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非饱和黄土的水蒸气吸附特性

土木与环境工程学报（中英文） 2025年第1期47卷 80-88页

作者：符文媛刘德仁王旭李建东马玥兰州交通大学土木工程学院兰州730070 兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室兰州730070

为研究非饱和黄土对水蒸气的吸附特性,采用蒸汽平衡法开展不同湿度环境下的等温吸附试验,分析水蒸气在非饱和黄土表面的吸附行为,并探讨温度、矿物成分及含量、干密度对土体吸附性能的影响。结果表明:非饱和黄土水蒸气吸附量随相对湿度... 详细信息

为研究非饱和黄土对水蒸气的吸附特性,采用蒸汽平衡法开展不同湿度环境下的等温吸附试验,分析水蒸气在非饱和黄土表面的吸附行为,并探讨温度、矿物成分及含量、干密度对土体吸附性能的影响。结果表明:非饱和黄土水蒸气吸附量随相对湿度的增加而增加,整个过程包含了单层吸附、多层吸附和毛细凝聚3个阶段,且GAB模型可以用来描述非饱和黄土的水蒸气吸附过程;水蒸气吸附量与温度之间存在明显的负相关关系,相对湿度恒定,水蒸气吸附量随温度的升高而降低;非饱和黄土的水蒸气吸附与矿物组成密切相关,黏土矿物含量直接影响其水蒸气吸附能力;此外,干密度对水蒸气吸附量的影响可分为两个阶段,在相对湿度RH<80%时,水蒸气吸附量随干密度的增大而增大,直到进入毛细凝聚阶段,随着干密度的增大,水蒸气吸附量不再增大反而有所降低。

关键词：非饱和黄土水蒸气吸附蒸汽平衡法等温吸附曲线吸附特性

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考虑温度变化的钢管混凝土徐变试验研究及预测模型

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材料导报 2021年第20期35卷 20028-20034页

作者：张戎令郝兆峰祁强王起才马丽娜黄国栋兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室兰州730070

为了定量得出实际温度变化对钢管混凝土徐变的影响规律,考虑ACI209徐变模型的计算形式,基于龄期调整的有效模量法,并通过Arrhenius理论引入温度参数,推导得出了考虑温度变化的钢管混凝土热徐变计算公式。并在室内进行了20℃恒定温度、... 详细信息

为了定量得出实际温度变化对钢管混凝土徐变的影响规律,考虑ACI209徐变模型的计算形式,基于龄期调整的有效模量法,并通过Arrhenius理论引入温度参数,推导得出了考虑温度变化的钢管混凝土热徐变计算公式。并在室内进行了20℃恒定温度、季节变温下的钢管混凝土徐变试验。试验结果得出,相对于20℃恒温条件下的徐变,温度从20℃升高到40℃时,徐变应变增长幅度达57.8%;温度从40℃升温到60℃时,徐变应变增幅达34.1%。变温对钢管混凝土影响较大,处于实际变温环境下的钢管混凝土结构进行徐变设计时,应考虑变温对钢管混凝土徐变的影响。通过试验数据和理论计算值对比得出,理论计算值与试验结果吻合较好,验证了考虑温度影响的徐变预测模型的准确性,可为受实际温度影响的钢管混凝土徐变设计提供参考。

关键词：钢管混凝土时变温度徐变预测模型试验验证

硫酸盐环境中CFRP约束劣化混凝土柱的力学性能

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复合材料学报 2021年第3期38卷 966-978页

作者：张家玮邵利君刘生纬罗方余杨治国张戎令兰州交通大学土木工程学院道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室兰州730070

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固经硫酸盐腐蚀劣化后混凝土柱的力学性能,构建CFRP约束劣化混凝土的力学模型,采用CFRP约束普通混凝土后腐蚀和CFRP约束劣化混凝土两种工况进行试验,在试验研究基础上,引入损伤率及强度保持率作为... 详细信息

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固经硫酸盐腐蚀劣化后混凝土柱的力学性能,构建CFRP约束劣化混凝土的力学模型,采用CFRP约束普通混凝土后腐蚀和CFRP约束劣化混凝土两种工况进行试验,在试验研究基础上,引入损伤率及强度保持率作为损伤的量化指标,建立两者之间的关系;通过对CFRP约束混凝土强度及应变规律的回归分析,建立适用于硫酸盐环境下CFRP约束劣化混凝土的极限强度、应变模型及应力-应变关系模型。结果表明:随侵蚀时间增长,两种工况下CFRP约束混凝土极限强度和应变的变化规律及劣化速度均不同。预劣化的混凝土柱虽然进行了表面处理,但内部已经存在损伤,在侵蚀环境中采用CFRP加固混凝土柱时,应该考虑混凝土初始损伤的影响。

