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Exploring the mechanical behavior and microstructure of compacted loess subjected to dry-wet cycles and chemical contamination

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第9期16卷 3673-3695页

作者： Yongpeng nie wankui ni Xiangfei Lü Wenxin Tuo College of Geological Engineering and Geomatics Chang'an UniversityXi'an710054China Department of Civil Engineering Nagoya Institute of TechnologyNagoya466-8555Japan School of Water and Environment Chang'an UniversityXi'an710054China

Due to climatic factors and rapid urbanization,the soil in the Loess Plateau,China,experiences the coupled effects of dry-wet cycles and chemical *** the mechanical behavior and corresponding microstructural evolution of contaminated loess subjected to dry-wet cycles is essential to elucidate the soil degradation ***,direct shear and consolidation tests were performed to investigate the variations in mechanical properties of compacted loess contaminated with acetic acid,sodium hydroxide,and sodium sulfate during dry-wet *** mechanical response mechanisms were investigated using zeta potential,mineral chemical composition,and scanning electron microscopy(SEM)*** results indicate that the mechanical deterioration of sodium hydroxidecontaminated loess during dry-wet cycles decreases with increasing contaminant concentration,which is mainly attributed to the thickening of the electrical double layer(EDL)by Nat and the precipitation of calcite,as well as the formation of colloidal flocs induced by OH,thus inhibiting the development of large pores during the dry-wet *** contrast,the attenuation of mechanical properties of both acetic acid-and sodium sulfate-contaminated loess becomes more severe with increasing contaminant concentration,with the latter being more particularly *** is primarily due to the reduction of the EDL thickness and the erosion of cement in the acidic environment,which facilitates the connectivity of pores during dry-wet ***,the salt expansion generated by the drying process of saline loess further intensifies the structural ***,the mechanical performance of compacted loess is sensitive to both pollutant type and concentration,exhibiting different response patterns in the dry-wet cycling condition.

关键词： Contaminated loess Dry-wet cycles Compressibility Shear strength Microstructural evolution

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干湿循环下盐渍压实黄土湿陷性劣化机理研究

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工程地质学报 2024年第2期32卷 420-429页

作者：拓文鑫倪万魁聂永鹏长安大学地质与测绘学院西安710061

近年来黄土高原地区土壤盐渍化问题愈发严重,深入了解盐渍压实黄土在干湿循环作用下的湿陷性演化规律对当地填方工程安全至关重要。本文通过对不同干湿循环次数和硫酸钠(Na_(2)SO_(4))含量的压实黄土试样进行电镜扫描试验和室内湿陷试验... 详细信息

近年来黄土高原地区土壤盐渍化问题愈发严重,深入了解盐渍压实黄土在干湿循环作用下的湿陷性演化规律对当地填方工程安全至关重要。本文通过对不同干湿循环次数和硫酸钠(Na_(2)SO_(4))含量的压实黄土试样进行电镜扫描试验和室内湿陷试验,研究了盐渍压实黄土在干湿循环过程中的湿陷性劣化规律及其微观机理。结果表明:干湿和盐蚀的耦合作用使黄土结构趋于松散,造成湿陷系数增大,然而湿陷系数的增速随干湿次数增加而逐渐减小,表现出减速劣化特性,随含盐量增大而逐渐增大,呈现出加速劣化特性,且当含盐量大于0.5%时,盐蚀对湿陷性的劣化作用比干湿劣化作用更显著。最后,构建了同时考虑干湿循环次数和含盐量的经验模型,能较好描述盐渍压实黄土在干湿循环作用下的湿陷性演化规律。

关键词：压实黄土干湿循环盐蚀湿陷性解耦分析

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强夯动荷载作用方向对黄土边坡稳定性的影响分析

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振动与冲击 2024年第1期43卷 283-289页

作者：吴丙权倪万魁拓文鑫任思远陈军廷长安大学地质工程与测绘学院西安710064 长安大学西部矿业资源与地质工程教育部重点实验室西安710064

为进一步研究强夯对周边黄土边坡稳定性的影响,采用极限平衡圆弧条分法对强夯作用下的边坡安全系数进行推导计算。结合工程实例,使用TC-4850爆破测振仪对现场监测点进行加速度测试。考虑高程差和测点距离的共同影响,采用MATLAB编程对现... 详细信息

为进一步研究强夯对周边黄土边坡稳定性的影响,采用极限平衡圆弧条分法对强夯作用下的边坡安全系数进行推导计算。结合工程实例,使用TC-4850爆破测振仪对现场监测点进行加速度测试。考虑高程差和测点距离的共同影响,采用MATLAB编程对现场数据进行多元回归分析,求出强夯作用下边坡质点振动加速度解析式。在求得最小安全系数的基础上,研究不同强夯动荷载方向对黄土边坡稳定性的影响。研究结果表明:在相同荷载作用下,强夯动荷载方向与水平轴正方向夹角为0°、45°、60°、270°、315°、330°、360°时,安全系数均小于等于1.00,且随着拟静力系数不断增大,安全系数越来越小。强夯动荷载方向与水平轴正方向夹角为90°、135°、150°、180°、225°、240°时,安全系数均大于1.05。随着拟静力系数不断增大,安全系数也随之增大。该方法简单易行,便于计算,可用于黄土边坡实际工程。

