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环境因素对氧化石墨烯水泥基复合材料导电、压敏性能的影响

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材料导报 2024年第S1期38卷 52-63页

作者：梁政显夏海廷索玉霞颜峰郭荣鑫昆明理工大学建筑工程学院昆明650500 云南省土木工程防灾重点实验室昆明650500 云南省绿色建造与智慧运维国际联合实验室昆明650500 昆明理工大学民航与航空学院昆明650500 华北水利水电大学土木与交通学院郑州450045

制备水泥基传感器,实现水泥基体的自感应,是目前结构健康监测领域极具发展前景的研究方向之一。将氧化石墨烯(GO)掺入水泥,制备氧化石墨烯水泥基材料(GO/CCs),能改善水泥基体的力学性能及压敏性能。因此,GO/CCs受到了学者们的广泛关注... 详细信息

制备水泥基传感器,实现水泥基体的自感应,是目前结构健康监测领域极具发展前景的研究方向之一。将氧化石墨烯(GO)掺入水泥,制备氧化石墨烯水泥基材料(GO/CCs),能改善水泥基体的力学性能及压敏性能。因此,GO/CCs受到了学者们的广泛关注。由于水泥基传感器会受环境因素影响,环境的变化会使水泥复合材料的温度及含水量发生变化,这将影响水泥基传感器的实际使用。目前,环境因素对GO/CCs性能的影响研究较少,尤其是环境因素对GO/CCs导电性能、压敏性能的影响。本工作通过超声波与聚羧酸减水剂结合的方法,制备了不同GO掺量的GO/CCs试件,研究了含水量和温度对GO/CCs导电性能的影响,测试了含水量对不同GO掺量试件压敏性能的影响。通过SEM及电化学阻抗谱(EIS)测试分析了GO/CCs的微观形貌及导电机理。结果表明,含水量及温度对GO/CCs的导电性能有较大影响,水分的提升使GO/CCs离子导电增强。温度敏感系数(TC)随GO掺量增加先增大后减小。不同含水量状态的GO/CCs提升其压敏性能的最佳掺量不同。0.1%掺量的GO能使水饱合状态的GO/CC试件内部的电接触更加稳定。本研究为进一步推进水泥基传感器在结构健康监测中的应用提供了指导。

关键词：水泥复合材料氧化石墨烯导电性能压敏性能含水量温度

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动水驱动作用下边坡灾变防控研究综述

人民长江 2024年

作者：张硕张翰清张昕姜彤吴嘉绪杨创维华北水利水电大学地球科学与工程学院地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 成都理工大学沉积地质研究院

降雨、库水位升降、外界振动等驱动因素下造成的坡体失稳被称为动水驱动型边坡灾变，该类灾变随着我国大规模的交通工程建设发展而变得越来越突出，迫切需要对其力学响应机制及变形破坏过程开展深入研究。首先从水力作用下边坡失稳特征... 详细信息

降雨、库水位升降、外界振动等驱动因素下造成的坡体失稳被称为动水驱动型边坡灾变，该类灾变随着我国大规模的交通工程建设发展而变得越来越突出，迫切需要对其力学响应机制及变形破坏过程开展深入研究。首先从水力作用下边坡失稳特征和力学过程出发，着重分析了库水位升降、降雨导致边坡失稳的微观机理，得出长期降雨等入渗下的坡体，其孔隙间的黏土矿物与可溶盐胶结物不断分解析出，促使坡体结构发生促溶效应；然后将长期饱水作用、交通循环荷载以及岩土体介质的微观特征结合归纳出动水驱动作用下的边坡致灾“六促效应”；最后在动水驱动致灾机理特征的基础上，紧扣“三控”理念，对边坡灾变防控技术领域包括控水减灾技术、坡面工程防护技术、边坡植被减灾技术三方面的研究现状进行梳理，揭示边坡控水减灾技术模式。综述分析坡体在动水驱动作用下的水-力-坡体成灾机制，对确保重大工程的安全建设和边坡的监测预警具有重要的意义。

关键词：动水驱动水化学作用促溶效应边坡失稳边坡防护技术

基于PIV技术的高吸力下压实膨润土径向劈裂试验研究

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应用基础与工程科学学报 2021年第3期29卷 691-701页

