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水泥与粗颗粒工程弃土复合固化改良淤泥土试验研究

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科学技术与工程 2024年第12期24卷 5076-5087页

作者：秦玉禹秦子鹏黄煌蒋光荣郭显顶黄益鑫郑艳娜许尔金高景泉大连海洋大学海洋与土木工程学院大连116023 浙江水利水电学院水利与环境工程学院杭州310018 温州市苍南县水利局温州325899 温州市水利建设管理中心温州325000 浙江水专工程顾问有限公司杭州310052

为实现工程弃土的资源化利用和降低工程投资,以苍南县安澜工程(南片海塘)护塘河开挖产生的淤泥质土为研究对象,将附近绿能小镇三澳核电站工程弃土作为粒径改良用土,并采用水泥作为固化剂,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验研究水泥与粗... 详细信息

为实现工程弃土的资源化利用和降低工程投资,以苍南县安澜工程(南片海塘)护塘河开挖产生的淤泥质土为研究对象,将附近绿能小镇三澳核电站工程弃土作为粒径改良用土,并采用水泥作为固化剂,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验研究水泥与粗颗粒工程弃土复合改良淤泥土的物理力学性能,并得到既符合工程设计要求又具较好经济性的改良土配合比。试验结果表明:影响改良土物理力学性能因素主要为粗颗粒弃土占比、水泥掺量、养护龄期,其中水泥掺量与养护龄期影响最为显著;单掺改良时,粗颗粒掺量对改良土的力学性能影响较小,改良效果不佳。淤泥土、粗颗粒土、水泥掺量分别为40%、60%、15%,养护龄期为56 d时淤泥质土的改良效果最佳,最大偏应力和黏聚力分别为2897.87、567.63 kPa。改良后的土作为海塘闭气土方用土能够满足工程设计要求。研究成果能够为海塘工程设计和施工提供理论依据和指导。

关键词：淤泥土粗颗粒土级配改良复合改良三轴试验物理力学特性

自密实沙漠砂贫混凝土的耐久性及其蠕变松弛特性研究

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自密实沙漠砂贫混凝土的耐久性及其蠕变松弛特性研究

作者：关英林北方民族大学

学位级别：硕士

针对西北荒漠周边工程建设项目逐渐增多而河砂资源却不丰富的现状,用沙漠砂代替土木工程用砂的研究有实际应用价值。沙漠砂因其自身物理特性,尚不适合用于梁、板或柱等构件的土木工程用砂,但可用于路基或边坡等填筑类的土木工程用砂。... 详细信息

针对西北荒漠周边工程建设项目逐渐增多而河砂资源却不丰富的现状,用沙漠砂代替土木工程用砂的研究有实际应用价值。沙漠砂因其自身物理特性,尚不适合用于梁、板或柱等构件的土木工程用砂,但可用于路基或边坡等填筑类的土木工程用砂。有鉴于此,论文基于沙漠砂制备了自密实沙漠砂贫混凝土,并以其物理力学特性及蠕变松弛特性为切入点,借鉴岩土工程与化学工程等学科的成果与方法,对不同配比和不同状态的自密实沙漠砂贫混凝土进行了一系列研究,最后开展了现场工程应用,主要研究内容如下:（1）通过改变水泥的掺量制备了四种不同配比的自密实沙漠砂贫混凝土试块,各项表征分析表明,不同配比试块中均含有大量二氧化硅（Si O）,并且还有碳酸钙（Ca CO）、氢氧化钙（CH）和水化硅酸钙（C-S-H）。随着水泥含量的增加,其比表面积逐渐增大,孔径逐渐减小。单轴压缩试验表明,试块的水泥含量从190.40 kg/m增长到394.05 kg/m时,其抗压强度从3.65 MPa增长到12.66 MPa,其弹性模量从168.0 MPa增长到362.3 MPa。通过对常用混凝土峰前段单轴压缩本构模型进行分析,提出了适用于自密实沙漠砂贫混凝土的峰前段单轴压缩本构模型。（2）通过对不同状态下的自密实沙漠砂贫混凝土试块进行力学性能测试发现,经过干湿循环50次和冻融循环50次后,该贫混凝土的强度不降反增。各项表征分析表明,经干湿循环50次和冻融循环50次后,自密实沙漠砂贫混凝土中CH的含量明显降低,而Ca CO的含量明显提高。经干湿循环50次后,其比表面积从11.12 m·g减小到了9.92 m·g,孔尺寸从13.98 nm减小到了13.19 nm。经冻融循环50次后,其比表面积从11.12 m·g减小到7.86 m·g,孔尺寸从13.98 nm减小到了10.54 nm。（3）采用分级加载和加卸载的方式对不同配比试块进行了蠕变试验,结果表明不同配比试块的蠕变曲线形态基本相似,均包括衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。该贫混凝土可近似视为非线性粘弹性体,Burgers模型可较好的描述其蠕变特性。采用分级加载的方式对不同配比试块进行了应力松弛试验,结果表明不同配比试块的峰前、峰后应力松弛曲线形态相似,均包含快速松弛、衰减松弛和稳态松弛,其应力松弛特性可由广义Kelvin模型描述。（4）沙湖变电站的病害主要表现为孔洞、塌陷和不均匀沉降,并且发现塌陷加固空间狭小,因此采用自密实沙漠砂贫混凝土灌浆和注浆结合的方式进行处理,给浆液一个压力迫使其沿着塌陷和孔洞流动,直至充满,其凝固后填充了这些孔洞,可方便快捷高效的处理这些病害。月牙湖变电站的问题主要为独立基础由于空间狭小而无法夯实,之前采用传统回填土进行回填,但由于压实度不足而产生了不均匀沉降,因此采用自密实沙漠砂贫混凝土灌浆的方式来解决,浆液凝固后具有较大的空间刚度和整体性,可以从根本上解决问题。

