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三峡库区土质岸坡塌岸发育分布特征与易发性评价

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长江流域资源与环境 2022年第8期31卷 1853-1865页

作者：王力刘婷王世梅陈玙珊李玉三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

土质岸坡塌岸是目前三峡库区最为普遍和日益严重的地质灾害,确定塌岸特征和发育分布规律是库区地质灾害防治的关键工作之一。在三峡水库低水位运行期开展了库首秭归-重庆涪陵区段的全面塌岸调查,确定了库区典型的土质岸坡塌岸段,总结了... 详细信息

土质岸坡塌岸是目前三峡库区最为普遍和日益严重的地质灾害,确定塌岸特征和发育分布规律是库区地质灾害防治的关键工作之一。在三峡水库低水位运行期开展了库首秭归-重庆涪陵区段的全面塌岸调查,确定了库区典型的土质岸坡塌岸段,总结了土质岸坡塌岸的主要影响因素,并以巫山库岸段为例进行了土质岸坡塌岸易发性评价。结果表明:塌岸多发库岸的物质组成以粘性土夹碎块石为主,巴东、巫山、奉节等库岸段的土质岸坡塌岸最为发育;土质岸坡塌岸的内因为地质构造、地层岩性、岸坡及岸线形态,外因为水作用因素,库水位变动和波浪作用是导致土质岸坡坍塌和渐进式侵蚀的最主要原因;调查确定的塌岸影响因素与塌岸情况有显著的相关性,塌岸易发性预测结果与现场调查吻合度较好,研究将为三峡库区地质灾害防治提供必要基础资料和技术支撑。

关键词：三峡库区地质灾害塌岸易发性评价

水-岩作用下砂岩微细观结构变化特性及机理研究

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防灾减灾工程学报 2018年第2期38卷 265-273,281页

作者：胡玉邓华锋李建林张吟钗王伟胡亚运三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学)

为了较好地分析水-岩作用下库岸边坡消落带岩体的劣化机理,设计进行了考虑库水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验。研究结果表明：（1）在水-岩作用过程中,砂岩的单轴抗压强度劣化趋势明显,其中前6期抗压强度劣化趋势较为显... 详细信息

为了较好地分析水-岩作用下库岸边坡消落带岩体的劣化机理,设计进行了考虑库水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验。研究结果表明：（1）在水-岩作用过程中,砂岩的单轴抗压强度劣化趋势明显,其中前6期抗压强度劣化趋势较为显著,6次水-岩作用之后,岩样的强度劣化趋势逐渐趋于缓慢。（2）随着水-岩作用周期的增加,岩石内部孔隙、裂隙逐渐发育、汇集,矿物颗粒逐渐软化、分解,使得岩石微观结构逐渐趋于松散。（3）水-岩作用下砂岩劣化的进程中,首先是岩样中胶结物的溶解、溶蚀,然后是失去胶结物包裹的矿物颗粒表面发生水-岩物理化学作用,最后是矿物颗粒本身软化、分解。（4）水-岩作用过程中,岩样内部胶结物的溶解、溶蚀对水-岩作用前期的宏观力学性质影响明显,岩石矿物颗粒本身的软化、分解对水-岩作用后期的力学性质影响明显。相关研究成果可为库岸边坡消落带水-岩作用机理分析提供较好的参考。

关键词：水-岩作用微细观结构破坏断面孔隙结构劣化机理

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火山灰增强微生物固化砂土效果的试验研究

岩土力学 2022年第12期43卷 3403-3415页

作者：熊雨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

为了提升微生物固化砂土的效果,考虑火山灰的多孔结构及活性特征,设计进行了火山灰增强微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化砂土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了火山灰对微生物固化砂土的增强效果及增强机制。结果表明:(1... 详细信息

为了提升微生物固化砂土的效果,考虑火山灰的多孔结构及活性特征,设计进行了火山灰增强微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化砂土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了火山灰对微生物固化砂土的增强效果及增强机制。结果表明:(1)火山灰能够显著提高砂土微生物加固过程中的固菌率和胶结物产量,火山灰掺量在10%左右达到最佳,与常规MICP相比,固菌率提高了118.28%,胶结物生成量提高了29.55%。(2)火山灰的掺入提高了固化体的抗压强度和抵抗变形的能力,不同围压下固化体的抗压强度提升了52.26%~62.96%,破坏时的应变增加了100.00%~112.58%。(3)火山灰掺入后,固化体的孔隙大小及孔隙率明显减小,整体的密实性及抗渗性能进一步提升,孔隙率从20.12%减小为14.17%,渗透系数降低了一个数量级。(4)火山灰对微生物固化砂土的增强机制主要包括3个方面,一方面,火山灰在砂颗粒间起到了良好的充填作用,大幅减少了颗粒间的大孔隙,使得固化体的密实性增强;另一方面,火山灰良好的吸附作用有效提高了试样内细菌的含量,使固化体碳酸钙的产量及分布的均匀性均增加;第3方面,火山灰中的活性物质参与反应生成的胶凝物质与碳酸钙晶体形成复合凝胶体,使得固化体的胶结性能和密实程度进一步增强。

