玉威薛嘉成王禹迟王元战中国路桥工程有限责任公司北京100011 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456

海洋环境水位变动区是氯离子和硫酸根离子侵蚀最严重的区域,氯离子主要破坏钢筋钝化膜引起钢筋锈蚀,硫酸根离子侵蚀除导致混凝土物理力学性能劣化外,还对氯离子在混凝土中的传输产生影响。目前针对硫酸根离子对氯离子传输影响的研究主... 详细信息

海洋环境水位变动区是氯离子和硫酸根离子侵蚀最严重的区域,氯离子主要破坏钢筋钝化膜引起钢筋锈蚀,硫酸根离子侵蚀除导致混凝土物理力学性能劣化外,还对氯离子在混凝土中的传输产生影响。目前针对硫酸根离子对氯离子传输影响的研究主要采用将试件浸泡在侵蚀溶液中的方式,不能反应耐久性问题更为严重的海洋水位变动区混凝土内离子传输规律。文章采用自主研制的潮汐循环模拟系统,开展了海洋环境水位变动区单一氯离子和氯离子-硫酸根离子耦合环境下氯离子传输特性物理试验,研究了硫酸根离子侵蚀对混凝土中氯离子传输规律的影响,给出了混凝土表面氯离子浓度和表观氯离子扩散系数的时变公式,建立了海洋环境水位变动区考虑硫酸根离子侵蚀效应的氯离子扩散模型。结果表明,早期由于硫酸根离子侵蚀在混凝土中生成石膏和钙矾石的填充作用,阻碍了氯离子在混凝土中的传输,使混凝土中氯离子浓度降低。

关键词：水位变动区混凝土氯离子硫酸根离子传输特性

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Dynamic model of vibrating-sliding-uplift rocking coupled motion and dynamic design method of caisson breakwaters

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Science China(Technological Sciences) 2004年第3期47卷 352-365页

作者： wang yuanzhan HUA Leina DONG Shaowei Department of Port & Coastal Engineering School of Civil Engineering Tianjin University Tianjin 300072 China Department of Port & Coastal Engineering School of Civil Engineering Tianjin University Tianjin 300072 China Department of Port & Coastal Engineering School of Civil Engineering Tianjin University Tianjin 300072 China

Vibrating, sliding and uplift rocking are three elementary motion types of caisson breakwaters. The dynamic model and the numerical simulation method of vibrating-sliding-uplift rocking coupled motion of caisson breakwaters are developed. The histories of displacement, rotation, sliding force and overturning moment of a caisson breakwater under the excitation of breaking wave impact are calculated for the motion models of vibrating, vibrating-sliding, vibrating-uplift rocking and vibrating-sliding-uplift rocking. The effects of various motion models on the stability of caisson breakwaters are investigated. The feasibility of the dynamic design idea that the sliding motion and the uplift rocking motion of caisson breakwaters are allowed under the excitation of breaking wave impact is discussed.

关键词： breakwater, dynamic design, vibrating-sliding-uplift rocking, coupled motion, stability.

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碱渣土的触变性与扰动后强度演化规律研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第6期56卷 633-640页

作者：王元战龚晓龙王轩张春生谢涛天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300354 天津港集团有限公司天津300461 中国电建华东勘测设计研究院有限公司杭州311122

碱渣是氨碱法制碱过程中产生的工业废渣,作为地基回填土应用于工程建设可以有效解决占地和环境污染问题.关于碱渣土的基本物理、力学性质和静力学特性已开展了一些研究工作,但与天然沉积土相比,碱渣土通常具有更高的含水率与更大的孔隙... 详细信息

碱渣是氨碱法制碱过程中产生的工业废渣,作为地基回填土应用于工程建设可以有效解决占地和环境污染问题.关于碱渣土的基本物理、力学性质和静力学特性已开展了一些研究工作,但与天然沉积土相比,碱渣土通常具有更高的含水率与更大的孔隙比,在外部荷载扰动下的触变性是其应用于工程实践中需要解决的关键问题.以天津港原状碱渣土为研究对象,开展振动-静置试验和无侧限抗压强度试验,研究了不同振动时间、振动频率及静置时间下碱渣土的触变性,结果表明:振动时间、振动频率对于碱渣土强度影响显著,静置过程中土体强度随时间增长恢复速度逐渐减缓,且无法恢复至扰动前的强度.引入触变强度比率A量化振动-静置过程对土体强度的影响,提出考虑振动时间、振动频率及静置时间的碱渣土触变强度模型.在此基础上,进一步开展振动-静置循环试验,研究了不同振动-静置循环次数与静置时间下碱渣土触变强度的演化规律,发现随着振动-静置循环次数的增加,土体累积的结构性损伤逐渐增多,强度恢复程度将持续减小.通过对试验数据的统计分析,建立了振动-静置循环条件下的碱渣土触变强度演化模型,并用试验实测值验证了演化模型的正确性.

