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珊瑚钙质砂导热系数与含水率关系的修正Côté-Konrad模型研究

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岩土工程学报 2023年第11期45卷 2319-2326页

作者：刘志遐郭成超朱鸿鹄曹鼎峰黄锐王复明董璞中山大学土木工程学院和南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 广东省海洋土木工程重点实验室广东广州510275 广东省地下空间开发工程技术研究中心广东广州510275 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 惠州学院建筑与土木工程学院广东惠州516007

掌握珊瑚钙质砂的热力学性质对于中国南海人工冻结法施工工艺的优化十分重要,但目前对其研究仍有不足。珊瑚钙质砂颗粒形状不规则、棱角度高,内部传热路径长且曲折,经典Côté-Konrad(CK)模型不能准确描述其含水率与导热系数之间的关系... 详细信息

掌握珊瑚钙质砂的热力学性质对于中国南海人工冻结法施工工艺的优化十分重要,但目前对其研究仍有不足。珊瑚钙质砂颗粒形状不规则、棱角度高,内部传热路径长且曲折,经典Côté-Konrad(CK)模型不能准确描述其含水率与导热系数之间的关系。提出相对颗粒评价参数¼,并结合CK模型得到了改进模型(modified Côté-Konrad模型,简称MCK模型),用于定量描述非冻结状态下珊瑚钙质砂含水率与导热系数的关系。结果表明:非冻结状态下,MCK模型对珊瑚钙质砂导热系数的预测结果远远好于经典CK模型,改进后MAE,RMSE和MAPE分别从0.286,0.098 W/m℃和40%下降至0.098,0.011 W/m℃和10%。在冻结状态下,由于冰增强了砂土颗粒之间的联结,从而降低了颗粒形状不规则对导热系数的影响程度,因此经典CK模型仍然适用。

关键词：珊瑚钙质砂导热系数改进Côté-Konrad模型含水率

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珊瑚钙质砂导热系数测定及预测模型研究

岩土工程学报 2023年第S1期45卷 71-74页

作者：车东泽曾召田林铭宇杨成琳付慧丽桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004

利用热探针法测得了不同含水率条件下珊瑚钙质砂的导热系数,采用Johansen模型和Chen模型对珊瑚钙质砂的导热系数进行了预测计算,并结合试验实测值对模型参数进行修正,尝试寻找出合适的预测模型对珊瑚钙质砂导热系数进行有效的模拟计算... 详细信息

利用热探针法测得了不同含水率条件下珊瑚钙质砂的导热系数,采用Johansen模型和Chen模型对珊瑚钙质砂的导热系数进行了预测计算,并结合试验实测值对模型参数进行修正,尝试寻找出合适的预测模型对珊瑚钙质砂导热系数进行有效的模拟计算。研究结果表明:珊瑚钙质砂的导热系数随含水率的增加呈现出线性递增趋势;Johansen模型和Chen模型的预测值均与试验实测值存在较大偏差;改进的Johansen模型和Chen模型预测值均与试验实测值较为接近,均方根误差值(Root-mean-square error)小于0.05,可用来预测珊瑚钙质砂的导热系数,且计算精度较高。

关键词：珊瑚钙质砂导热系数 Johansen模型 Chen模型模型参数修正

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珊瑚钙质砂锤击钢管桩贯入机理试验研究

珊瑚钙质砂锤击钢管桩贯入机理试验研究

作者：彭宇肸东南大学

学位级别：硕士

珊瑚钙质砂是一种具有易碎性、多孔性、高压缩性等特点的特殊工程土体,是导致钢管桩打入时溜桩和服役时承载力低下等突出工程问题的重要因素。目前,珊瑚钙质砂颗粒破碎演化发展规律、打入桩沉桩阻力构成以及承载特性在国内外鲜有研究。... 详细信息

