基于TEOS原位交联加固对土遗址水分运移行为影响研究

为了研究TEOS原位交联加固对土遗址水分运移行为的影响,采用低场核磁共振技术对TEOS加固重塑土样与未加固重塑土样中水分运移行为与孔隙结构变化规律进行系统研究。通过分析横向弛豫时间T2和孔隙谱峰面积发现:在水分运移过程中,重塑土样内部的水分以束缚水和自由水两种形态存在。吸水过程中,弛豫时间在0.01 ms~1.00 ms区间内的小孔先吸束缚水,而后10 ms~100 ms区间内大孔吸自由水;脱水时先脱大孔中的自由水后脱小孔中的束缚水。随着水分运移循环次数的增加,未加固重塑土样内部孔隙分布发生明显变化,大孔比例减小,小孔比例增大;而加固重塑土样内部孔隙结构保持稳定。这表明TEOS对土遗址土壤团粒起固定化作用,避免了土壤团粒因受水分溶胀、干缩作用而导致自身孔隙结构发生重组。     

贵阳红黏土介-微观结构对力学特性影响试验研究

为阐明贵阳红黏土宏观力学强度与变形特性的介-微观机理,同时考虑不同围压、不同干密度下贵阳重塑红黏土宏观力学特性之间的差异,通过不固结不排水三轴剪切试验、N2吸附测试及电镜扫描(SEM)测试,研究了原状和重塑土样因颗粒形态、孔隙结构与分布等不同所产生的宏观力学特性之间的差异。试验结果表明:不固结不排水三轴剪切试验条件下贵阳红黏土原状样应力-应变曲线表现出具有驼峰状的应变软化特性;重塑样则呈现出明显的应变硬化现象。随着干密度的增加,一定围压下重塑样强度曲线硬化现象加强;随围压增加,强度不断增强。原状和重塑土样氮气吸附-脱附等温曲线均表现出明显的Ⅳ型、H3滞后环,曲线整体均呈反“S”型。不过,在平均孔径、比表面积、总孔容积等指标上有差异,反映出原状样孔隙主要由中大孔构成,含部分微小孔;经重塑后大孔和微孔有所减少,介孔呈增多趋势。扫描电镜(SEM)下原状样较重塑样介-微观结构更加复杂,介-微观结构形态参数更加优化,表现出明显的原生结构、更强的力学强度。     

弱膨胀土在浸水膨胀过程中的微观结构变化特征

为探究膨胀约束条件对膨胀土水化稳定后微观结构的影响,对河南一处膨胀土开展了不同荷载下室内一维膨胀变形试验,并采用真空冷冻干燥法对初始和膨胀稳定后的土样脱湿,然后进行扫描电镜试验和压汞试验,测定土样微观结构类型和孔隙分布的情况。扫描电镜试验结果表明:重塑膨胀土呈紊流结构,颗粒排布没有明显的方向性;在允许体积膨胀的条件下,颗粒中的伊蒙混层羽翼状边缘被充分水化,边缘更为光滑,粒间连接也变弱,土体从紊流结构逐渐过渡为粒状堆叠结构。压汞试验结果表明:不同荷载下土样的孔径分布曲线均为三峰曲线,土中的孔隙按照等效孔径大小可以分为大孔隙、小孔隙、微孔隙和超微孔隙。与初始土样相比,恒体积膨胀条件下,土样中的小孔隙被压缩成微孔隙。在上覆荷载为0 kPa和50 kPa的侧限膨胀条件下,由于上覆荷载小于土的膨胀力,土颗粒能够推开其旁边的颗粒,所以土中各类型孔隙的体积含量均增多。     

