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engineering and microstructure properties of contaminated marine sediments solidified by high content of incinerated sewage sludge ash

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Journal of Rock Mechanics and geotechnical engineering 2021年第3期13卷 643-652页

作者： Jiang-Shan Li Yifan zhou Xin Chen Qiming Wang Qiang Xue Daniel C.W.Tsang Chi Sun Poon state key laboratory of geomechanics and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan430071China IRSM-CAS/HK PolyU Joint laboratory on Solid Waste Science Hung HomKowloonHong KongChina Hubei Province key laboratory of Contaminated Sludge and Soil Science and engineering Wuhan430071China Department of Civil and Environmental engineering The Hong Kong Polytechnic UniversityHung HomKowloonHong KongChina

Management of incinerated sewage sludge ash(ISSA)and dredged contaminated marine sediments(CMSs)is a great challenge for hong Kong and other coastal cities due to limited landfilling *** present study investigates the use of high content(20%of sediment by mass)of ISSA in combination with cement/lime for solidification/stabilization(S/S)treatment of CMSs to provide a way to reuse the wastes as construction *** results showed that ISSA being a porous material was able to absorb a large amount of water rendering a more efficient solidification process of the marine sediment which normally had a very high water content(w80%).The S/S treatment improved the engineering properties of the sediment,but reduced the workability,especially for the lime-treated *** can be used to replace ordinary Portland cement(OPC)for better heavy metal immobilization and carbon emission *** hardened sediment samples prepared with 10%of lime and 20%of ISSA could attain a strength of 1.6 MPa after 28 d of *** addition,leaching tests confirmed that there was no environmental risk induced by these stabilized *** formation of hydrated cementitious compounds including calcium silicate hydrate(CeSeH)/calcium aluminate silicate hydrate(C-A-S-H)/hydrocalumite/calcite was mainly responsible for the strength development in the ISSA/lime-treated sediments.

关键词： Contaminated marine sediment(CMS) Incinerated sewage sludge ash(ISSA) Solidification/stabilization(S/S) Heavy metals Construction material

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长时浸泡红砂岩加/卸荷条件下的剪切特性及细观损伤机理

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水文地质工程地质 2024年第2期51卷 77-89页

作者：孙钱程徐晓丰光亮周炳昊赵凯冰湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站湖北宜昌443002 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

三峡库区防洪限制水位(145m)以下岸坡岩体在库水升降过程中经历了长期浸泡作用,并且水位变化导致岩体受到切向加载剪切和法向卸荷剪切2种工况作用,而岩石剪切特性的差异直接影响岸坡在不同水库运营阶段的稳定性。文章以典型长石石英砂... 详细信息

三峡库区防洪限制水位(145m)以下岸坡岩体在库水升降过程中经历了长期浸泡作用,并且水位变化导致岩体受到切向加载剪切和法向卸荷剪切2种工况作用,而岩石剪切特性的差异直接影响岸坡在不同水库运营阶段的稳定性。文章以典型长石石英砂岩为研究对象,开展了不同浸泡天数下砂岩试样的切向加载、法向卸载剪切试验,得到了2种受力条件下砂岩剪切特性的变化规律,并结合溶液测试、SEM测试、核磁共振试验揭示了不同工况下岩石剪切特性产生差异的细观机理。研究结果表明:(1)与初始试样相比,经过80d的浸泡后,该类试样的黏聚力损失要大于内摩擦角的损失,切向加载剪切所得黏聚力降低了40.5%,内摩擦角最终仅降低了2%,而法向卸荷剪切所得黏聚力降低了31%,内摩擦角最终降低了8%;(2)试样经历长期浸泡导致胶结物矿物被溶解、溶蚀,次生孔隙逐步发育并贯通,孔隙度增大,经过60d浸泡后,试样的含水率、孔隙度、孔隙结构基本达到稳定状态,克服剪切作用的颗粒骨架几乎不再受浸泡水的影响,这是长期饱水试样剪切性质逐渐弱化并趋于平稳的原因;(3)法向卸荷剪切条件下,剪切主裂纹面与理论剪切面之间偏差增大,破裂面更倾向于形成“S型”和“M型”,实际剪切面的增大变相提高了岩石的抗剪强度,而对岩石抗剪强度贡献最大的是骨架颗粒,故岩石内摩擦角更大,而提供黏聚力的充填胶结物质在张剪破坏中的贡献小,所以法向卸荷中岩石的黏聚力更低。研究成果可为库区涉水边坡在水位升降中的稳定性评价以及考虑实际工况进行参数取值的试验方法选择提供参考。

