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海水环境下巴氏芽孢杆菌驯化及钙质砂固化效果研究

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岩土力学 2022年第2期43卷 395-404页

作者：肖瑶邓华锋李建林程雷朱文羲三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

为了提升微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术在海洋环境下对钙质砂的加固效果,在以往研究的基础上,设计进行了人工海水环境下巴氏芽孢杆菌多梯度人工驯化培养试验,并结合MICP固化钙质砂柱的力学试验和微细观结构分析,对巴氏芽孢杆菌的驯化... 详细信息

为了提升微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术在海洋环境下对钙质砂的加固效果,在以往研究的基础上,设计进行了人工海水环境下巴氏芽孢杆菌多梯度人工驯化培养试验,并结合MICP固化钙质砂柱的力学试验和微细观结构分析,对巴氏芽孢杆菌的驯化效果进行了综合评价。结果表明:(1)海水环境下五梯度驯化后细菌的菌液浓度可达到淡水环境的97%以上,其与胶结液作用后碳酸盐的生成量较淡水环境下有一定幅度提高;(2)驯化后的巴氏芽孢杆菌具有很好的温度适应能力,在10~30℃温度下均有较好的MICP性能;(3)海水环境下加固的钙质砂柱无论是碳酸盐生成量还是无侧限抗压强度均较未驯化前高,尤其是五梯度驯化后的细菌,驯化后的细菌菌体变小,在海水环境生成的碳酸盐(碳酸钙和碳酸镁)晶体更小,更加致密,能更好地填充钙质砂颗粒的孔隙并胶结相邻的钙质砂颗粒,具有更优异的MICP性能。相关研究思路和方法可为MICP技术在海洋环境钙质砂地基加固方面的研究与应用提供参考。

关键词：海水环境梯度驯化钙质砂巴氏芽孢杆菌微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)

水-岩作用下砂岩力学特性及微细观结构损伤演化

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岩土力学 2019年第9期40卷 3447-3456页

作者：邓华锋支永艳段玲玲潘登李建林三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

在库水位反复升降作用下,库岸边坡消落带部分岩体处于浸泡―风干循环状态,其力学特性的劣化将直接影响库岸边坡的变形稳定。以三峡库区库岸边坡消落带砂岩为研究对象,设计并进行了考虑浸泡―风干循环和水压力升降变化的水-岩作用试验。... 详细信息

在库水位反复升降作用下,库岸边坡消落带部分岩体处于浸泡―风干循环状态,其力学特性的劣化将直接影响库岸边坡的变形稳定。以三峡库区库岸边坡消落带砂岩为研究对象,设计并进行了考虑浸泡―风干循环和水压力升降变化的水-岩作用试验。结合SEM电镜扫描,分析了水-岩作用对砂岩微细观结构的影响,采用PFC^2D离散元软件对水-岩作用下砂岩的劣化过程进行了模拟分析。研究结果发现:(1)水-岩作用下砂岩的力学性能劣化效应明显,弹性模量和单轴抗压强度总体呈现先陡后缓的劣化趋势,其中前6次的浸泡―风干循环作用导致的劣化效应尤为明显。(2)水-岩作用下砂岩的微细观结构变化特征明显,由较致密的孔隙式胶结结构逐渐向不规则的蜂窝状结构发展,宏观上就导致了砂岩变形和强度特性的劣化。(3)由PFC^2D离散元模拟分析发现:水-岩作用导致岩石内部颗粒强度和颗粒间黏结强度逐渐劣化,非均匀性增强,荷载作用下的应变局部化特征逐渐明显,整体承载能力逐渐降低,破坏模式由典型的张拉破坏逐渐转变为剪切破坏。

关键词：水-岩作用浸泡-风干循环劣化微细观应变局部化

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长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩体劣化效应

岩土力学 2019年第A1期40卷 143-151,180页

作者：肖瑶邓华锋李建林支永艳熊雨三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

为分析灌浆加固裂隙岩体在压力水长期浸泡作用下力学性能的劣化效应,在前期碳纤维水泥基复合灌浆材料加固裂隙岩体研究基础上开展了考虑水压力影响的灌浆加固裂隙岩体长期浸泡试验和在不同浸泡周进行直剪试验。研究结果表明,(1)压力水... 详细信息