珊瑚钙质砂是一种具有易碎性、多孔性、高压缩性等特点的特殊工程土体,是导致钢管桩打入时溜桩和服役时承载力低下等突出工程问题的重要因素。目前,珊瑚钙质砂颗粒破碎演化发展规律、打入桩沉桩阻力构成以及承载特性在国内外鲜有研究。为此,本论文依托国家自然科学基金项目“珊瑚礁地质钢管桩贯入机理与承载特性研究”(51678145),针对珊瑚钙质砂与钢管桩相互作用这一关键问题,采取室内模型试验和颗粒流数值模拟为研究手段,从锤击能量、砂相对密实度、桩长径比等因素出发,对锤击方式下珊瑚钙质砂中钢管桩贯入机理以及钢管桩的竖向承载特性进行了系统性研究。主要内容和成果如下:1.在珊瑚钙质砂中进行了锤击钢管桩贯入室内模型试验,通过沉桩过程全过程模拟,对比研究了不同锤击能量与不同钙质砂相对密实度控制下锤击次数、沉桩阻力等因素对钢管桩贯入影响,探讨了沉桩阻力构成与沉桩过程能量传递,并重点分析了珊瑚钙质砂中锤击沉桩贯入机理。2.对珊瑚钙质砂中钢管桩进行了竖向抗压静载室内模型试验,对比研究了锤击式、预埋式钢管桩在不同钙质砂相对密实度、不同桩长径比下的桩基竖向承载和变形性能及其影响因素,揭示了珊瑚钙质砂中钢管桩竖向承载特性以及荷载传递规律,并探讨了桩侧阻力、桩端阻力发挥机制。3.基于颗粒流数值软件PFC,建立珊瑚钙质砂沉桩细观模型,主要分析钢管桩在贯入过程中摩阻力、端阻力分布规律、桩周土位移场变化、钙质砂颗粒破碎发展等细观变化情况。结合室内试验设计仿真沉桩全过程,深入揭示珊瑚钙质砂钢管桩贯入机理。通过室内试验与模拟结果数据分析表明:珊瑚钙质砂中锤击沉桩速率快;越大的锤击能量与越小的相对密实度有利于沉桩;锤击次数、沉桩阻力随桩位下沉而增加;桩端阻力是限制桩基贯入主要部分;颗粒破碎加速桩周土重新分布,打桩对珊瑚钙质砂挤密作用占主导;桩长径比、钙质砂相对密实度、沉桩方式对珊瑚钙质砂中桩基竖向抗压承载性能影响显著;竖向荷载作用下,钢管桩桩身轴力衰减速率缓慢,桩侧摩阻力迅速发挥至极致,桩端阻力在加载初期就有发挥,桩端阻力对限制桩位下沉占主要作用。

关键词：珊瑚钙质砂模型试验打入桩颗粒破碎颗粒流模拟

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不同温度环境下珊瑚钙质砂导热系数试验

桂林理工大学学报 2022年第3期42卷 622-627页

作者：杨二静曾召田车东泽潘斌付慧丽桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 黄河水利职业技术学院河南开封475004

基于热探针法测定了不同温度环境下珊瑚钙质砂的导热系数,探讨环境温度、试样含水率对珊瑚钙质砂导热系数的影响规律,提出了一个考虑不同温度环境作用的珊瑚钙质砂导热系数计算模型。结果表明:珊瑚钙质砂导热系数λ值随着环境温度T值的... 详细信息

基于热探针法测定了不同温度环境下珊瑚钙质砂的导热系数,探讨环境温度、试样含水率对珊瑚钙质砂导热系数的影响规律,提出了一个考虑不同温度环境作用的珊瑚钙质砂导热系数计算模型。结果表明:珊瑚钙质砂导热系数λ值随着环境温度T值的递增呈指数增加,λ最大提高倍数为3.46,温度对导热系数的影响主要取决于试样内水蒸气的潜热传输效应;珊瑚钙质砂导热系数随着试样含水率的增加而递增,二者呈现出良好的幂函数关系,主要原因在于珊瑚钙质砂内孔隙水变化和热对流方式的影响。对比分析表明,导热系数计算模型具有较高精度和较好适应性,相关系数R^(2)=0.968 2。