关键词：砂岩剪切特性切向加载法向卸荷细观机理库岸边坡三峡库区

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隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析

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岩土力学 2022年第1期43卷 195-204页

作者：江帅朱勇栗青周辉涂洪亮杨凡杰沈阳工业大学建筑与土木工程学院辽宁沈阳110870 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试验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

城市地铁隧道施工不可避免地对围岩产生扰动引起地表沉降,动态预测隧道开挖引起的地表沉降是确保地表建构筑物与隧道施工安全的重要基础。针对隧道施工过程中地表沉降难以准确动态预测的问题,在定义纵向开挖度系数γ的基础上,建立横向... 详细信息

城市地铁隧道施工不可避免地对围岩产生扰动引起地表沉降,动态预测隧道开挖引起的地表沉降是确保地表建构筑物与隧道施工安全的重要基础。针对隧道施工过程中地表沉降难以准确动态预测的问题,在定义纵向开挖度系数γ的基础上,建立横向地表沉降动态预测模型。该模型能够描述同一监测位置沉降曲线随掌子面推进而不断变化的规律,实现施工现场沉降动态预测。结果表明:在特定约束条件下,该模型能够退化为Peck模型以及随机介质理论预测模型;通过现场施工验证了该动态预测模型的准确性与适用性;基于纵向开挖度系数γ将隧道沿纵向分为强烈、中度和轻度共3个影响段,较好地反映了开挖掌子面在不同位置对同一监测截面的影响程度;通过分析建筑物和隔离桩对地表沉降曲线的影响可知,建筑物与其附近地层呈现出协同变形、共同承载的特征,在隧道一侧添加地质钻隔离桩对该侧地表沉降值的减小程度可达71.9%。研究成果对滇中引水工程现场施工与类似工程具有一定指导和借鉴意义。

关键词：沉降预测模型动态预测纵向开挖度系数随机介质理论影响分段现场监测

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盐分对含二氧化碳水合物泥质粉细砂力学特性的影响规律

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天然气工业 2022年第10期42卷 139-149页

作者：周远韦昌富陈盼周家作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中国科学院大学

影响含水合物沉积物力学性质的因素较多,深海海床地层处于含盐环境,而目前盐分变化对含水合物沉积物力学性质的影响报道较少,其规律尚未厘清。为此,通过含不同浓度氯化钠盐溶液试样制备含二氧化碳水合物泥质粉细砂土,并在不同围压条件... 详细信息

影响含水合物沉积物力学性质的因素较多,深海海床地层处于含盐环境,而目前盐分变化对含水合物沉积物力学性质的影响报道较少,其规律尚未厘清。为此,通过含不同浓度氯化钠盐溶液试样制备含二氧化碳水合物泥质粉细砂土,并在不同围压条件下进行三轴剪切试验,揭示了盐分对应力—应变关系、强度、刚度、剪胀性的影响规律。研究结果表明:(1)盐分使含水合物土的相平衡线发生偏移,在相同初始含水率下,盐分导致土中水合物饱和度降低,未合水含量增加;(2)合成相同水合物饱和度,含盐分水合物土的初始含水率要高于不含盐分水合物土,导致含盐分水合物土的抗剪强度低于不含盐分水合物土;(3)盐分对含水合物土的黏聚力有较大影响,随着水合物饱和度的增加,含盐水合物土的黏聚力略有增加,而不含盐水合物土的黏聚力明显增加。结论认为:(1)盐分对含水合物泥质粉细砂抗剪强度特性的影响是通过改变未合水含量产生的,未合水越多,土的强度越低,割线模量越小,剪胀性越不明显;(2)含水合物土的强度特性不仅与水合物的饱和度有关,还与未合水含量密切相关,传统上仅考虑水合物饱和度对含水合物土抗剪强度的影响,不能准确描述物理—化学作用下含水合物土强度特性的演化。