关键词：极限平衡强夯动荷载方向安全系数拟静力系数

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原状黄土土-水特征曲线与湿陷性的相关性

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中国地质灾害与防治学报 2024年第2期35卷 107-114页

作者：陈家乐倪万魁王海曼荣誉长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

为了研究原状黄土土-水特征曲线与黄土湿陷性之间的联系,在陕西西安长安区取地表以下30 m范围内的原状黄土土样,进行基本物理指标试验和湿陷性试验。对不同典型地层的黄土-古土壤试样进行土水特征曲线试验,通过电镜扫描从微观角度分析... 详细信息

为了研究原状黄土土-水特征曲线与黄土湿陷性之间的联系,在陕西西安长安区取地表以下30 m范围内的原状黄土土样,进行基本物理指标试验和湿陷性试验。对不同典型地层的黄土-古土壤试样进行土水特征曲线试验,通过电镜扫描从微观角度分析。研究结果表明:大孔隙的数量与饱和体积含水率呈正相关;中孔隙的数目与过渡区斜率的大小呈正相关,孔隙数目越多土体失水速度越快;微小孔隙的数目和土的塑性指数影响残余含水率的大小。对于不同深度土层,饱和体积含水率和过渡区斜率与土层的湿陷系数呈正相关;塑性指数接近土层的湿陷系数对残余体积含水率的影响不明显;古土壤层的SWCC与湿陷系数之间存在与黄土层相同的正相关性。文章从非饱和土力学的方向去研究黄土的湿陷性,为湿陷性的研究提供一种新的研究角度。

关键词：原状黄土双线法土水特征曲线电镜扫描微观结构

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Effect of Polypropylene Fiber on the Unconfined Compressive Strength of Loess with Different Water Content

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Journal of Renewable Materials 2023年第4期11卷 1699-1714页

作者： wankui ni Jiaxin Zhong Haiman Wang College of Geological Engineering and Geomatics Chang’an UniversityXi’an710054China ningxia Institute of Survey and Monitoring of Land and Resources Yinchuan750002China

Fiber-reinforced soils have been of great interest to experimenters for building foundations’strength performance,time,and *** paper investigates the effects of water content and polypropylene fiber dosage and length on loess’s unconfined compressive strength(UCS)according to the central composite response surface design test *** water content is 11%–25%,the mass ratio of fiber to soil is 0.1%–0.9%,and the fiber length ranges from 6–18 *** response surface method(RSM)developed full quadratic models of different variables with response *** analysis of variance(ANOVA),the mathematical model developed in this study was statistically significant(p≤0.05)and applicable to the optimization *** optimization results showed that the optimal water content values,fiber amount,and fiber length were 16.41%,0.579%,and 14.90 mm,*** unconfined compressive strength of the optimized specimens was increased by 288.017 *** research results can reference the design and construction of fiber-reinforced soil in practical projects such as road base engineering and foundation engineering.

关键词： Loess polypropylene fiber response surface method water content

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基于分数阶理论的软泥岩一维次固结蠕变模型

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第1期54卷 242-252页

作者：任思远倪万魁陈军廷拓文鑫杨珍珍长安大学地质工程与测绘学院西安710054

工程中因岩石蠕变而诱发的灾害屡见不鲜,其中的软岩蠕变在实际工程中也较为常见。为探讨软岩蠕变特性,并准确预测软岩蠕变变形,本研究首先对宁夏固原市隆德县的软泥岩进行了一维次固结蠕变试验,分析了一维次固结蠕变试验下软泥岩的蠕变... 详细信息

工程中因岩石蠕变而诱发的灾害屡见不鲜,其中的软岩蠕变在实际工程中也较为常见。为探讨软岩蠕变特性,并准确预测软岩蠕变变形,本研究首先对宁夏固原市隆德县的软泥岩进行了一维次固结蠕变试验,分析了一维次固结蠕变试验下软泥岩的蠕变特性;然后引入了分数阶理论的概念,推演能够描述非线性蠕变特征的分数阶Burgers模型本构方程;最后利用Matlab中lsqcurvefit算法对软泥岩一维次固结蠕变试验数据进行数值求解,分析了分数阶阶数对软泥岩一维次固结蠕变曲线的影响。蠕变试验表明:软泥岩蠕变机制符合固结蠕变中瞬时变形、固结变形、稳定变形三阶段,并呈明显的非线性特征,且原状、重塑试样在固结过程中均产生了较大程度的次固结蠕变,最大变形量可占总变形量的59%。数值模拟结果表明:分数阶Burgers模型能够更好地描述次固结蠕变的非线性特征;模型分数阶阶数γ有较强的敏感性,能够反映拟合曲线的弹性阶段及之后的非线性黏弹性阶段,而分数阶阶数β敏感性较差,仅能对黏弹性阶段的蠕变趋势做出细微反应。

关键词：软泥岩分数阶理论岩石蠕变 Burgers模型宁夏固原市

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Experimental Study on Resistivity Characteristics of Compacted Loess

Experimental Study on Resistivity Characteristics of Compact...