为分析灌浆加固裂隙岩体在压力水长期浸泡作用下力学性能的劣化效应,在前期碳纤维水泥基复合灌浆材料加固裂隙岩体研究基础上开展了考虑水压力影响的灌浆加固裂隙岩体长期浸泡试验和在不同浸泡周进行直剪试验。研究结果表明,(1)压力水长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩样的剪应力-剪切位移曲线形态变化趋势明显,剪切刚度逐渐减小,达到峰值抗剪强度时的剪切位移逐渐增大;(2)随着浸泡周期增加,灌浆加固裂隙岩体的抗剪强度呈先陡后缓的劣化趋势,6个浸泡周期(150 d)后不同法向应力下峰值抗剪强度的劣化幅度为32.6%~39.9%,对应内摩擦角和黏聚力分别降低了19.3%、39.4%,其中前4个浸泡周期(0~90 d)抗剪强度参数劣化幅度占总劣化幅度的90%左右;(3)水压力作用下裂隙岩样发生溶解、溶蚀、润滑、软化等物理化学作用,浆体中的凝胶体被进入浆体内部的水分子软化,导致裂隙岩体和灌浆体本身的力学性质逐渐劣化,浆体与裂隙面之间的胶结作用、浆体与碳纤维之间粘结性能逐渐减弱,使得灌浆加固裂隙岩体抗剪性能逐渐劣化,剪切破坏面逐渐发展到浆体与裂隙面之间的胶结面。相关研究成果可为灌浆加固裂隙岩体的长期稳定性分析评价提供参考。

关键词：灌浆加固裂隙岩体碳纤维水压力长期浸泡劣化效应

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薄层水流冲刷条件下斜坡土体的临界起动

土木与环境工程学报(中英文) 2022年

作者：王力陈玙珊占清华王世梅三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学)

斜坡土体侵蚀是丘陵地区和水库岸坡普遍存在的灾害现象，其主要动力因素是降雨或者波浪上爬产生的薄层水流对土体产生的冲刷剪切作用。为探索水流冲刷作用下的斜坡土体临界起动条件，采用自主研发冲刷起动试验装置，开展斜坡土体的冲刷... 详细信息

斜坡土体侵蚀是丘陵地区和水库岸坡普遍存在的灾害现象，其主要动力因素是降雨或者波浪上爬产生的薄层水流对土体产生的冲刷剪切作用。为探索水流冲刷作用下的斜坡土体临界起动条件，采用自主研发冲刷起动试验装置，开展斜坡土体的冲刷起动试验和理论研究。通过颗粒染色和高倍数电子显微等技术手段观测无粘性土颗粒的起动现象，确定了无粘性岸坡土体的起动模式与水流流速的相互关系；探索了不同干密度、不同粘粒含量及不同坡度与粘土斜坡临界起动流速的相互关系，土体的粘粒含量、干密度及坡度对粘性土体的起动流速影响较大，与干密度和土体坡度相比，粘粒含量的大小对粘土斜坡的起动流速影响更为明显。验证了无粘性岸坡土体的临界起动方程，其中滚动起动流速方程具有较好的可靠性；基于粘土的起动模式构建了粘土斜坡的起动力学平衡方程，获得了粘土斜坡半经验半理论的起动流速方程，用试验结果求解了起动流速方程的相关参数，最终确定的起动流速公式与试验结果拟合度较好，同时验证了起动流速公式的可靠性。

关键词：临界起动流速坡面流土体侵蚀起动模式薄层水流

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重复剪切作用下节理强度和形貌特征劣化规律

岩土工程学报 2018年第S2期40卷 183-188页

作者：邓华锋肖瑶李建林段玲玲支永艳潘登三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学)

为了分析重复剪切作用下节理面剪切力学特性及微观形貌特征劣化规律,制备了单节理砂岩试样,考虑4种法向应力分别进行了6次重复剪切试验。研究结果发现:(1)在重复剪切作用下,节理面剪应力–剪切变形曲线变化特征明显,经过2~3次剪切,不再... 详细信息

为了分析重复剪切作用下节理面剪切力学特性及微观形貌特征劣化规律,制备了单节理砂岩试样,考虑4种法向应力分别进行了6次重复剪切试验。研究结果发现:(1)在重复剪切作用下,节理面剪应力–剪切变形曲线变化特征明显,经过2~3次剪切,不再出现明显峰值,剪切硬化现象明显,残余抗剪强度逐渐趋于稳定;(2)随着重复剪切次数增加,节理面的抗剪强度劣化趋势明显,呈先陡后缓的劣化趋势,前2次剪切的劣化幅度占总劣化值的65%以上,而且法向应力越大,抗剪强度劣化幅度和劣化速度越大;(3)在重复剪切作用下,节理面上相互咬合的微凸起和凹陷部分发生切齿、磨损和填充,节理面的凹凸起伏程度逐渐减小,使得其形貌特征参数及粗糙度系数逐渐降低,进而导致其剪切力学特性逐渐劣化;(4)建立了重复剪切作用下节理面粗糙度系数劣化方程,结合N.Barton提出的结构面抗剪强度经验公式,建立了考虑重复剪切作用的节理面抗剪强度计算公式,结果表明计算值与试验值吻合的较好。