考虑滞后效应与吸附作用的非饱和土SWCC分形模型

传统土-水特征曲线(SWCC)模型的研究仅考虑了土壤基质势的毛细组分而忽略了吸附组分,高估了土壤在低饱和度范围的基质吸力。针对该问题,假设土壤孔隙系统可用一簇带有孔喉的毛细管表示,且其孔径分布服从分形规律。在此基础上将土壤中水分运移分为2个阶段,即毛细水与吸附水共同参与水分运移阶段,以及仅吸附水参与水分运移阶段,推导得到了可以反映全基质吸力范围土壤持水特征及滞后效应的SWCC模型。最后采用已有的试验数据与研究结果对得到的本构模型进行验证,结果表明所提出的SWCC模型预测曲线与试验数据吻合良好,且相比已有方法可更好地描述非饱和土SWCC的持水特性,证明了该模型的合理性与可行性。     

不同干密度压实黄土的非饱和渗透性曲线特征及其与孔隙分布的关系

压实黄土在水分入渗条件下容易产生湿陷、不均匀沉降等工程地质问题,因此有必要对其渗透特性进行研究。本文采用基于滤纸法的竖直土柱试验测试了3种不同干密度压实黄土全吸力范围的渗透性曲线。试验结果表明,压实黄土的渗透性曲线随着基质吸力减小分为缓升段、陡升段和饱和段三个阶段,且干密度越小的土三段特征越明显。压实黄土干密度的差异主要影响低吸力段渗透系数,干密度越大,渗透系数越小;基本不影响高吸力段渗透系数。由于渗透系数与孔隙分布密切相关,孔隙越多渗透性越强。因此本文用压汞试验测得了3种土样的孔隙分布曲线。试验表明不同干密度的压实黄土,微孔数量基本相同,对应吸力范围的渗透系数也相同;孔径为1.3μm d 8μm的小孔数量随干密度增大而减小,对应吸力范围的渗透系数也相应地减小;中孔、大孔数量很少,其对土样的渗透性的影响甚微。这反映了渗透性受孔隙分布控制的内在机理。     

干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力响应规律研究

非饱和土基质吸力与其微观孔隙结构息息相关。为探究在干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力的响应规律, 以重塑黄土坡滑坡滑带土为研究对象, 采用压汞法分析干湿循环过程中孔隙大小分布规律, 得到不同干湿循环次数下滑带土孔隙分布曲线。在此基础上, 结合分形原理, 将滑带土孔隙划分成三类(大孔隙、中孔隙和小孔隙); 结合毛细管模型, 间接推算出滑带土的土-水特征曲线(SWCC)。研究结果表明:反复干湿循环作用使小孔隙逐渐转化成大孔隙, 颗粒孔隙转化成团粒孔隙; 不同干湿循环次数对应的土-水特征曲线均存在一个共同的拐点, 拐点上侧, 含水率相同时, 随着干湿循环次数增加, 基质吸力逐渐增大, 下侧反之。研究成果有利于深入了解滑带土的干湿循环效应, 可用于库岸滑坡演化机理研究。     

河套灌区水利科研管理与应用系统

以长胜试区为例，结合水利科研的特点，介绍“河套灌区水利科研管理与应用”系统的结构、功能、特点。该系统由ＦｏｘＢＡＳＥ与Ｂａｓｉｃ、ＦＯＲＴＲＡＮ等语言组成，并与ＬＯＴＵＳ、ＳＵＲＦＥＲ等应用软件结合，组成了一个实用性、通用性极强的有机整体，它可以为主管、计划部门提供各种地下水分、盐分、水质动态报表及相关图件，为资料管理人员提供现代化存贮与管理试验研究资料的手段，为技术人员提供查询分析及预测的方法，并附有关的图表输出。     

基于降雨染色示踪试验的大孔隙流特性研究

实际边坡土体内部存在大孔隙等优势通道,坡体内的水分运动常表现出优势流特性。为探究降雨作用下天然边坡土体内大孔隙的发育特征及优势流的空间响应规律,开展原状土柱的降雨染色示踪试验。通过染色信息标定水分浸润面积,根据“水分浸润面积比”这一参数评价土柱内部不同大孔隙的发育特征对优势流发展及水分入渗通量的影响。研究结果表明:原状土柱中优势通道的发育程度与空间变异性较强,优势通道类型以大孔隙为主,连通性与开启程度好的大孔隙,优势流快速通过,与周围基质交换能力弱,可快速多量地补给地下水;分布不规则、方向各异的大孔隙,优势流现象被削弱,与基质交换能力强,但随深度逐渐减弱;个别死端大孔隙,滞留水分较多,增强了与周围基质的水分交换能力,对优势流的运移作用不大。染色评价结果与土柱实测水分通量所得规律完全一致,准确揭示了原状土中大孔隙流的典型空间分布特征。     