关键词：珊瑚钙质砂环境温度导热系数含水率计算模型

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中国南海珊瑚钙质砂压缩特性

科学技术与工程 2022年第6期22卷 2401-2408页

作者：刘志遐郭成超曹鼎峰黄锐中山大学土木工程学院广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519000 广东省海洋土木工程重点实验室广州510275 广东省地下空间开发工程技术研究中心广州510275

中国南海珊瑚钙质砂地基在荷载作用下的压缩沉降直接决定着上部构筑物安全,通过室内侧限压缩试验对珊瑚钙质砂的压缩特性展开研究,确定了含水率、碳酸钙含量与颗粒粒径对其压缩性的影响。试验结果表明:珊瑚钙质砂中的碳酸钙含量越高,土... 详细信息

中国南海珊瑚钙质砂地基在荷载作用下的压缩沉降直接决定着上部构筑物安全,通过室内侧限压缩试验对珊瑚钙质砂的压缩特性展开研究,确定了含水率、碳酸钙含量与颗粒粒径对其压缩性的影响。试验结果表明:珊瑚钙质砂中的碳酸钙含量越高,土样的压缩量越小;中粗颗粒(2~0.25 mm)越多,其压缩量越小,承载力越高;随着含水率增大,土样的压缩模量呈现出先减小再增大的规律,含水率为15%时压缩模量达到最小值;压缩沉降量随时间的变化关系可以近似表示为对数函数形式,函数系数由含水率和粒径共同决定,土样沉降速率也随含水率的增加先增大后减小,在土样含水率15%处达到最大值。

关键词：珊瑚钙质砂碳酸钙含量含水率压缩特性

NaCl盐溶液对珊瑚钙质砂导热系数的影响试验研究

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混凝土 2021年第12期 61-65页

作者：曾莎莎付慧丽莫红艳孙凌云范理云桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 贺州学院建筑与电气工程学院广西贺州542899

作为海岛工程的常用建筑材料,珊瑚钙质砂在海水环境中的热传导特性变化是一个值得关注的问题。基于热探针法测定模拟海水作用试验条件下珊瑚钙质砂的导热系数变化特征,探讨了盐溶液浓度、盐溶液含量、浸泡养护时间等因素对钙质砂导热系... 详细信息

作为海岛工程的常用建筑材料,珊瑚钙质砂在海水环境中的热传导特性变化是一个值得关注的问题。基于热探针法测定模拟海水作用试验条件下珊瑚钙质砂的导热系数变化特征,探讨了盐溶液浓度、盐溶液含量、浸泡养护时间等因素对钙质砂导热系数的影响规律。试验结果表明:(1)珊瑚钙质砂导热系数λ值随着Na Cl盐溶液浓度M、浸泡养护时间T的增加分别递减,减少幅度逐渐变缓;(2)Na Cl盐溶液含量ω极大地影响着珊瑚钙质砂导热系数λ的变化,λ值随ω值的增加而递增,二者具有较好的指数增长关系;(3)上述规律发生的本质原因在于室温下Na Cl盐溶液的导热系数λ小于蒸馏水的导热系数λ值,且前者的λ值随着盐溶液浓度M的增加而递减;(4)考虑Na Cl盐溶液作用(海水环境)下珊瑚钙质砂导热系数λ的计算模型具有很好的适用性。

关键词：珊瑚钙质砂 NaCl盐溶液导热系数计算模型试验研究

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中国南海吹填岛礁原状钙质砂蠕变特征初探

岩石力学与工程学报 2019年第6期38卷 1242-1251页

作者：叶剑红曹梦李刚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 武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070 西京学院土木工程学院陕西西安710123

