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浇筑期温度对泡沫混凝土性能和微孔结构的影响

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西南交通大学学报 2022年

作者：刘鑫姚云龙张思卿史云强洪宝宁河海大学隧道与地下工程研究所河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室河海大学岩土工程科学研究所

泡沫混凝土在浇筑至固化成型这段时期内，易受温度等环境因素影响，不利环境因素会导致固化成型后泡沫混凝土的性能退化和劣化。然而，浇筑期温度的影响往往会被忽视，缺少泡沫混凝土在浇筑期受温度影响后的性能和微孔结构研究。为了研...

泡沫混凝土在浇筑至固化成型这段时期内，易受温度等环境因素影响，不利环境因素会导致固化成型后泡沫混凝土的性能退化和劣化。然而，浇筑期温度的影响往往会被忽视，缺少泡沫混凝土在浇筑期受温度影响后的性能和微孔结构研究。为了研究泡沫混凝土在浇筑期受温度（-15℃～70℃）影响后的性能和微孔结构，设计单因素室内试验方案，以干密度作为泡沫混凝土的物理性质评价指标，抗压强度作为施工质量评价指标，吸水率用以评价泡沫混凝土的运营耐久性，并利用图像数据采集系统及Image J软件分析泡沫混凝土微孔结构的演变规律。结果表明：随着温度上升，泡沫混凝土干密度总体上呈阶梯式下降，抗压强度先减小后增大再减小，吸水率以0℃为分界点，温度降低或升高均呈先增大后减小趋势；等效孔径先增大后减小再增大，孔隙圆度值先增大后减小，孔隙分布分维先减小后变大。从宏观性能和微孔结构的结果表明，建议泡沫混凝土浇筑期施工的温度范围为-5℃～40℃。

关键词：

超临界CO热冲击破岩技术：致裂原理与振动安全研究

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土木工程学报 2023年

作者：王小飞胡少斌王恩元中国矿业大学安全工程学院河海大学土木与交通工程学院隧道与地下工程研究所

新型超临界CO2热冲击破岩技术与传统钻爆法相比振动弱、能量可控，适合城市公共区域等复杂敏感地区破岩工作。目前超临界CO2热冲击破岩技术的致裂原理尚不清楚，现场实验中振动安全评价没有标准。为了研究超临界CO2热冲击破岩技术致裂... 详细信息

新型超临界CO2热冲击破岩技术与传统钻爆法相比振动弱、能量可控，适合城市公共区域等复杂敏感地区破岩工作。目前超临界CO2热冲击破岩技术的致裂原理尚不清楚，现场实验中振动安全评价没有标准。为了研究超临界CO2热冲击破岩技术致裂原理和振动安全，同时进行了真三轴CO2热冲击致裂实验和破岩现场振动监测实验。实验结果表明：(1)CO2热冲击破岩诱发振动速度在6 m时即降到了30 mm/s左右，满足爆破振动安全允许标准要求；(2)CO2热冲击破岩引发振动频率主要分布于1-100 Hz，随着震源距的增加，破岩诱发振动波形频谱主要成分分布也逐渐变宽；(3)传统CO2相变致裂能量计算公式同样适用于CO2热冲击破岩技术，致裂能量的TNT当量适用于萨道夫斯基公式；(4)CO2热冲击破岩是冲击波和高能气体共同作用致裂岩石，可以分为3个阶段，其中高能气体的气楔作用在岩体损伤中占主导作用。

关键词：破岩技术 CO 热冲击振动安全致裂原理能量计算

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超临界水热冲击致裂技术研究初探

工程爆破 2023年第2期29卷 95-101,108页

作者：胡少斌庞烁钢王恩元颜正勇蔡余康张琳河海大学土木与交通学院隧道与地下工程研究所南京210098 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221008