关键词：碳纤维增强树脂复合材料(CFRP) 约束混凝土硫酸盐环境损伤率力学模型

F1离子固化剂加固试验黄土的物理力学特性变化机理

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材料导报 2021年第8期35卷 70-75页

作者：王景龙王旭李建东张延杰蒋代军刘德仁李迅兰州交通大学土木工程学院兰州730070 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室兰州730070

为研究离子型土壤固化剂加固黄土的作用效果,对不同F1固化剂掺量的试验黄土进行物理力学参数试验以及微观试验,分析了固化剂加固土体的微观结构变化,探讨了固化剂对试验黄土物理力学性质的影响规律和加固机理。研究结果表明:F1固化剂能... 详细信息

为研究离子型土壤固化剂加固黄土的作用效果,对不同F1固化剂掺量的试验黄土进行物理力学参数试验以及微观试验,分析了固化剂加固土体的微观结构变化,探讨了固化剂对试验黄土物理力学性质的影响规律和加固机理。研究结果表明:F1固化剂能提供强正电或强阳离子分子,通过离子交换作用与永久带负电荷的黏土矿物颗粒吸附,使得土颗粒在外荷载作用下重新排列成联结力更强的层状堆叠结构,改善了土体的物理力学特性;F1固化剂阻碍了黏土颗粒对极性水分子的吸附,降低了黏土颗粒的水敏性,使得土体的液、塑限和最优含水率降低,最大干密度和无侧限抗压强度增大;微观电镜扫描与核磁共振试验表明,F1固化剂可减小土颗粒间的孔隙体积、孔隙面积比和粒间孔径,降低孔隙连通性;F1固化剂使用便捷、成本低廉、养护周期短,与石灰、水泥等传统土体改良材料相比有众多独有优点。

关键词：黄土固化剂固化机理

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新型固化剂加固膨胀土研究现状及展望

材料导报 2023年第5期37卷 86-96页

作者：李建东张延杰王旭蒋代军王兴为兰州交通大学土木工程学院兰州730070 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室兰州730070

膨胀土具有遇水膨胀软化、失水干缩硬裂的不良工程性质,物理化学加固是膨胀土地区基础处理研究领域的重要课题,膨胀土固化研究对解决膨胀土工程病害有重要理论价值和广阔应用前景。为了系统分析化学材料对膨胀土物理力学特性的影响,探... 详细信息

膨胀土具有遇水膨胀软化、失水干缩硬裂的不良工程性质,物理化学加固是膨胀土地区基础处理研究领域的重要课题,膨胀土固化研究对解决膨胀土工程病害有重要理论价值和广阔应用前景。为了系统分析化学材料对膨胀土物理力学特性的影响,探讨其加固机理,本文总结了目前已被证明能有效改善膨胀土工程特性的多种固化剂,并按照化学组成将其分为无机类、有机类和生物类,分别对其物质组成、加固机理、固化效果和应用现状展开详细阐述。然后总结分析已有研究成果,提出今后膨胀土加固研究需侧重以下方面:(1)紧密结合工程实际,加强固化膨胀土物理力学特性和耐久性研究;(2)探索组合型固化剂,以降低成本,增强加固效果;(3)重视学科交叉,深化固化剂加固基础理论研究。

关键词：膨胀土固化剂加固机理膨胀特性离子交换

人工制备湿陷性黄土地基地下连续墙浸水试验研究

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岩土工程学报 2018年第S1期40卷 73-80页

作者：张延杰李建东王旭李凡李盛马学宁兰州交通大学土木工程学院道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室陕西交通职业技术学院

为研究湿陷性黄土地基地下连续墙基础竖向极限承载特性及浸水后负摩阻力分布特征,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐制备了人工湿陷性黄土,对人工制备湿陷性黄土的物理力学特性进行分析;采用人工制备湿陷性黄土填筑模型试验,进行地... 详细信息

为研究湿陷性黄土地基地下连续墙基础竖向极限承载特性及浸水后负摩阻力分布特征,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐制备了人工湿陷性黄土,对人工制备湿陷性黄土的物理力学特性进行分析;采用人工制备湿陷性黄土填筑模型试验,进行地下连续墙基础承载特性试验研究。研究结果表明:人工制备湿陷性黄土的物理力学参数与天然黄土基本一致,可用于湿陷性黄土与构筑物相互作用模型试验相似材料。地下连续墙竖向承载力达到其极限时,外墙和内墙总侧摩阻力荷载分担比为67%,确定地下连续墙为端承摩擦型基础。地基浸水湿陷后,中性点深度比为0.64~0.73,试验结果与桩基浸水试验测试结果较为一致。由于地下连续墙基础具有良好的整体性和防渗性,芯土不受水的影响,内墙侧摩阻力与承台土反力能够得以发挥,有效减小地下连续墙基础的沉降。

关键词：基础工程负摩阻力模型试验地下连续墙人工制备湿陷性黄土

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盐渍化软基土动力学特性研究

岩土工程学报 2021年第S2期43卷 208-212页

作者：陈志敏李江鹏范长海周飞兰州交通大学土木工程学院兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室