作者：张俊然王俪锦姜彤赵金玓任淼李洪军贾艳昌刘晓峰华北水利水电大学河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450046

基于粒子图像测速(PIV)技术,采用饱和盐溶液蒸汽平衡法控制试样的吸力,对具有不同吸力的压实膨润土进行了一系列的径向劈裂试验.在径向压缩过程中用高速相机和Davis8.0采集软件拍摄图像,用PIVview2C软件得到试样径向压缩过程中裂隙开展... 详细信息

基于粒子图像测速(PIV)技术,采用饱和盐溶液蒸汽平衡法控制试样的吸力,对具有不同吸力的压实膨润土进行了一系列的径向劈裂试验.在径向压缩过程中用高速相机和Davis8.0采集软件拍摄图像,用PIVview2C软件得到试样径向压缩过程中裂隙开展情况和位移矢量场,同时结合其扫描电镜微观(SEM)试验进行了机理分析.试验结果表明:具有不同高吸力值试样的荷载-位移关系曲线均呈应变软化现象,并且上述现象随着吸力的增加越来越显著;峰值载荷随着吸力的增加而增加;当试样达到峰值载荷时未发现明显裂隙,试样发生压缩变形;而峰值过后可观测到明显裂隙,位移矢量场基本呈对称分布于劈裂面两侧;随后载荷迅速跌落,试样破环,破坏部分由于位移较大,矢量场显示为空白区.SEM微观试验结果表明随着吸力的增加集聚体间的吸附作用增加,从而导致劈裂强度随着吸力的增加而增加.

关键词： PIV技术高吸力膨润土径向劈裂裂隙位移矢量场扫描电镜

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3种生物聚合物改良粉土的持水特性研究

岩土力学 2022年第8期43卷 2157-2164页

作者：张俊然赵鑫鑫姜彤华北水利水电大学河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450046

针对黄河流域水土流失防治,以往多采用水泥等灰色材料进行加固筑堤,但生态环境破坏严重。为响应黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略,采用环境友好的生物聚合物对黄河流域典型粉土进行改良,通过WP4C仪测量生物聚合物改良粉土的持水... 详细信息

针对黄河流域水土流失防治,以往多采用水泥等灰色材料进行加固筑堤,但生态环境破坏严重。为响应黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略,采用环境友好的生物聚合物对黄河流域典型粉土进行改良,通过WP4C仪测量生物聚合物改良粉土的持水特性,并从微观角度分析了生物聚合物改良粉土持水特性的机制。研究结果表明,与未改良土相比,生物聚合物改良粉土饱和含水率增大,孔隙比增大,持水能力显著提高。黄原胶、结冷胶、瓜尔胶改良粉土的持水能力均随着掺量的增加而增加,结冷胶改良的效果优于黄原胶、瓜尔胶。其机制为生物聚合物颗粒经过水合作用形成水凝胶,填充颗粒间孔隙,增加颗粒之间的黏结性。而且黄原胶、结冷胶改良粉土中形成类似蜂巢结构的孔隙空间,为其提供储水空间,进而提高改良土的持水特性。上述研究结果可为生物聚合物安全、科学地应用于黄河流域水土流失的防治提供科学依据。

关键词：粉土黄原胶结冷胶瓜尔胶持水特性

含水层底部单孔非完整疏放水井渗流特征砂槽试验

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煤炭学报 2023年第3期48卷 1290-1301页

作者：王文学郝清扬薛景元姜彤董金玉华北水利水电大学、河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450045

为研究含水层底部疏放水井渗流特征,设计研发了一种60°扇形体渗流砂槽系统,以潜水含水层底部疏放水为例,开展了不同井长单井非完整井疏放水渗流砂槽试验,研究结果表明:疏放水引起浸润线的下降,并在其上方形成饱和毛细水带负压区;疏放... 详细信息