为了应对复杂敏感环境硬岩破除难的问题,文中提出一种超临界水热冲击致裂技术,以液态水为基液,利用自主研制的本安型聚能剂在水中放热,使液态水吸热转变为超临界态,迅速发生体积膨胀,是一种新型高能流体冲击致裂技术。通过试验验证超临... 详细信息

为了应对复杂敏感环境硬岩破除难的问题,文中提出一种超临界水热冲击致裂技术,以液态水为基液,利用自主研制的本安型聚能剂在水中放热,使液态水吸热转变为超临界态,迅速发生体积膨胀,是一种新型高能流体冲击致裂技术。通过试验验证超临界水热冲击致裂方法的可行性,并通过改变聚能剂配比、聚能剂和水质量比、在水中加入添加剂的方式,探究超临界水热冲击致裂效果及影响因素。研究表明,超临界水热冲击致裂效果与聚能剂剂量、水的成分、用量等有很强的相关性;在水中加入添加剂后,致裂效果得到明显改善,且加入白醋的致裂效果优于加入小苏打。该技术的研发对矿山开采、煤层增透等领域的岩石破碎方案具有重要指导意义和应用前景。

关键词：高能气体压裂冲击破岩超临界水热冲击

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含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解

工程力学 2019年第11期36卷 102-111页

作者：许德明王媛黄景琦李庆文王培涛董致宏北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 河海大学土木与交通学院隧道与地下工程研究所南京210098

基于复变函数理论,建立真实平面上含空洞缺陷硐室外域和复平面上单位圆外域之间的映射关系,得到了在远场应力作用下含空洞缺陷圆形硐室围岩弹性应力解析解,分析了围岩应力分布规律以及缺陷位置、缺陷凸出程度和场地应力比对孔口应力分... 详细信息

基于复变函数理论,建立真实平面上含空洞缺陷硐室外域和复平面上单位圆外域之间的映射关系,得到了在远场应力作用下含空洞缺陷圆形硐室围岩弹性应力解析解,分析了围岩应力分布规律以及缺陷位置、缺陷凸出程度和场地应力比对孔口应力分布的影响。结果表明:硐室缺陷部位应力分布与无缺陷情况具有明显区别,在缺陷中部应力集中效应明显,但在硐室孔壁与缺陷相交部位应力明显较小,甚至会出现环向应力为拉应力的情况;较轻微的缺陷便可引起较大的应力集中现象,且随缺陷凸出程度的增加,缺陷中部应力集中现象明显加剧;随着缺陷凸出方向与最小主应力方向夹角的减小,缺陷中部的应力集中现象加剧;当缺陷凸出方向与最小主应力方向平行时,随围压应力比的减小缺陷处的应力集中程度增大,而两者处于垂直状态时,随围岩应力比的减小缺陷处的应力集中现象逐渐降低。因此,在实际工程应用中应充分考虑空洞缺陷所引起的应力集中现象的影响。

关键词：地下工程解析解复变函数理论空洞缺陷围岩应力

低气压对浇筑期泡沫混凝土性能和孔结构的影响

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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第7期51卷 72-80页

作者：刘鑫姚云龙姚梓芮钱申春程涛洪宝宁河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学隧道与地下工程研究所江苏南京210098 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098 安徽省公路桥梁工程有限公司安徽合肥230031

泡沫混凝土具有轻质性、强度可调节性,固化后自立性好,隔热性及耐久性佳,已成功应用在软基换填、地下空洞与溶洞填筑、保温隔热等工程中,尤其是高速公路路堤填筑工程,如道路改扩建、桥背填土、地铁空间上覆减荷等。泡沫混凝土在浇筑至... 详细信息