关键词：火山灰微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP) 力学特性抗渗性能固菌率增强机制

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周期性孔隙水压作用下砂岩损伤劣化特性研究

岩土力学 2024年

作者：李洪亚马林建刘杰李增邓家军许宏发陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

消落带砂岩由于受到周期性水压渗透的影响，其物理力学特性随时间损伤劣化，导致岸坡稳定性降低。开展了周期性孔隙水压力损伤砂岩的不排水三轴压缩试验，分析了砂岩强度、变形及脆性特征演化规律，讨论了细微观结构劣化机制。结果表明... 详细信息

消落带砂岩由于受到周期性水压渗透的影响，其物理力学特性随时间损伤劣化，导致岸坡稳定性降低。开展了周期性孔隙水压力损伤砂岩的不排水三轴压缩试验，分析了砂岩强度、变形及脆性特征演化规律，讨论了细微观结构劣化机制。结果表明：砂岩峰值强度随着孔隙水压作用周次的增大而减小，且强度劣化度随围压增大逐渐降低。随着孔隙水压作用周次增大黏聚力和内摩擦角分别呈现指数式衰减和线性衰减，其中黏聚力下降是强度劣化的主要原因。弹性模量、破坏应变和Tarasov脆性指数均随孔隙水压作用周次增大逐渐降低，而随围压增大具有明显增强效应。破坏模式由单斜面剪切破坏发展至共轭剪切破坏，破裂角由67.2°逐渐减小至62.05°。周期性孔隙水压作用在裂隙尖端导致的应力集中和应力疲劳加剧了砂岩内部结构劣化，且不排水压缩过程中的孔隙水压力的增长进一步加剧了砂岩的损伤劣化，而围压作用导致部分渗流通道闭合，降低了砂岩的渗流损伤。

关键词：库岸边坡砂岩应力-渗流耦合周期性孔隙水压脆性指数损伤劣化

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酸性条件下干湿循环对黄棕壤崩解性能的影响

中国水土保持科学 2023年第2期21卷 10-16页

作者：肖海朱志恩李紫娟张伦郭萍李铭怡杨悦舒夏振尧三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

明确酸性条件下干湿循环对土壤崩解性能影响,对变化环境下水土保持及生态环境治理具有重要指导意义。为研究酸雨与干湿循环及其共同作用对黄棕壤崩解性能的影响,设置4种酸性程度(pH=3、pH=4、pH=5和pH=7)和8种干湿循环次数(0、1、2、3、... 详细信息

明确酸性条件下干湿循环对土壤崩解性能影响,对变化环境下水土保持及生态环境治理具有重要指导意义。为研究酸雨与干湿循环及其共同作用对黄棕壤崩解性能的影响,设置4种酸性程度(pH=3、pH=4、pH=5和pH=7)和8种干湿循环次数(0、1、2、3、4、5、10和15次)对土样进行预处理后开展崩解试验,对比分析酸性条件下干湿循环对黄棕壤密度、崩解稳定时间和崩解指数的影响。结果表明:1)黄棕壤密度随着干湿循环次数和溶液酸性的增加均呈现先增加后趋于稳定的变化趋势。溶液酸性越强,对土壤结构的破坏越强烈,土壤的密度增加就越快。但随着干湿循环次数的增加,溶液酸性对土壤密度的影响趋于稳定。2)黄棕壤的崩解过程曲线呈现出典型的“S型”,可分为缓慢崩解阶段、指数崩解阶段和崩解完成阶段。3)在经历15次酸性条件下干湿循环后,崩解稳定时间延长接近1倍,最大崩解指数下降接近30%。最大崩解指数随着干湿循环次数的增加先增加后逐渐减小,随溶液酸性的增强先减少后增加。4)酸性环境的土壤干湿循环对黄棕壤的密度和崩解性能具有显著影响,其中干湿循环作用影响更大。因此,酸性条件下干湿循环显著影响黄棕壤崩解性能。

关键词：酸性条件干湿循环崩解黄棕壤

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泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究

岩土工程学报 2024年第2期46卷 385-395页

作者：王宇夏厚磊茆苏徽闫亮三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物... 详细信息

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育,在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化,孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长,其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势,纵波波速P呈现先减少后上升的趋势,体积应变εv呈现逐渐增大的趋势,分形维数K呈逐渐增长的趋势;且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加,当D≥0.49时,各参数的增长速率急剧增大;确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量,并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型,并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。