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作者： Xiangning Li wankui ni Min Zhu Haiman Wang School of Geology Engineering and Geomatics Chang’an University

In order to study the resistivity characteristics of compacted loess,the resistivity values of 36 groups of samples were measured under six different dry *** was found that there was a good exponential relationship between resistivity ρ and water content *** the same time,the SWCC and Fredlund curve equation of soil water in the process of soil moisture increasing are obtained by using the self-designed loess moisture increasing and decreasing *** results show that,for compacted loess,the resistivity and suction ψ of soil are closely related to its water *** comparing the ρ-w curve and SWCC,It is found that the relationship between soil resistivity and suction satisfies the expression ψ = u ·ρλ,u,λ are fitting *** formula shows that the suction value can be obtained indirectly by measuring the soil resistivity,which avoids the difficulty of suction test and has good applicability.

关键词： Compacted Loess Resistivity Moisture Content Matric Suction

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一种基于三维地质模型的土质边坡稳定性分析方法

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防灾减灾工程学报 2016年第4期36卷 559-564页

作者：左健扬倪万魁长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 宁夏回族自治区国土资源调查监测院宁夏银川750002

基于Petrel软件实现的三维地质模型,提出了一种考虑整体滑动的三维极限平衡新方法。假设各块段重心点作用在一条直线上且与主滑方向一致,利用三维地质模型得到的滑动面表面积、滑体体积以及重心点处滑面切线角度,在忽略块段间竖向切力... 详细信息

基于Petrel软件实现的三维地质模型,提出了一种考虑整体滑动的三维极限平衡新方法。假设各块段重心点作用在一条直线上且与主滑方向一致,利用三维地质模型得到的滑动面表面积、滑体体积以及重心点处滑面切线角度,在忽略块段间竖向切力的情况下,建立了土质边坡力的多边形闭合和极限平衡条件的稳定性分析方法。通过经典算例的验证,该方法计算简单,具有很好的可行性和实用性。

关键词：三维地质模型土质边坡稳定性极限平衡

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冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响

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冰川冻土 2014年第4期36卷 922-927页

作者：倪万魁师华强长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

通过对洛川黄土在反复冻融作用下的电镜扫描观测、单轴压缩试验和三轴剪切试验,研究了冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响.结果表明:随着冻融循环次数的增加,黄土的原始胶结结构逐渐被破坏,颗粒重新排列,土的结构越来越疏松,同级压... 详细信息

通过对洛川黄土在反复冻融作用下的电镜扫描观测、单轴压缩试验和三轴剪切试验,研究了冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响.结果表明:随着冻融循环次数的增加,黄土的原始胶结结构逐渐被破坏,颗粒重新排列,土的结构越来越疏松,同级压力下土体的孔隙比不断增大;冻融循环50次后土样的原始胶结已完全破坏,当压力超过自重应力时会产生很大的附加变形.反复冻融作用使黄土颗粒之间原始固有胶结逐渐减弱,造成黏聚力不断降低.同时,较大的团粒破碎,颗粒均一化,颗粒与颗粒之间的接触点增多,表现为内摩擦角不断增大.多次冻融循环后,原状黄土的抗剪强度与重塑黄土的强度接近.

关键词：黄土冻融循环微观结构孔隙比抗剪强度

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降雨诱发型残坡积土滑坡形成机理分析

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防灾减灾工程学报 2016年第4期36卷 565-571页

作者：杜光波倪万魁长安大学地测学院陕西西安710054

以马家村滑坡为例,用有限元方法分析了降雨入渗条件下残坡积土斜坡的暂态非饱和渗流场,用极限平衡方法分析了残坡积土斜坡的渗流稳定性。分析了斜坡结构、临空面、降雨对斜坡变形与稳定性的影响,分析了降雨诱发残坡积土滑坡的过程。降... 详细信息

以马家村滑坡为例,用有限元方法分析了降雨入渗条件下残坡积土斜坡的暂态非饱和渗流场,用极限平衡方法分析了残坡积土斜坡的渗流稳定性。分析了斜坡结构、临空面、降雨对斜坡变形与稳定性的影响,分析了降雨诱发残坡积土滑坡的过程。降雨诱发残坡积土滑坡的机理为:降雨入渗使残坡积土斜坡中形成软弱带;坡脚开挖使斜坡坡面出现拉张裂隙;降雨使坡面裂隙中充满水,导致斜坡土体饱和,抗剪强度降低,同时产生动水压力,不利于斜坡的稳定;当斜坡的下滑力大于抗滑力时发生滑动。

关键词：暴雨滑坡残坡积土非饱和渗流裂隙稳定性分析

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