关键词：岩石力学节理重复剪切微观形貌粗糙度系数劣化规律

水-岩和循环加卸载次序作用下砂岩动力特性损伤演化规律

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岩土力学 2021年第2期42卷 343-351页

作者：邓华锋方景成李建林李冠野齐豫许晓亮三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

库岸边坡消落带岩体处于长期水-岩作用和频发中低强度水库地震作用之下,岩体的力学特性劣化直接影响库岸边坡的动力响应及抗震能力。基于此,模拟库岸边坡消落带的环境条件,设计进行了模拟库水位周期性升降变化过程的水-岩作用试验,在试... 详细信息

库岸边坡消落带岩体处于长期水-岩作用和频发中低强度水库地震作用之下,岩体的力学特性劣化直接影响库岸边坡的动力响应及抗震能力。基于此,模拟库岸边坡消落带的环境条件,设计进行了模拟库水位周期性升降变化过程的水-岩作用试验,在试验过程中采用循环加卸载方式模拟地震作用的影响,并重点考虑了水-岩和循环加卸载的次序作用。研究结果表明:(1)在水-岩作用下,岩样的动力参数总体呈先陡后缓的指数形式变化,考虑水-岩和循环加卸载次序作用后,岩样动力参数的劣化速度和劣化趋势明显增大,说明频发中低强度水库地震对长期处于水-岩作用环境的岸坡岩体损伤发育有明显的促进作用。(2)在水-岩作用和循环加卸载作用下,岩样的微细观结构由密实状态逐渐趋于松散,对应的完整性劣化系数和次生孔隙率亦呈现先陡后缓的变化趋势,其中,周期性水-岩和循环加卸载次序作用下岩样的微细观结构变化最显著,含初始循环加卸载损伤的岩样次之,单独水-岩作用下岩样的变化趋势最小,不同方案下岩样微细观结构的变化及差别也决定了其动力特性的劣化规律。(3)在长期水-岩作用和频发中低强度水库地震作用下,库岸边坡岩体内部的损伤会逐渐累积发展,直接影响库岸边坡的动力响应特性及抗震能力,因此,在库岸边坡长期抗震性能分析评价中,应该比较系统地考虑岸坡岩体动力特性的劣化规律。

关键词：水-岩作用循环加卸载次序作用动力特性损伤演化

重复剪切作用下泥质充填结构面剪切力学特性试验研究

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工程地质学报 2022年第2期30卷 374-382页

作者：李冠野邓华锋李建林徐鹏飞王文东冯云杰三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 宜昌443002

结构面的力学特性直接关系工程岩体的变形稳定,而充填物对结构面的力学特性存在较大的影响。为了准确地量化充填前后结构面剪切性能的变化,以三峡库区典型库岸边坡节理岩体为研究对象,采用劈裂法制备了人工节理,按照充填度100%进行考虑... 详细信息

结构面的力学特性直接关系工程岩体的变形稳定,而充填物对结构面的力学特性存在较大的影响。为了准确地量化充填前后结构面剪切性能的变化,以三峡库区典型库岸边坡节理岩体为研究对象,采用劈裂法制备了人工节理,按照充填度100%进行考虑,设计进行了充填前、后结构面的重复剪切试验。结果表明:(1)基于重复剪切过程中结构面抗剪性能劣化趋稳的变化规律,提出了一种单试件充填前、后重复剪切的试验方法,并提出了量化分析充填物对结构面影响程度的试验流程和数据处理方法,可以比较准确地确定充填物对结构面抗剪性能的影响;(2)泥质充填后结构面的抗剪性能劣化趋势明显,不同法向应力下的降幅在38.51%~54.82%之间,而且,法向应力越大,降低幅度越大;(3)在重复剪切过程中,泥质充填结构面的抗剪强度呈现先增大、再减小趋稳的非线性变化规律,主要与剪切过程中泥质充填物的变少、变薄、变光滑,以及结构面出露面积增多、磨损,凹陷位置被岩屑和土填充有关。相关试验方法和思路可为充填结构面剪切性能分析提供较好的参考。