关键词：三轴剪切抗剪强度盐分二氧化碳相平衡含水合物土水合物饱和度未合水含量

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热处理后红砂岩力学性能及渗透性演化规律三轴试验研究(英文)

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & engineering) 2015年第9期16卷 749-759页

作者： Jin YU Shao-jie CHEN Xu CHEN Ya-zhou ZHANG Yan-yan CAI Institute of geotechnical engineering Huaqiao University state key laboratory for geomechanics and Deep Underground engineering China University of Mining and Technology state key laboratory of Mine Disaster Prevention and Control Shandong University of Science and Technology

目的:研究高温热开裂后红砂岩的物理力学性能和渗透性的量化变化规律。创新点:1.相比于传统液体稳态流渗透率测试法耗时多的缺点,本文通过氮气渗透方式,可快速获得低渗透率岩样的稳态流渗透率;2.从裂隙体积变化角度,分析不同温度热开裂... 详细信息

目的:研究高温热开裂后红砂岩的物理力学性能和渗透性的量化变化规律。创新点:1.相比于传统液体稳态流渗透率测试法耗时多的缺点,本文通过氮气渗透方式,可快速获得低渗透率岩样的稳态流渗透率;2.从裂隙体积变化角度,分析不同温度热开裂红砂岩在三轴压缩条件下的各裂隙发展阶段,讨论其与渗透性演化的关系。方法:1.通过纵波波速测试和带渗透性实时监测的三轴压缩试验等手段,获得热处理后红纱岩基本物理力学性质参数(表1和表2)、不同围压下的全应力-应变关系曲线、轴向应变-体变关系曲线以及渗透率变化曲线(图4和图8);2.通过理论分析和计算,获得轴向应变与裂隙体变的关系曲线(图9),分析裂隙演化5个阶段中渗透率的演化规律。结论:1.由20到200°C,红砂岩原生孔隙和裂隙发生闭合,增加了试样密实度,并引起强度和弹模的提高以及初始渗透率的降低;从200到600°C,红砂岩内部结构逐渐劣化,导致强度和弹模降低,峰值应变和初始渗透率提高;2.加载过程中试样渗透率随裂隙的演化而变化,裂隙演化可分为压密、线弹性变形、裂隙稳定发展、宏观剪切破坏和应变软化5个阶段。这5个阶段中渗透率变化趋势不同;3.当受热温度继续增大至800°C时,红砂岩出现严重的裂纹致使其破坏。

关键词：热处理红砂岩三轴压缩试验力学性能渗透性

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中国锦屏地下实验室开挖隧洞灾变特征与长期原位力学响应分析

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清华大学学报（自然科学版） 2021年第8期61卷 842-852页

作者：李邵军郑民总邱士利姚志宾肖亚勋周济芳潘鹏志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武汉430071 中国科学院大学北京100049 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室沈阳110819 雅砻江流域水电开发有限公司成都610051

深埋高应力隧洞建设过程中潜在岩爆、片帮、塌方等工程灾害。中国锦屏地下实验室二期(CJPL-II)是目前世界上埋深最大的实验室(2 400 m),在隧洞群建设过程中开展了变形、应力、微震等系统的综合原位监测和力学响应数值模拟,该文系统分析... 详细信息