盐渍化软土路基容易产生翻浆、盐胀、冻胀、腐蚀等不良工程特性,因此研究其力学特性意义重大。开展了室内土工试验,据现场勘察提出了4种盐渍化软基处置方案。并针对改良的盐渍化软土和重塑土动力特性进行研究,主要对比分析盐渍软土以及... 详细信息

盐渍化软土路基容易产生翻浆、盐胀、冻胀、腐蚀等不良工程特性,因此研究其力学特性意义重大。开展了室内土工试验,据现场勘察提出了4种盐渍化软基处置方案。并针对改良的盐渍化软土和重塑土动力特性进行研究,主要对比分析盐渍软土以及两类改良盐渍软土的动剪切模量比和阻尼比随应变变化的关系,试验结果表明:掺入水泥石灰粉煤灰对路基的承载力改善优于砂砾。两种改良土的动弹性模量都明显增加,且水泥石灰粉煤灰的对盐渍化软土动力特性的提升效果明显优于砂砾。

关键词：盐渍化软基动三轴试验动剪切模量比阻尼比

球形蒸汽源增湿非饱和黄土水热运移规律试验研究

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岩土工程学报 2022年第4期44卷 687-695,I0005,I0006页

作者：李建东王旭张延杰蒋代军刘德仁胡渊兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室甘肃兰州730070

非饱和土中的水-汽-热耦合运移是一个受多因素影响的复杂过程。利用重塑非饱和黄土填筑模型,通入一定压力的高温水蒸气,研究蒸汽压梯度、温度梯度和含水率梯度共同作用下重塑非饱和黄土中的热湿迁移规律,并利用模型试验边界条件,解得球... 详细信息

非饱和土中的水-汽-热耦合运移是一个受多因素影响的复杂过程。利用重塑非饱和黄土填筑模型,通入一定压力的高温水蒸气,研究蒸汽压梯度、温度梯度和含水率梯度共同作用下重塑非饱和黄土中的热湿迁移规律,并利用模型试验边界条件,解得球形蒸汽源增湿非饱和黄土时水热运移主控方程的一组特解。结果表明:球形蒸汽源在非饱和黄土中运移时,水分和温度的迁移范围近似于椭球体。水蒸气沿径向运移时,随着蒸汽压逐渐消散,运移速率降低,温度传导速率减小。蒸汽压较大时,增湿速率、增湿范围和增湿程度都将增大;在有效增湿范围内,土体含水率在11%~17%间变化,接近土体的最优含水率,增湿效果较好;高温水蒸气在土体中的传热包括高温蒸汽传热和温度梯度引起的热传导,有效增湿范围内主要以高温蒸汽传热为主,温度迁移速率属于快速迁移阶段。有效增湿范围外以温度梯度引起的热传导为主,属于缓慢迁移阶段;实测值和计算值对比发现,代数显式解析特解能较好地反映试验中土体温度和含水率的变化规律。研究结果可为非饱和黄土中水热迁移和蒸汽增湿技术提供理论参考。

关键词：非饱和黄土水-热运移增湿模型试验

F1离子固化剂加固黄土强度及微观结构试验研究

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东南大学学报（自然科学版） 2021年第4期51卷 618-624页

作者：李建东王旭张延杰蒋代军刘德仁马学宁王景龙兰州交通大学土木工程学院兰州730070 兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室兰州730070

为研究F1离子固化剂加固黄土的物理力学特性,开展了CBR试验、无侧限抗压强度试验和三轴不固结不排水试验,并基于SEM、NMR和XRD测试结果,对F1加固黄土的力学特性和微观孔隙结构进行研究.试验结果表明:F1固化剂可通过阳离子交换、破坏双... 详细信息

为研究F1离子固化剂加固黄土的物理力学特性,开展了CBR试验、无侧限抗压强度试验和三轴不固结不排水试验,并基于SEM、NMR和XRD测试结果,对F1加固黄土的力学特性和微观孔隙结构进行研究.试验结果表明:F1固化剂可通过阳离子交换、破坏双电层结构和磺化油的疏水作用,减小土体塑限,增大液限、塑性指数和最大干密度,改善水敏性和击实特性;F1可显著增大土体CBR值、无侧限抗压强度和抗剪强度参数,0.3L/m^(3)是其加固黄土的最佳掺量;F1改变了粒间孔隙结构和接触形式,促进土颗粒间聚集和凝结,将微观孔隙分布分维数由1.244减小为1.076,大幅减小了土体孔隙总面积和总孔隙数.在压实作用下,F1固化黄土可形成排列更加紧密、团聚体更大和以面面接触为主的层状堆叠结构,增大了土体的密实度和承载力.

关键词：黄土离子固化剂物理力学特性固化机理微观结构