关键词：自密实沙漠砂贫混凝土物理力学特性蠕变特性应力松弛特性本构模型

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磷石膏物理力学特性初探

岩土力学 2007年第3期28卷 461-466页

作者：张超杨春和余克井付四乌陈锋中国科学院岩土力学重点实验室武汉430071 宁波华东核工业工程勘察院浙江宁波315800

通过大量的室内试验,研究了磷石膏的烘烤温度与含水率的关系、烘烤时间与含水率关系、溶解度与温度关系。按土工试验规范进行试验,测得磷石膏的含水率随着烘烤温度的升高而增加,也随着烘烤时间的增长而增加,但是含水率应该是一个恒定的... 详细信息

通过大量的室内试验,研究了磷石膏的烘烤温度与含水率的关系、烘烤时间与含水率关系、溶解度与温度关系。按土工试验规范进行试验,测得磷石膏的含水率随着烘烤温度的升高而增加,也随着烘烤时间的增长而增加,但是含水率应该是一个恒定的指标,所以磷石膏的含水率的测定不能按照现行规范进行,必须加以改进。建议在55～60℃条件下烘烤36h或更长时间来测定磷石膏的含水率。从试验还可以得知磷石膏有一定的溶解度,且其溶解度随着温度的升高而降低。也正是由于磷石膏的溶解特性,所以在进行渗透试验和三轴剪切试验时要使用室温条件下的饱和磷石膏溶液替代水,从渗透试验结果来看,磷石膏坝渗透特性不同于一般的尾矿坝,其垂直渗透系数要大于水平渗透系数。从磷石膏的固结不排水三轴剪切试验可知,磷石膏是一种有明显的剪胀性的材料,在剪切条件下其破坏发生在孔隙水压力为负的情况下,且其破坏时的应变受围压的影响不明显。利用磷石膏的剪切破坏发生在负孔压的这一特性,理论上可以通过坝体内孔压变化的监测来预测磷石膏坝的安全性。

关键词：磷石膏物理力学特性含水率溶解度渗透系数剪胀性

水化学作用对滑坡滑带土的物理力学特性影响试验研究

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岩土力学 2016年第10期37卷 2885-2892页

作者：汤文姚志宾李邵军孙钱程中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819 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

滑带是影响滑坡稳定的最关键内在因素之一。对原状土进行X射线衍射、压汞试验,获得了滑带土体的成分及其含量和孔隙结构参数,结果表明,滑带土成分以石英、拉长石、伊利石等为主,孔隙孔径以小孔和过渡孔居多;依据工程实例滑坡滑带土所处... 详细信息