深埋高应力隧洞建设过程中潜在岩爆、片帮、塌方等工程灾害。中国锦屏地下实验室二期(CJPL-II)是目前世界上埋深最大的实验室(2 400 m),在隧洞群建设过程中开展了变形、应力、微震等系统的综合原位监测和力学响应数值模拟,该文系统分析了隧洞灾变特征与长期原位力学响应,研究结果表明:隧洞围岩变形以1#实验室和4#实验室北侧边墙较大,最大变形达83.7 mm,岩体锚杆应力最大为530 MPa,开挖完成后3个月,岩体变形趋于稳定;基于岩体声波和钻孔摄像揭示的围岩松弛深度范围总体约为0.8~3.5 m;围岩随开挖内部破裂演化,存在分区现象,强度较高且完整的岩体,破裂区范围较小,强度较低且完整性较差的岩体,破裂区范围较大;各实验室开挖时的微震在完整岩体隧洞和断层附近区域更为活跃,各隧洞强弱顺序依次为:8#、7#、4#、3#、5#、6#、1#、2#、9#,已完成开挖后的各洞室微震活动性逐渐趋于平静;基于CASRock软件分析表明:实验室开挖卸荷后南侧拱肩和边墙应力高、松弛深度较大,是高风险区。研究成果为实验室灾害预警、稳定性评估、动态设计及长期安全运营提供了直接支撑,也将为相似地质条件的高应力深埋隧洞安全建设提供借鉴。

关键词：锦屏地下实验室深埋隧洞原位力学响应长期监测 CASRock

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Temperature effect on shear behavior of ore-backfill coupling specimens at various shear directions

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Journal of Central South University 2021年第10期28卷 3173-3189页

作者： JIANG Fei-fei zhou Hui SHENG Jia LI Xiang-dong KOU Yong-yuan state key laboratory of geomechanics and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan 430071China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China National engineering Research Center for Metal Mining Changsha Institute of Mining Research Co.Ltd.Changsha 410012China School of Resource&Environment and Safety engineering Hunan University of Science and TechnologyXiangtan 411201China Jinchuan Group Co. Ltd.Jinchang 737104China

Understanding the temperature effect on shear behavior of the ore-backfill coupling structure is critical for the safety and stability of backfill stope under the condition of high horizontal stress in deep *** shear tests were carried out on the cemented rod-mill sand backfill(CRB)and ore-CRB(OCRB)coupling specimens at various temperatures(20,40 and 60°C).The shear behavior and AE characteristic parameters of OCRB at different shear directions were compared and *** results show that the temperature effect on the shear performance of CRB mainly depends on the characteristics of microstructures and main mineral phases;the performance of CRB at 40°C is relatively good;the shear deformation of OCRB has one more“peak fluctuation stage”than CRB and has a good correlation with AE characteristic *** temperature can positively or negatively impact the shear strength of OCRB,depending on the temperature and shear direction;the shear performance of OCRB along the axis direction(D1)is significantly better than that perpendicular to the axis direction(D2).The co-bearing capacity of the ore-backfill coupling structure(i.e.,stopes)is closely related to the ambient temperature and principal stress orientation.

关键词： cemented backfill ore-backfill temperature shear direction shear strength AE energy

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Effects of temperature and age on physico-mechanical properties of cemented gravel sand backfills

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Journal of Central South University 2020年第10期27卷 2999-3012页

作者： JIANG Fei-fei zhou Hui SHENG Jia KOU Yong-yuan LI Xiang-dong state key laboratory of geomechanics and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan 430071China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China National engineering Research Center for Metal Mining Changsha Institute of Mining Research Co.Ltd.Changsha 410012China School of Resource&Environment and Safety engineering Hunan University of Science and TechnologyXiangtan 411201China Jinchuan Group Co. Ltd.Jinchang 737104China

Cemented backfill used in deep mines would inevitably be exposed to the ambient temperature of 20−60℃in the next few *** this paper,two types of cemented gravel sand backfills,cemented rod-mill sand backfill(CRB)and cemented gobi sand backfill(CGB),were prepared and cured at various temperatures(20,40,60℃)and ages(3,7,28 d),and the effects of temperature and age on the physico-mechanical properties of CRB and CGB were investigated based on laboratory *** show that:1)the effects of temperature and age on the physico-mechanical properties of backfills mainly depend on the amount of hydration products and the refinement of cementation *** temperature has a more significant effect on thermal expansibility and ultrasonic performance at early ages.2)The facilitating effect of temperature and age on the compressive strength of CGB is higher than that on *** the increase of temperature,the compressive failure modes changed from X-conjugate shear failure to tensile failure,and the integrity of specimens was significantly improved.3)Similarly,the shear performance of CGB is generally better than that of *** temperature has a weaker effect on shear strength than age,but the shear deformation and shear plane morphology are closely related to temperature.