降雨条件下大孔隙土体含水率变化规律研究

为探究发育类型各异的孔隙在降雨条件下引发的优势流效应对土体含水率变化规律的影响,采用一维降雨入渗试验、数值模拟等方法分析孔隙竖直贯通样、死端孔隙样、孔隙各向展布样原状土与重塑土在降雨入渗条件下含水率分布规律及大孔隙渗流特征。结果表明:水流沿土体孔隙由浅至深迁移,浅表层以均匀入渗为主且含水率均匀增大至峰值,而土体深处优势渗流效应占优,其含水率增长模式各异;竖直贯通型孔隙的含水率缓慢增大,后期增长速率小幅增加,水流沿优势通道优先侧渗,下渗速度由慢到快后迅速出流;死端型孔隙的水流在死端位置滞留,深部含水率最高,水流由下渗转变为侧渗延缓出流;各向展布型孔隙的水流先快速通过优势通道后向周围缓慢扩散,含水率的增长速率先增大后减小,水流运移至底部出流耗时较长;双重渗流模型数值模拟能较好地刻画不同大孔隙的发育特征和水分运移规律,可由不同模型参数的取值表征不同孔隙类型的水分迁移特征。     

基于微生物成因的加固砂粒技术研究

微生物灌浆加固技术是新的地基加固方法,“巴氏芽孢杆菌”（编号ＡＴＣＣ11859）作为研究菌种, 通过生物生化过程可实现砂粒加固及防渗功能。首先以微生物活性及ＯＤ600值作为参考值,通过室内 实验得出“巴氏芽孢杆菌”的最佳培养条件为:10％的接种比例、30℃培养温度及ｐＨ＝6．24的营养液环 境;其次研究了微生物浆液的物理性质及加固粉细砂技术,得出微生物浆液可灌性好、砂粒加固强度可 达15ＭＰａ～22ＭＰａ、砂粒渗透率可由加固前的1．1×10－2ｃｍ／ｓ降低到加固后的2．19×10－5ｃｍ／ｓ。     

外加电场改性处理高填方黄土地基的试验研究

外加电场处理技术是一项新型土壤改性加固技术,具体操作步骤是先以一定量的石灰和硫酸钠为改性材料掺入黄土中拌和均匀,然后根据设计的干密度对混合土料进行压实,再对压实土样施加一定强度的外加电场处理。养护完成后对土样进行无侧限压缩试验、直剪试验、高压固结与湿陷试验。试验结果表明,与压实重塑黄土相比,混合土料经电场处理后其抗压强度与抗剪强度提高,压缩性降低,且在各压实度条件下均无湿陷性。利用扫描电镜(SEM)对其微观结构进行初步观察,分析了新型固化技术加固黄土的机理,为外加电场处理技术的进一步研究和应用提供依据。     

松散回填层及深厚淤泥地基联合灌浆加固技术研究

江苏某风电场升压站电缆沟地基为厚约３ｍ的土夹石回填层和１５ｍ的淤泥层,因施工时回填层未分层碾压,淤泥层也未作处理,工程运行后出现了明显下沉,局部下沉量超过了３０ｃｍ,严重影响到电缆及设备的正常运行,亟需进行加固处理。针对该电缆沟回填层孔隙大、淤泥层深厚、地下管线复杂、施工空间受限、工期短,以及减沉加固效果要求高等工程特点,研究采用了“水泥膏浆＋稳定性浆液”、 “压力－流量双限控制”、“深－浅孔布孔”相结合的联合灌浆加固处理方法,以工后沉降为控制目标,对孔排距、灌浆压力和灌浆量进行了设计,对水泥膏浆和稳定性浆液进行了现场配比试验和灌浆施工,并对加固处理效果进行了分析评价。工后沉降监测表明,联合灌浆对于松散回填层及深厚淤泥地基加固处理效果较好,可为类似工程提供参考。     