泡沫混凝土具有轻质性、强度可调节性,固化后自立性好,隔热性及耐久性佳,已成功应用在软基换填、地下空洞与溶洞填筑、保温隔热等工程中,尤其是高速公路路堤填筑工程,如道路改扩建、桥背填土、地铁空间上覆减荷等。泡沫混凝土在浇筑至固化成型这段时期内,若受低气压这一不利环境因素的影响,会导致固化成型后泡沫混凝土的性能退化和劣化。然而,目前尚缺少关于泡沫混凝土在浇筑期受低气压影响后的宏观性能和孔结构的研究。为了研究浇筑期泡沫混凝土受低气压影响后的服役性能,文中设计低气压环境模拟箱对比研究了低气压(50、60和80 kPa)下泡沫混凝土的宏观性能和孔结构的演变规律。结果表明:随着浇筑期气压的降低,泡沫混凝土的干密度、抗压强度不断减小,吸水率不断增大,其中50 kPa下泡沫混凝土的干密度为常压(101 kPa)下的63.9%,抗压强度为常压下的15.8%;60 kPa时泡沫混凝土的体积吸水率达到最大值,为38.7%;随着气压降低,泡沫混凝土的等效孔径、孔隙分布分维不断增大,50 kPa下的大孔(直径>500μm)数量比常压下的增加了24%,不规则大孔和连通孔增多,小孔分布愈加不均匀;在1.0~1.1的孔隙圆度范围内,气孔数量占比随着气压降低而逐渐减小。

关键词：泡沫混凝土浇筑期低气压宏观性能孔结构

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干冰粉气动破岩振动时频能量分析

振动与冲击 2023年第6期42卷 172-179页

作者：王小飞胡少斌王恩元张强中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 河海大学土木与交通工程学院隧道与地下工程研究所南京210098 中国电建集团华东勘测设计研究院杭州311122

为研究干冰粉气动破岩的冲击振动危害效应,试验测试了干冰管内气体压力变化和地表的振动速度,用希尔伯特-黄变换方法研究了干冰粉气动破岩振动衰减规律。研究结果表明:干冰粉气动破岩最大振动速度在11 m时下降至2.5 cm/s以下,是一种振... 详细信息

为研究干冰粉气动破岩的冲击振动危害效应,试验测试了干冰管内气体压力变化和地表的振动速度,用希尔伯特-黄变换方法研究了干冰粉气动破岩振动衰减规律。研究结果表明:干冰粉气动破岩最大振动速度在11 m时下降至2.5 cm/s以下,是一种振动很小的新型破岩方式;经测量致裂管内压力峰值达到50.85 MPa,计算能量的TNT当量符合萨道夫斯基公式;使用HHT对干冰粉气动破岩振动信号进行时频分析,能量在频域上主要分布于0~100 Hz,振动持续时间0.3 s。

关键词：干冰粉气动破岩振动测量希尔伯特-黄变换能量计算时频分析

在役PHC管桩复合路基滑塌事故的处治效果分析

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公路 2023年第8期68卷 12-21页

作者：姚云龙刘鑫洪宝宁孙东宁邵志伟河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京市210098 河海大学隧道与地下工程研究所南京市210098 河海大学岩土工程科学研究所南京市210098

针对PHC管桩复合路基深厚软基段在施工阶段出现的滑塌事故,结合广东某高速公路K31+100~K31+388路段软基加固实际工程,采用Plaxis 2D软件建立PHC管桩复合路基模型,研究了连系梁形式、桩长、桩间距、垫层参数、桩体垂直度、路堤填土加载... 详细信息

针对PHC管桩复合路基深厚软基段在施工阶段出现的滑塌事故,结合广东某高速公路K31+100~K31+388路段软基加固实际工程,采用Plaxis 2D软件建立PHC管桩复合路基模型,研究了连系梁形式、桩长、桩间距、垫层参数、桩体垂直度、路堤填土加载方式对复合路基沉降和稳定性的影响。结果表明:原处理方案采用PHC管桩+桩帽形式,水平承载力低且抗干扰能力差,施工中的不利影响因素导致了滑塌事故的发生。不同结构形式的稳定性对比结果为:纵横向连系梁形式>横向连系梁形式>纵向连系梁形式>PHC管桩+桩帽形式>PHC管桩结构形式。将带纵横向连系梁形式桩应用于滑塌路段处治,通过对比实测数据与有限元分析结果表明,该形式能有效减小复合路基的沉降,实现了竖向控沉与侧向抗滑的效果。