关键词： cemented backfill gravel sand temperature physico-mechanical properties deformation characteristics

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基于统计分析的地下厂房边墙最大收敛变形多指标预测方法

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岩土力学 2020年第10期41卷 3415-3424页

作者：骆顺天杨凡杰周辉张传庆王旭宏吕涛朱勇卢景景湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068 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试验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中国核电工程有限公司北京100840

准确预测围岩变形是大型地下硐室科学设计与安全施工的重要前提之一。现有地下硐室围岩变形预测方法主要基于已施工部位围岩变形情况来预测未施工部位围岩的变形趋势,难以满足工程勘察设计阶段准确预测围岩整体变形的要求。在统计分析国... 详细信息

准确预测围岩变形是大型地下硐室科学设计与安全施工的重要前提之一。现有地下硐室围岩变形预测方法主要基于已施工部位围岩变形情况来预测未施工部位围岩的变形趋势,难以满足工程勘察设计阶段准确预测围岩整体变形的要求。在统计分析国内31例大型地下硐室实测资料的基础上,提出了一种适用于工程勘察设计阶段的大型地下厂房边墙最大收敛变形多指标预测方法。该方法分析了31例工程案例的实测数据,发现单轴饱和抗压强度与地应力的比值(强度应力比R/σ)、地质强度指标(GSI)和完整岩石的材料常数m_i对围岩变形影响较大,并给出了相应的计算方法,同时采用最大收敛变形与硐室高度比(相对变形值U/H)评价了围岩变形量值的大小。通过大量的统计分析建立了地下硐室相对变形值U/H与3个指标之间的预测公式。通过工程实例验证了所提大型地下厂房边墙最大收敛变形预测方法。结果表明,该预测方法的计算结果与实际结果非常接近,说明了所提方法的合理性。

关键词：岩土工程大型地下硐室地下厂房边墙最大收敛变形统计分析预测方法

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常法向刚度下锚杆杆体–树脂界面剪切力学特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2020年第11期39卷 2254-2263页

作者：邓亮张传庆周丽崔国建吕浩安汤艳春周辉三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 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4300071 中国科学院大学北京100049 杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018

锚杆杆体–树脂界面是研究锚杆锚固理论的基础,为分析其力学演化规律,采用简化的二维剪切模型开展了常法向刚度剪切试验,基于厚壁圆筒理论计算得到软质含煤岩体边界条件的法向刚度范围,研究肋间距和法向刚度对杆体–树脂界面力学演化规... 详细信息

锚杆杆体–树脂界面是研究锚杆锚固理论的基础,为分析其力学演化规律,采用简化的二维剪切模型开展了常法向刚度剪切试验,基于厚壁圆筒理论计算得到软质含煤岩体边界条件的法向刚度范围,研究肋间距和法向刚度对杆体–树脂界面力学演化规律的影响。分析试验结果发现,锚杆的综合最优肋间距随围岩条件的变化而变化,对弹性模量为0.25~1 GPa的岩体,最优肋间距为15 mm,对弹性模量为1.9~3.8 GPa的岩体,最优肋间距为30 mm,结合界面破坏模式,对界面切向和法向力学演化规律进行分析与解释,对比分析峰值法向应力与峰值剪切应力,提出不同肋间距和法向刚度下界面破坏的主要控制因素。

关键词：采矿工程树脂锚杆杆体–树脂界面常法向刚度界面剪切试验最优肋间距

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