滑带是影响滑坡稳定的最关键内在因素之一。对原状土进行X射线衍射、压汞试验,获得了滑带土体的成分及其含量和孔隙结构参数,结果表明,滑带土成分以石英、拉长石、伊利石等为主,孔隙孔径以小孔和过渡孔居多;依据工程实例滑坡滑带土所处的水化学环境,模拟不同水化条件,通过剪切试验、渗透试验和扫描电镜试验,获得不同化学条件的强度和渗透性参数及微细观结构特征,分析了滑带土在不同水化学条件下力学特性和渗透性变化规律。试验结果表明:相同p H条件下,较之蒸馏水,土样经化学溶液浸泡后峰值强度和残余强度变大,且残余强度的变化更明显;不同p H条件下,酸碱性溶液使得土的强度参数显著降低。该研究结果为水化学条件下滑坡滑带土力学特性变化、多场耦合理论模型分析提供了重要的基础数据。

关键词：滑坡滑带土水化学环境物理力学特性

不同服役环境下黄土基水泥土物理力学特性及其计算模型研究

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不同服役环境下黄土基水泥土物理力学特性及其计算模型研究

作者：程禹翰长安大学

学位级别：硕士

水泥土材料因取材方便、绿色环保等特点广泛应用于我国地基处理、路基填筑、边坡防护等基础建设工程,应用场景复杂多样。我国广泛分布季节性冻土区,除一般服役环境外,水泥土常遭受冻融循环环境作用影响,显现出目标性能配比不吻合、强度... 详细信息

水泥土材料因取材方便、绿色环保等特点广泛应用于我国地基处理、路基填筑、边坡防护等基础建设工程,应用场景复杂多样。我国广泛分布季节性冻土区,除一般服役环境外,水泥土常遭受冻融循环环境作用影响,显现出目标性能配比不吻合、强度低、抗冻稳定性差等缺陷。因此,对传统水泥土进行有效改良从而获得性能优良稳定的改性水泥土对不同服役环境下的地下工程建设、路基工程病害防治及边坡稳定性维护等意义重大。本文利用开挖废弃土壤资源和燃煤电厂废料,研究新型材料—黄土基水泥土,基于正交试验分析方法,对不同组分配比的黄土基水泥土开展室内压缩试验、冻融循环试验、扫描电镜试验和核磁共振试验,分析在一般环境和冻融环境下黄土基水泥土物理力学特性及不同因素的影响机理。本文主要研究结论如下:(1)通过开展一般服役环境下室内物理力学试验,得到了不同配比因素水平对黄土基水泥土坍落度、容重及单轴抗压强度的影响规律,采用电镜微观图像分析了不同组分的作用机制,结合Hyperopt超参数优化算法优势,改进了极端随机森林预测模型,实现了黄土基水泥土物理力学特性较为精准的预测。(2)设计黄土基水泥土正交试验方案,开展冻融服役环境下室内物理力学试验,分析了多种配比因素水平对冻融循环作用下黄土基水泥土质量增长率、单轴抗压强度及相对弹性模量抗冻指标的影响规律、敏感性排序及微观作用机理。(3)基于一般环境和冻融环境下不固结不排水三轴试验(UU),研究了围压和冻融循环次数对黄土基水泥土抗剪强度参数的影响规律,分析了黄土基水泥土冻融损伤过程,构建了基于Logistic模型的抗剪强度参数冻融损伤方程。(4)结合扫描电镜(SEM)和核磁共振(NMR)试验,得到了黄土基水泥土在不同冻融循环次数下的微观形貌和孔隙结构特征,量化分析了冻融循环作用下孔结构特征的发育规律。利用灰色关联理论建立了微观特征参数与宏观力学性能的相关性关系,揭示了宏观力学性能冻融损失的微观作用机理及各配比因素对宏观力学特性的内在影响机制。

关键词：黄土基水泥土冻融循环物理力学特性预测模型微细观损伤

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冻融循环作用下灰岩物理力学特性研究

冻融循环作用下灰岩物理力学特性研究

作者：彭飞重庆交通大学

学位级别：硕士

随着国家西部建设进程的加快,寒区冻融灾害给工程建设带来的潜在风险越来越受重视。针对寒区岩土体的冻融劣化问题,本文选取灰岩作为研究对象,通过室内冻融循环试验模拟寒区温差环境,开展冻融循环作用下灰岩的物理力学试验,基于试验结... 详细信息