为研究含水层底部疏放水井渗流特征,设计研发了一种60°扇形体渗流砂槽系统,以潜水含水层底部疏放水为例,开展了不同井长单井非完整井疏放水渗流砂槽试验,研究结果表明:疏放水引起浸润线的下降,并在其上方形成饱和毛细水带负压区;疏放水过程中含水层底部非完整井上部可划分为上层毛细水带、支持毛细水带、饱和毛细水带及自由水饱和带,饱和毛细水带可有效阻止上部空气进入井内;非完整井井片内部压力P存在4种水压分布形态,即P=0、P>0、P0,根据井内压力及井片上部自由水饱和带、饱和毛细带的分布,含水层底部非完整井疏放水似稳定流态水压分布可概化7种模型;非满管段的形成导致其上部自由水压力不能连续传递,其分布不再是满管时的由下至上递减规律,当井片上方存在浸润线时,压力水头分布由下至上呈先增加后减小的规律;当井片上方存在自由水饱和带或较大范围的饱和毛细水带时,渗流量随井内压力减小而增加,当自由水饱和带消失且饱和毛细水带垂直分布较小时,井内压力的减小对渗流的增加效应不明显;非完整井井长的增加可有效增加渗流量,但当井长大于临界值后,渗流量不再随着井长的增加而变化;疏放水过程中,疏放水量由静态补给与动态补给构成且静态补给以一阶指数函数减少、动态补给以一阶指数函数增加。

关键词：渗流特征底部疏放水非完整疏放水井砂槽试验

基于PIV劈裂试验膨润土抗拉强度公式的修正

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土木工程学报 2023年第4期56卷 119-128页

作者：张俊然翟天雅华北水利水电大学河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450046

用于高放废物深地质处置库的压实膨润土砌块因绑扎起吊,会受到拉应力的作用产生拉张裂隙进而影响其使用效果,因此系统研究膨润土的抗拉强度具有重要工程实际意义。基于粒子图像测速技术对压实膨润土进行了一系列的劈裂试验和直接拉伸试... 详细信息

用于高放废物深地质处置库的压实膨润土砌块因绑扎起吊,会受到拉应力的作用产生拉张裂隙进而影响其使用效果,因此系统研究膨润土的抗拉强度具有重要工程实际意义。基于粒子图像测速技术对压实膨润土进行了一系列的劈裂试验和直接拉伸试验,探求快速且准确获得膨润土抗拉强度的试验方法,同时基于PIV劈裂试验对膨润土抗拉强度公式进行了修正。试验结果表明:压实膨润土的抗拉强度随着含水率的增加呈先增加后减小的趋势,当含水率为13%时其抗拉强度最大。应力-位移关系曲线、位移矢量场和裂隙特征在阶段性划分中存在明显的一一对应关系。当压实膨润土的含水率和初始干密度均相同时,劈裂试验获得的抗拉强度大于直接拉伸强度。采用Frydman提出的修正系数2g和PIV劈裂试验获取的变形参数对劈裂抗拉强度进行修正,修正效果较好。同时在经典巴西劈裂公式基础上引入一个简化修正系数K,结合PIV劈裂试验结果也可快速、准确地获得压实膨润土的直接拉伸强度。

关键词：粒子图像测速技术膨润土劈裂试验直接拉伸试验抗拉强度裂隙

动静荷载联合作用下冲击地压巷道破坏机制大型地质力学模型试验研究

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岩石力学与工程学报 2014年第10期33卷 2095-2100页

作者：王四巍刘汉东姜彤华北水利水电大学河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450045

采用静载模拟巷道初始地应力场,TNT爆炸模拟冲击地压,利用大型地质力学模型试验机对巷道在动、静荷载联合作用下的响应规律进行研究。试验中施加了相当于相似材料单轴抗压强度的最大静压力,荷载侧压比为1/3。在模型内部相同位置依次施加... 详细信息

采用静载模拟巷道初始地应力场,TNT爆炸模拟冲击地压,利用大型地质力学模型试验机对巷道在动、静荷载联合作用下的响应规律进行研究。试验中施加了相当于相似材料单轴抗压强度的最大静压力,荷载侧压比为1/3。在模型内部相同位置依次施加10,15和20 g TNT动荷载,在最后一次爆炸荷载作用下,洞室出现抛掷型冲击地压破坏现象。试验结果表明:巷道冲击地压灾害是动、静荷载联合作用的结果;在冲击瞬间作用下,冲击荷载与已存在静荷载叠加,使得巷道围岩压力迅速增加,叠加后作用力大于围岩承载能力时,引发围岩冲击破坏;围岩产生的冲击变形与巷道开挖后产生的初始变形叠加,形变超出围岩的变形能力时,洞壁首先发生破坏。围岩变形和冲击破坏范围与冲击力的大小及地应力水平相关性显著。