南海岛礁吹填工程是我国的战略性工程,岛礁顶部的吹填陆域主要由珊瑚钙质砂组成。已有的研究表明,珊瑚钙质砂在恒定荷载长期作用下会产生蠕变变形。作为各种岛礁结构物的地基材料的钙质砂,其长期蠕变行为会对岛礁结构物的长期沉降变形... 详细信息

南海岛礁吹填工程是我国的战略性工程,岛礁顶部的吹填陆域主要由珊瑚钙质砂组成。已有的研究表明,珊瑚钙质砂在恒定荷载长期作用下会产生蠕变变形。作为各种岛礁结构物的地基材料的钙质砂,其长期蠕变行为会对岛礁结构物的长期沉降变形产生影响。因此,研究南海岛礁珊瑚钙质砂的长期蠕变特征具有重要的工程意义。对取自我国南海某岛礁的原状级配珊瑚钙质砂开展了室内饱和三轴排水蠕变试验(围压100 kPa),研究其长期蠕变特征。试验结果表明,珊瑚钙质砂的蠕变为衰减型稳态蠕变,不同应力条件下的蠕变–时间曲线在双对数坐标中均为直线,可以采用幂函数进行描述;且同一密实程度的钙质砂在不同偏应力作用下蠕变直线族基本平行,直线斜率与偏应力量级无明显关系。钙质砂蠕变阶段的体积变化趋势受蠕变之前试样的体积收缩是否充分完成控制。研究发现Mesri蠕变数学模型可以很好地描述珊瑚钙质砂的应力–应变–时间关系,最终的蠕变变形和应力水平q/(σ1-σ3)f呈现出高度线性正相关关系。试验前后颗粒筛分发现,低围压下钙质砂蠕变过程中颗粒破碎极不明显,表明珊瑚钙质砂在低围压条件下其蠕变变形主要是由颗粒间滑移、错动、重排列引起。

关键词：土力学珊瑚钙质砂三轴蠕变试验蠕变特征蠕变模型南海岛礁吹填工程

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中国南海吹填岛礁钙质砂动力特性试验研究

岩土力学 2019年第10期40卷 3897-3908,3919页

作者：高冉叶剑红中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

南海对我国经济发展、资源开发与运输、维护国土完整具有战略性意义。目前我国已在南海海域以吹填方式建设了一系列的岛礁,并在其上修建了一系列的结构物(房屋、防波堤、机场等)。作为这些重要结构物的地基材料,珊瑚钙质砂在极端波浪、... 详细信息

南海对我国经济发展、资源开发与运输、维护国土完整具有战略性意义。目前我国已在南海海域以吹填方式建设了一系列的岛礁,并在其上修建了一系列的结构物(房屋、防波堤、机场等)。作为这些重要结构物的地基材料,珊瑚钙质砂在极端波浪、海底地震等环境荷载作用下的动态响应特性对评价其上结构物的安全稳定性具有重要的意义。以我国南海珊瑚岛礁吹填工程为背景,对取自岛礁吹填体现场的钙质砂样品,以吹填现场实测的颗粒级配和干密度为依据,开展动态三轴循环试验,研究我国南海珊瑚岛礁吹填体钙质砂地基土的动力特性。试验结果表明:岛礁钙质砂受动态循环荷载作用,在排水不通畅的条件下可以达到部分液化状态,在排水通畅的条件下不发生液化;在不排水条件下,岛礁钙质砂归一化的累积孔压u/σ0’与振次比N/Nf符合Seed提出的反正弦孔压发展模式;在不排水条件下,所有岛礁钙质砂样品的动态变形模量Ed/E0与归一化应变εm/εr之间全部重合在一条双曲线上,表明不排水条件下岛礁钙质砂的Ed/E0与εm/εr化之间的关系不受干密度和颗粒级配的影响,具有很好的统一性。

关键词：珊瑚钙质砂三轴循环试验液化特征南海岛礁吹填工程