关键词： PHC管桩复合路基路基滑塌纵横向连系梁有限元分析

基于现场试验的CFG桩复合地基桩帽与垫层效应分析

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太原理工大学学报 2022年

作者：姚云龙张晓辉刘鑫徐寿政中交第三航务工程局有限公司河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室河海大学岩土工程科学研究所河海大学隧道与地下工程研究所

CFG桩复合地基软基处理方法具有承载力高、沉降小、施工工期短、造价低等优点，在近年来得到了广泛的应用，其中柔性垫层和桩帽对CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降均有较大的影响，但目前关于柔性垫层与桩帽在现场试验中如...

CFG桩复合地基软基处理方法具有承载力高、沉降小、施工工期短、造价低等优点，在近年来得到了广泛的应用，其中柔性垫层和桩帽对CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降均有较大的影响，但目前关于柔性垫层与桩帽在现场试验中如何共同影响复合地基的特性，仍有待进一步的研究。以CFG桩复合地基软基处理的某路段作为工程背景，控制土工格栅层数不变的情况下，对垫层厚度为100 mm、200 mm、300 mm，桩帽尺寸为0.8 m、1.0 m、1.2 m组合下的形式进行了现场原位试验，研究了CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降特性。现场试验表明：随着垫层厚度由100 mm增大到300 mm，桩土荷载比减小了51.5%，桩土应力比减小了52.5%，总沉降量增大了7.9%；随着桩帽直径由0.8 m增大到1.2 m，桩土荷载比增大了29.0%，桩土应力比减小了29.2%，总沉降量10.4%。针对本文区域地质条件下，宜选用垫层厚度100 mm、桩帽直径为1.2 m的CFG桩复合地基形式。

关键词：

干湿循环下含初始损伤泡沫混凝土劣化机理研究

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材料导报 2021年第14期35卷 14065-14071页

作者：刘鑫倪铖伟孙东宁邵志伟史云强河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心南京210098 河海大学隧道与地下工程研究所南京210098 河海大学岩土工程科学研究所南京210098

泡沫混凝土,也称气泡混合轻质土,是一种新型的人工轻质土工材料,其由物理方法将水泥、水、发泡剂以及一些可添加材料(粉煤灰、玻璃纤维等)按一定比例混合而成,作为公路路堤填料在工程中应用广泛,但其耐久性问题始终困扰着工程人员。实际... 详细信息

泡沫混凝土,也称气泡混合轻质土,是一种新型的人工轻质土工材料,其由物理方法将水泥、水、发泡剂以及一些可添加材料(粉煤灰、玻璃纤维等)按一定比例混合而成,作为公路路堤填料在工程中应用广泛,但其耐久性问题始终困扰着工程人员。实际上,轻质土在生产的全过程中的各个阶段会产生由不同因素导致的损伤。因此,本工作分析施工工艺及外部环境因素对轻质土造成的初始损伤,并在此基础上研究干湿循环作用下轻质土物理力学性质的劣化规律。采用抗压强度定义损伤变量,并从微细观角度将孔隙面积率作为损伤演化的特征参数;借助MATLAB拟合强度与孔隙面积率和干湿循环次数的变化规律,得到不同初始损伤形式的强度劣化关系式;最后建立与孔隙面积率和干湿循环次数有关的损伤演化方程,并对演化方程进行验证。实验结果表明,不同施工工艺造成含初始损伤的试样的孔隙面积率皆随干湿循环的进行而增大,试样强度随孔隙面积率的增大呈非线性减小。分析劣化原因为:干湿循环次数增加,试样含水率不同造成内部受热膨胀存在差异,温度应力不断发展,微裂缝不断形成,因而孔隙面积率增加,强度逐渐劣化。

关键词：泡沫混凝土强度劣化微细观试验初始损伤干湿循环