关键词：采矿工程冲击地压破坏机制地质力学模型试验冲击荷载与静载共同作用

基于粒子图像测速技术的黄土径向劈裂试验研究

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岩土力学 2021年第8期42卷 2120-2126,2140页

作者：姜彤翟天雅张俊然赵金玓王俪锦宋陈雨潘旭威华北水利水电大学河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450046

用粒子图像测速(PIV)测试系统对黄土原状样和重塑样进行了一系列劈裂试验,同时用压汞仪对黄土原状样和重塑样进行了微观结构定量对比分析,探讨结构性、初始干密度对抗拉强度的影响。试验结果表明:当试样劈裂破坏时,原状样峰值荷载比重... 详细信息

用粒子图像测速(PIV)测试系统对黄土原状样和重塑样进行了一系列劈裂试验,同时用压汞仪对黄土原状样和重塑样进行了微观结构定量对比分析,探讨结构性、初始干密度对抗拉强度的影响。试验结果表明:当试样劈裂破坏时,原状样峰值荷载比重塑样的大,重塑样的峰值荷载随着初始干密度的增加而增加。由位移矢量场可知,原状样劈裂破坏时主裂隙倾斜,次生裂隙不发育;重塑样劈裂破坏时主裂隙呈径向垂直,次生裂隙较发育;不同初始干密度重塑样的裂隙发育形态基本一致。当初始干密度相等时,原状样的累计汞压入量曲线和孔径分布密度曲线均高于重塑样,原状样的集聚体间孔隙比重塑样的多,但由于原状样具有明显的结构性,因而原状样的抗拉强度比重塑样的高。随着初始干密度增加,重塑样的累计汞压入量曲线向下移动,孔径分布密度曲线峰值向左移动,集聚体间孔隙逐渐减小甚至消失,导致抗拉强度随着初始干密度增大而增加。

关键词：原状黄土抗拉强度位移矢量场裂隙压汞

抗滑桩不同布桩方式加固效果对比模型试验研究

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应用基础与工程科学学报 2019年第2期37卷 404-417页

作者：姜彤雷家华王润泽张俊然华北水利水电大学河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450000

为研究不同布桩方式抗滑桩加固效果,设计了一套基于三维激光扫描等多种非接触测量方法的滑坡模型试验系统.试验系统通过减速电机的慢速牵拉诱发滑坡,解决了传统模型试验技术诱发滑坡时难以捕捉滑坡启动点的难题,并利用三维激光扫描、DI... 详细信息

为研究不同布桩方式抗滑桩加固效果,设计了一套基于三维激光扫描等多种非接触测量方法的滑坡模型试验系统.试验系统通过减速电机的慢速牵拉诱发滑坡,解决了传统模型试验技术诱发滑坡时难以捕捉滑坡启动点的难题,并利用三维激光扫描、DIC测量等多种非接触测试手段获取了滑坡演化过程中位移、应力、破裂扩展等多物理场数据,实现了对滑坡演化全过程的模拟.对滑坡未加固状态、抗滑桩直线布桩和拱型布桩3种状态下加固效果进行了一系列模型试验研究.试验结果表明,在未加固状态下,坡体最大抗滑力为95N,抗滑桩直线布桩和拱型布桩状态下,坡体最大抗滑力分别为140N和180N.直线布桩和拱型布桩的最大抗滑力分别提高了47%和89%.拱型布桩滑坡体后缘拉裂缝规模更小,坡体下滑距离更短,土拱影响区域更大,能更好地发挥桩侧摩阻力,提高坡体抗滑能力.结合试验数据,提出了抗滑桩拱型布桩条件下的最大桩间距计算公式.

关键词：滑坡模型试验布桩方式土拱效应加固效果最大桩间距