关键词：充填结构面重复剪切单试件法抗剪强度劣化

水-岩作用下单裂隙灰岩渗流特性演化规律研究

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岩土力学 2020年第11期41卷 3671-3679,3768页

作者：段玲玲邓华锋齐豫李冠野彭萌三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

针对某水电站地下洞室裂隙灰岩的渗漏问题,现场采集岩样和库水,设计进行了两种方案的水-岩作用试验,历时360d,其中,方案1在浸泡过程中定期更换浸泡溶液,模拟地下水的长期浸泡和流动更新现象,方案2主要模拟长期浸泡过程。综合水-岩作用... 详细信息

针对某水电站地下洞室裂隙灰岩的渗漏问题,现场采集岩样和库水,设计进行了两种方案的水-岩作用试验,历时360d,其中,方案1在浸泡过程中定期更换浸泡溶液,模拟地下水的长期浸泡和流动更新现象,方案2主要模拟长期浸泡过程。综合水-岩作用下裂隙面微观形貌特征以及浸泡溶液中离子浓度变化,分析水-岩作用下裂隙灰岩的渗流特性变化特征及机制。研究结果表明:在浸泡过程中,单裂隙灰岩的渗透系数呈"先快后慢"的增大趋势,浸泡360 d后,2.5、3.0、3.5、4.0MPa等4种侧向应力在两种方案下单裂隙灰岩的渗透系数分别增大了729.90%~384.17%、549.04%~297.45%,侧向应力越小,裂隙岩样的渗透系数增大趋势越明显,增长趋势分别在120 d和90 d后趋于稳定。比较而言,方案1裂隙灰岩的渗透系数增长速率和幅度明显较大,为方案2的1.34~2.07倍。方案1定期更换浸泡库水,保持了浸泡溶液的不平衡状态,使得岩样与浸泡溶液间形成了较大的浓度梯度,增加了反应化学势,加快了裂隙表面矿物溶解、溶蚀速率,而方案2中,长期浸泡使得溶液中离子浓度逐渐接近平衡状态,导致裂隙面矿物溶解、溶蚀速率明显低于方案1。长期水-岩作用使得裂隙面粗糙度和波动性明显减小,局部坡度和起伏度逐渐减小,整体溶蚀深度逐渐增加,据此,建立了水-岩作用下单裂隙灰岩渗流通道演化模型,在长期水-岩作用下裂隙岩样的渗流通道逐渐向吻合度低、开度大的方向演化,从而导致了裂隙岩样等效水力开度及渗透系数的大幅度增长。相关研究思路和成果为裂隙岩体的水-岩作用模拟提供了较好的参考。

关键词：水-岩作用定期换水长期浸泡渗流特性微观形貌渗流通道

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四种人工合成纤维加筋黄土的抗剪特性

长江科学院院报 2022年第1期39卷 122-126,133页

作者：熊雨邓华锋彭萌齐豫李涛三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

为了对比分析不同类型纤维的加筋效果及其作用机制,选取玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维和玻璃纤维4种常用的人工合成纤维,以黄土为研究对象,在控制试样含水率、干密度、纤维长度和掺量等参数一定的条件下,制备5组试样进行直剪试验。... 详细信息

为了对比分析不同类型纤维的加筋效果及其作用机制,选取玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维和玻璃纤维4种常用的人工合成纤维,以黄土为研究对象,在控制试样含水率、干密度、纤维长度和掺量等参数一定的条件下,制备5组试样进行直剪试验。试验结果表明:①纤维加筋前,土体的剪应力-剪切位移曲线存在比较明显的应变软化特征,纤维加筋后的曲线逐渐由应变软化转化为应变硬化。②纤维的掺入能够有效提高土体的抗剪强度。比较而言,玄武岩纤维的增强效果较其他纤维更好,玄武岩纤维加筋土的黏聚力和内摩擦角增幅分别为52.03%和24.30%;聚丙烯纤维次之,增幅分别为45.94%和16.01%;聚酯纤维和玻璃纤维增强效果相对较差。③加筋土黏聚力的提升与纤维-土界面的黏结力、纤维自身的抗拉强度有关,内摩擦角的提升主要与纤维-土之间的界面摩擦力有关。比较而言,玄武岩纤维的表面粗糙,抗拉强度大,使得加筋土的抗剪性能提升明显。相关分析结果可为比选纤维加筋土类型提供较好的参考。

关键词：人工合成纤维加筋土剪切强度抗拉强度滑动摩擦力