关键词：卸荷损伤水-岩作用宏细观参数劣化规律非线性动力学模型

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海水环境下混凝土裂缝微生物改性修复研究

应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 160-177页

作者：熊雨肖瑶邓华锋李建林黄叶宁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

为了提升海水环境下混凝土裂缝的MICP修复效果,以火山灰作为固菌载体,进行了海水环境下火山灰增强MICP修复混凝土裂缝试验,综合修复体的宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了火山灰对MICP技术修复混凝土裂缝的影响及作用机制.结果表... 详细信息

为了提升海水环境下混凝土裂缝的MICP修复效果,以火山灰作为固菌载体,进行了海水环境下火山灰增强MICP修复混凝土裂缝试验,综合修复体的宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了火山灰对MICP技术修复混凝土裂缝的影响及作用机制.结果表明,(1)经过海水驯化的巴氏芽孢杆菌对海水环境适应性增强,胶结物产量明显提升;(2)火山灰能够有效提升MICP对混凝土裂缝的修复效果,加固试样的抗剪强度,提升了75.12%~94.94%,抗压强度增加了50.36%,渗透系数从10^(-2)cm/s降低至10^(-7)cm/s,超声波检测的声时值降低了48.52%~49.16%;(3)火山灰对MICP修复混凝土裂缝的改性增强作用机制主要包括3方面:第一方面,火山灰对菌体的保护作用,火山灰中的活性氧化物与强碱发生反应,消耗环境中的OH~-,降低裂缝内的pH值,同时火山灰的多孔结构使细菌的“定植区域”增加,为其提供较适宜的生长反应环境;第二方面,火山灰自身作为填充物优化了裂缝空间结构,使其密实性增加;第三方面,火山灰的水化反应和聚合反应生成了碳酸盐-硅铝酸盐等复合凝胶体,使混凝土裂缝的修复效果进一步提升.

关键词：海水环境 MICP 海水驯化巴氏芽孢杆菌火山灰裂缝修复抗压强度 X射线衍射 SEM 增强机制

砂岩劈裂裂隙无充填多因素影响下渗流规律研究

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水利学报 2016年第1期47卷 54-63页

作者：刘杰于振民王瑞红李建林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

岩石裂隙渗流规律复杂,影响因素众多,其研究对工程防渗堵漏意义重大。利用ELE岩石渗透仪对劈裂砂岩进行裂隙渗流试验,采用基于CAD-ANSYS接口程序、ANSYS蒙皮技术,Arc GIS联合建模计算劈裂面面积等方法,试验研究不同应力条件下,劈裂面面... 详细信息

岩石裂隙渗流规律复杂,影响因素众多,其研究对工程防渗堵漏意义重大。利用ELE岩石渗透仪对劈裂砂岩进行裂隙渗流试验,采用基于CAD-ANSYS接口程序、ANSYS蒙皮技术,Arc GIS联合建模计算劈裂面面积等方法,试验研究不同应力条件下,劈裂面面积、迹线长度、进出口长度、结构面粗糙度、应力路径等多因素共同影响下的裂隙渗流量变化规律。分析得出应力路径对渗流量有显著的影响:围压恒定时,渗流量与渗透压呈负指数函数关系;渗透压恒定时,渗流量与围压呈幂函数关系。提出不均匀系数λ,可反映渗透压恒定围压持续加载情况下渗流量随围压的变化规律;提出高效控渗临界点和有效控渗临界点,可描述渗透压恒定时渗流量随围压变化的规律,为工程加压止渗提供参考。根据试验结果,推导出裂隙渗流参数转化为孔隙介质渗流参数的渗透系数k的表达式,为裂隙岩体的孔隙介质渗流分析提供借鉴参考。

关键词：劈裂砂岩过流面积非均匀系数渗透系数裂隙渗流孔隙介质渗流

微生物诱导碳酸钙沉积固化三峡库区黏性紫色土试验研究

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土木与环境工程学报(中英文) 2023年

作者：夏振尧董欣慧胡欢张伦朱志恩闫茹冰刘畅徐萌苒肖海三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院

三峡库区自然灾害频发，微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型，土壤孔隙较小，而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度（OD6... 详细信息

三峡库区自然灾害频发，微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型，土壤孔隙较小，而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度（OD600=0、0.5、1.0、1.5）和胶结液浓度（0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L）组合，对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验，研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标（黏聚力、内摩擦角），并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明：固定菌液浓度或胶结液浓度时，抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势，最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD600=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势，而胶结液浓度不变时，在菌液浓度OD600=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、64.29%、119.55%和10.33%(226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°)。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体，分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度，从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度，在菌液浓度为OD600=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉积土壤加固黏性紫色土微观结构三峡库区