随着国家西部建设进程的加快,寒区冻融灾害给工程建设带来的潜在风险越来越受重视。针对寒区岩土体的冻融劣化问题,本文选取灰岩作为研究对象,通过室内冻融循环试验模拟寒区温差环境,开展冻融循环作用下灰岩的物理力学试验,基于试验结果对灰岩的冻融劣化效应及机理进行分析,并结合损伤力学理论建立了冻融循环作用下灰岩的损伤演化方程及本构模型。主要研究内容及成果如下:（1）对灰岩试样分别进行0、10、20、30、40次冻融循环试验,通过测定冻融循环过程中试样的质量和体积参数分析灰岩的质量变化、饱和吸水率变化及密度变化规律。灰岩的干燥质量、饱水质量分别表现出损失和增加的变化特征,且变化量随冻融循环次数的增加逐渐增加;饱和吸水率随循环次数的增加逐渐上升;饱和密度在不同循环次数作用后均有所增加,但增长量随循环次数的增加而降低,而干密度随循环次数的增加表现出先增大后减小的变化特征。（2）对冻融循环作用后的灰岩试样开展单轴、常规三轴压缩试验,分析不同冻融循环次数和围压条件下灰岩的应力-应变曲线、破坏形态、强度及变形参数变化规律,并引入劣化度的概念计算灰岩各力学参数的总劣化度及阶段劣化度,进而分析冻融循环作用下灰岩的劣化效应。随着冻融循环次数的增加,应力-应变曲线的压密段变形延长、塑性段变形出现小幅度增长、直线段斜率减小,试样主要表现为脆性张拉破坏;随着围压的增大,曲线的压密段变形减小,直线段斜率增加,塑性段变形增加,峰后出现残余强度,试样的破坏模式逐渐转变为纯剪切破坏或拉剪混合破坏。在力学性质方面,灰岩的抗压强度、弹性模量、变形模量、粘聚力及内摩擦角均随冻融循环次数的增加而降低,但劣化速率有所差异:除内摩擦角的劣化速率随循环次数的增加呈持续增长的趋势外,其他参数均随冻融循环次数的增加整体表现出先增大后减小的变化规律;围压会抑制冻融循环作用对灰岩力学性质的影响,且抑制效果与冻融循环次数、围压均呈正相关关系。（3）根据冻融循环作用下灰岩力学特性试验结果,分别对单轴抗压强度、弹性模量和变形模量的损伤因子进行分析,选取相关系数最高的弹性模量作为灰岩的冻融损伤变量,基于Weibull分布、Drucker-Prager强度准则和Lemaitre应变等价原理建立了冻融循环作用下灰岩损伤变量表达式及考虑压密段影响的本构方程,并通过试验数据对损伤本构方程进行验证。损伤本构模型能够较好地反映出冻融-荷载作用下灰岩的峰值强度、峰值应变、压密阶段及弹性变形特征,峰后破坏阶段的应力-应变曲线契合度相对较差。此外,通过分析损伤本构模型参数的表征意义及其随冻融循环次数的变化,发现模型参数在一定程度上能够反映岩石的宏观性质,且变化特征与物理试验结果基本相同。

关键词：冻融循环灰岩物理力学特性劣化效应损伤本构模型

某尾矿坝毛细水带内的坝体材料物理力学特性研究

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岩土力学 2014年第6期35卷 1561-1568页

作者：张志军李亚俊贺桂成章求才韩艳杰常健刘玄钊南华大学核资源工程学院湖南衡阳421001

毛细水的存在将使尾矿坝坝体材料的物理力学特性发生较大变化,这种变化对尾矿坝的安全稳定势必产生影响,而国内外在此方面的研究工作却鲜有报道。为此,开展了某尾矿坝坝体材料现场取样、室内土工试验工作,并采用自制的毛细水带分层取样... 详细信息

毛细水的存在将使尾矿坝坝体材料的物理力学特性发生较大变化,这种变化对尾矿坝的安全稳定势必产生影响,而国内外在此方面的研究工作却鲜有报道。为此,开展了某尾矿坝坝体材料现场取样、室内土工试验工作,并采用自制的毛细水带分层取样试验装置开展了长达6个月的毛细水上升测试工作,通过分层取样及土工试验,得到了毛细水带内尾矿砂的物理力学特性,进而系统地研究了毛细水带尾矿砂的含水率、重度、黏聚力、内摩擦角等物理力学指标随毛细水高度的变化特征。研究发现,毛细水带内尾矿砂的含水率和重度均随毛细高度而减小;黏聚力和内摩擦角的变化均随毛细高度和含水率呈先增大后减小的变化规律,其中内摩擦角的变化规律与以往相关研究所得结论并不完全相符,分析指出,这是由于毛细水和尾矿砂颗粒的表面特性所导致的;简要分析了抗剪强度随毛细高度的变化规律,发现其受毛细作用影响较大,呈先增大后减小的变化趋势。研究结果为坝体、边坡等工程的稳定性研究工作提供了一种新思路,为今后建立考虑毛细水作用下尾矿坝稳定性分析方法和理论奠定了基础。