两类大跨钢波纹管涵洞力学特性对比分析

目前对大跨混凝土－钢波纹管拱涵的力学特性研究较少。为此,以大跨圆形钢波纹管涵为对比,揭示大跨拱涵与大跨圆涵力学特性差异,采用有限元方法,对两种结构涵顶垂直土压力、内力最大值、最大变形、力学特征变化规律以及ＥＰＳ板减荷效果进行对比分析。结果表明:两类涵洞结构力学特性分布规律基本相同,最不利点均位于涵侧与涵顶,建议以波纹管最大内力为设计控制指标,但拱涵上方“土拱效应”影响更大,卸荷更优且高填土下优势更明显。两类涵洞结构土压力传递规律相同,即由中心向两侧、由管涵向管周土体传递;波纹管内力传递规律相同,即由波峰向波谷传递,但拱涵部分波峰应力传递至基础,使其涵侧波谷切向应力较小;两类涵洞结构铺设ＥＰＳ板后垂直土压力、结构最大等效应力均变为非线性变化,前者减荷效果相同,后者拱涵减小更多,且在板厚30ｃｍ后加厚对两者影响不大。因此,大跨拱涵力学性能与ＥＰＳ板卸荷效果均优于同等跨径的圆涵。     

仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土试验研究

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩等不良工程性质,常采用石灰、水泥等土壤固化材料对其进行改良,但这些传统的土壤固化材料存在着污染环境、拌合不均匀等问题。以陕西省汉中市强膨胀土为研究对象,对仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土进行了自由膨胀率、无荷膨胀率、收缩、直接剪切、酸碱度和碳酸钙含量测定、粒度分析和扫描电镜试验等物理、力学、化学和微观结构试验。试验结果表明,仿岩溶碳酸氢钙可较好地降低膨胀土的胀缩性,并提高土体的抗剪强度,且仿岩溶碳酸氢钙与膨胀土的最优配比为6∶1;改良土中吸附的交换性Ca²⁺含量降低,碳酸钙含量增多,细粒含量降低,粗粒含量增多,内部孔隙减少;仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土的机理在于溶液中含有H⁺、Ca²⁺、HCO₃^-、CO₃^2-等离子,同时溶解有饱和的二氧化碳气体,通过离子交换作用,溶液中的H⁺置换了土颗粒吸附的Ca²⁺,减小了双电层厚度;通过岩溶作用,新形成的碳酸钙具有沉积胶结和填充作用,颗粒间联结强度和团粒化作用得到增强,从而降低了土体胀缩性。由此可见,仿岩溶碳酸氢钙对膨胀土具有良好的改良作用。     

德国土石坝内部侵蚀的检测

土石坝的失事 ,经常是由于坝内水流的侵蚀过程所引起的 ,因此 ,渗流的探测是土石坝监测领域中最重要的目标之一。近 2 0多年来 ,德国科学家 (Ｊ .ＤＯＲＮＳＴＡＤＴＥＲ)对探测土石坝早期内部渗漏的方法作了很多的研究。其中广泛研究的物理参数之一是温度。渗过坝体的库水温度是一个天然的跟踪指数 ,通过测量坝内温度的变化可以查找危害的区域。经过几星期或几个月的温度测量 ,甚至可以估算库水的季节性的温度变化流。温度变化也用于探测与时间的变化。这些方法中唯一限制是需要季节性温度变化的气候。热脉冲方法能快速测定流速 ,通过找出…     