关键词：碱渣土触变性振动-静置演化模型

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掺入粉煤灰软黏土的复合碱渣土力学特性探究

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建筑材料学报 2023年第2期26卷 206-214页

作者：王元战孙春鹏王轩陈艳萍龚晓龙天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津港(集团)有限公司天津300461

为探究承载性能优良且经济适用的碱渣地基土方案,设计了24种掺入粉煤灰和软黏土的复合碱渣土,并且综合无侧限抗压强度与经济指标,通过模糊评价法确定了复合碱渣土的最优配合比,同时对其进行了劈裂抗拉试验、静力三轴试验和蠕变试验.结... 详细信息

为探究承载性能优良且经济适用的碱渣地基土方案,设计了24种掺入粉煤灰和软黏土的复合碱渣土,并且综合无侧限抗压强度与经济指标,通过模糊评价法确定了复合碱渣土的最优配合比,同时对其进行了劈裂抗拉试验、静力三轴试验和蠕变试验.结果表明:软黏土、粉煤灰均对碱渣有明显加固作用,软黏土的加入可减少粉煤灰的用量,具备较好的经济适用性;复合碱渣土的劈裂抗拉强度与其无侧限抗压强度之比为0.15;固结围压对复合碱渣土不排水强度的影响最大,超固结比次之,固结比最小;当上部荷载未达到长期强度时,复合碱渣土的蠕变特征较为稳定且数值极小.

关键词：复合碱渣土粉煤灰最优配合比三轴试验蠕变特性

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循环荷载下天津软黏土不排水强度弱化模型研究及应用

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第4期48卷 347-354页

作者：王元战焉振天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过... 详细信息

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过建立软黏土不排水强度与孔隙水压力增长规律的关系,表示出软黏土不排水强度弱化的具体过程.在有限元软件ABAQUS上进行二次开发,对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算,并与试验数据对比.结果表明,文中建立的强度弱化模型简单准确,能够较好地表示土体不排水强度弱化过程.将模型应用到波浪荷载作用下部分回填换砂处理的软土地基上沉箱结构进行沉降变形分析,并与未考虑土体强度弱化的静力、拟静力有限元分析结果进行对比,研究了强度弱化对结构沉降变形的影响.

关键词：软黏土循环荷载不排水强度弱化模型二次开发

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矿物掺合料混凝土的性能与环境效益综合评价方法

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环境工程 2022年第8期40卷 197-205,101页

作者：王元战许元晨赵宇鹏李青美王禹迟天津大学建筑工程学院天津300350 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456

混凝土是建筑工程和海岸工程中使用量最大、应用范围最广的建筑材料。将矿物掺合料作为辅助胶凝材料加入混凝土中,既能废物利用提高环境效益,还可以提升混凝土的部分性能。为准确评估矿物掺合料混凝土安全性、耐久性和环境友好性,提出... 详细信息

混凝土是建筑工程和海岸工程中使用量最大、应用范围最广的建筑材料。将矿物掺合料作为辅助胶凝材料加入混凝土中,既能废物利用提高环境效益,还可以提升混凝土的部分性能。为准确评估矿物掺合料混凝土安全性、耐久性和环境友好性,提出了一种矿物掺合料混凝土综合评价方法。基于环境影响生命周期评估(LCA)理论,通过实景数据与资料调研建立了粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、煤矸石粉、赤泥、玻璃粉5种矿物掺合料的环境影响清单和矿物掺合料混凝土对于7种环境影响指标的计算方法。采用社会支付意愿法(WTP),以环境保护税、资源税为框架,将不同环境影响指标统一货币化,并结合混凝土的强度和耐久性指标提出矿物掺合料混凝土的性能与环境效益综合评价方法,以期为发展环境友好高性能混凝土提供定量评价依据。

关键词：矿物掺合料混凝土环境效益材料性能 LCA 综合评价方法

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