关键词：尾矿坝毛细水带物理力学特性

循环冻融对冻土路基护坡块石物理力学特性的影响

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岩土力学 2011年第5期32卷 1369-1376页

作者：林战举牛富俊刘华鲁嘉濠中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 中交第一公路勘察设计研究院寒区道路实验室西安710068

选用铺设于青藏铁路护坡、护道的碎屑岩、泥岩和砂岩3种岩石进行循环冻融试验。研究了在循环冻融条件下的破坏方式,并通过RSM-SY5数字声波仪对岩石进行超声波无损检测;根据不同冻融周期超声波波速变化,计算分析了循环冻融对岩石物理力... 详细信息

选用铺设于青藏铁路护坡、护道的碎屑岩、泥岩和砂岩3种岩石进行循环冻融试验。研究了在循环冻融条件下的破坏方式,并通过RSM-SY5数字声波仪对岩石进行超声波无损检测;根据不同冻融周期超声波波速变化,计算分析了循环冻融对岩石物理力学特性的影响;通过单轴压缩试验,得到岩石抗压强度随循环冻融次数变化的规律。研究结果表明:3种岩石在循环冻融条件下具有不同的表观破坏方式,碎屑岩破坏最严重,表面不同程度地出现了轴向和环向裂纹;其次是泥岩,一条近似"几"字型的裂纹出现在泥岩表面,且裂纹发展较快;砂岩表观破坏最轻微,仅有1条细而短的裂隙发育在表面;在30个循环冻融周期内,泥岩和砂岩几乎无质量变化,而碎屑岩由于岩屑掉落而质量减轻不到1%;3种岩石的弹性模量、刚性模量、体积模量、泊松比等力学特性随着循环冻融次数增加而下降,且泊松比出现负值,揭示了循环冻融对岩石材料特性的深层次破坏;岩石抗压强度也随着循环冻融周期呈现下降趋势。

关键词：循环冻融超声波岩石物理力学特性

粉煤灰充填材料早龄期物理力学特性及其水化过程分析

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岩石力学与工程学报 2016年第4期35卷 826-836页

作者：杜明泽康天合尹博毋林林太原理工大学采矿工艺研究所山西太原030024

针对粉煤灰充填材料早期强度低、变形量大、流动性差、泌水严重等缺陷,基于电阻率法和力学特性测试法研究3种配比粉煤灰充填材料早龄期的体积电阻率、孔隙溶液电阻率、单轴抗压强度和弹性模量随时间的变化规律;结合充填材料初始孔隙度和... 详细信息

针对粉煤灰充填材料早期强度低、变形量大、流动性差、泌水严重等缺陷,基于电阻率法和力学特性测试法研究3种配比粉煤灰充填材料早龄期的体积电阻率、孔隙溶液电阻率、单轴抗压强度和弹性模量随时间的变化规律;结合充填材料初始孔隙度和1 d孔隙度的测试结果,对孔隙度随时间的变化规律作进一步分析。结果表明:(1)材料的体积电阻率随时间呈升高、降低、再升高的变化规律,孔隙溶液的电阻率随时间呈先急剧下降后趋于稳定的变化规律,但材料的电阻率变化在时间上和数值上受粉煤灰掺量的影响;(2)材料的单轴抗压强度和弹性模量随水化时间的延长而增大,随粉煤灰掺量的增加而降低;(3)材料的孔隙度随水化时间的延长呈负指数规律降低,随粉煤灰掺量的增加先降低后增加;(4)在水化后期,材料的单轴抗压强度和弹性模量与其体积电阻率呈对数相关;(5)材料早龄期的水化过程可分为吸附期、溶解期、凝结期和硬化期4个阶段。研究结果为进一步了解、改善粉煤灰充填材料早龄期的物理力学特性和实现材料特性的无损检测提供了一定的理论与应用参考。

关键词：采矿工程粉煤灰充填材料早龄期物理力学特性相关性水化过程