振冲置换法在河堤抗滑加固中的应用

在陆良县盘虹桥河堤加固中，采用振冲置换法约束滑动体的滑动，主要是从土体内部改善其物理力学性质，提高抗剪强度，较快而有效地消散因水位骤降产生的附加孔隙水压力，增强土作自身抗滑能力，达到稳定河堤的目的．振冲施工技术参数密实电流为85A，水压为300～800kPa，每延米填料量为0．9～1．0m3，振冲后极间土的抗剪强度指标较原来增加9％，孔陈水压力只为原来的19～97％．河堤采用振冲加固治理后，经过两年运行良好，尤其是经受住了1994年南盘江陆良河段发生的迄今为止第三次大洪峰的考验．     

镍铁渣粉水泥土的固化机理试验研究

为了研究镍铁渣粉水泥土的固化机理,从滨海区域工程实际出发,将镍铁渣粉等量替代水泥质量掺入到水泥中,结合ＸＲＤ试验、ＳＥＭ试验和压汞试验对镍铁渣粉水泥土的固化机理进行分析,从而实现以宏观和微观相结合的方式来考察其在海洋环境下的强度及抗渗性能。结果表明:水泥石中掺与镍铁渣粉,其物相种类不发生改变,主要为Ｃａ（ＯＨ）２、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、ＣａＣＯ３和ＳｉＯ２这五种物相;镍铁渣粉水泥土的孔径在７ｄ和２８ｄ时走势及大小变化不显著,而６０ｄ龄期以后,总孔隙体积和最可几孔径逐渐减小;随着龄期的增长,镍铁渣粉水泥土中的水泥水化产物增加,其孔隙逐渐消失,镍铁渣粉开始发挥作用并且其微观结构整体性愈发增强。     

离子土壤固化剂加固红粘土的试验研究

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简 称ISS）加固红粘土,通过对不同配比的阿太堡试验、收缩试验、自由膨胀率试验和无侧限抗压强度试验结果进行分析,得出了ISS加固红粘土压实性能和强度的变化规律。试验表明 ：加入ISS后,红粘土的承载力增大,粘土颗粒的结合水减少,塑性指数可以降低在12%左右 ,但并不是ISS加入越多越好。最后,从ISS影响双电层的结构和ξ电位等方面,对ISS 加固土的机理进行了分析。     

大空隙流变化对溶质运移的影响试验研究

本试验设计3个来自Armagosa沙漠研究站的相似原状土柱在基模势为0、-2、-5、-10cm水头状态下,分别进行保守溶质置换试验,获取12条溶质穿透曲线。改进的特征半径指数用于定量分离各基模势区间,并计算有效水力传导孔隙度描述大空隙流的变化过程。同时,基于对流扩散方程(CDE)的确定性双区模型用于拟合各个状态下溶质运动的特征参数。试验结果显示,改进后的特征半径指数和大孔隙有效传导空隙度能很好定量大空隙流变化。在大空隙流发生时,溶质运移主要受到大空隙流对流作用影响,机械弥散作用变化不大。随着大空隙流的衰减,大空隙流与基质流的侧向交换过程逐渐成为溶质穿透过程的主要影响因素。大空隙流发生与基模势的关系有利于进一步分离研究土壤非均质流与溶质交互过程。     

生态型山区防洪治河规划与工程技术

“生态型山区防洪治河规划及工程技术“是近10年来全球性重建河流生态环境的新思维和流域自然体系整体修复理论的组成部分,为越来越多的国家所接受.美国、澳大利亚、日本等国家仿效自然和保护自然的生态型防洪与洪水利用工程规划设计方法一直在不断丰富和完善.本项目通过对“美国密西西比河上游和支流流域规划设计技术“以及“MOL System1-1.5综合数据处理及信息互换互递专业软件包“的引进,拟形成一套适合我国国情的河流-工程-土壤-生态等不同层次和尺度的水分运移分析软件,从而为选择研究不同工程型式、结构和材料组合下,区间集水-贮水-排水运动机理提供支持,探索出适合我国国情的生态型山区防洪治河规划及工程技术.