低黏土矿物含量泥岩的自由膨胀率试验研究

针对现有规范中自由膨胀率试验方法存在的不足之处,为了在规范基础之上得到更为精准且具有代表性的自由膨胀率试验结果,在满足规范试验要求的基础之上,将某工程地基中的低黏土矿物泥岩碾碎,把0.5~0.25 mm、0.25~0.1 mm、0.1 mm三种粒径范围的碾碎泥岩按照不同的质量比例组合搭配完成自由膨胀率试验。结果表明:对于同一种土样,依据规范完成的自由膨胀率试验可能会因为试验人员、操作过程等原因导致级配不同,进而出现千差万别的试验结果,且结果符合正态分布。通过分析建议使用以上三种粒径范围质量比为60∶40∶0、40∶20∶40、20∶20∶60的级配进行自由膨胀率试验。验证发现,建议级配的试验结果能够与各指标更加同步、准确地判别膨胀土。试验成果可为进一步完善工程地质相关规范提供借鉴。     

砾石土料全级配击实仪研制及应用

砾石土料最大粒径为100 mm全级配击实仪的成功研制与应用,提高了全级配击实试验的科学性,保证了试验结果准确可靠。特别在类似的工程中全级配击实仪首次采用锤击点角度为53.5°,实现了锤击点之间无击实盲区,在国内已建类似工程中未见相关文献资料。本文依托双江口水电站工程,研制全级配土料超大型击实仪(土料最大粒径为100 mm),真实反映了土料全级配击实试验结果,为砾石土心墙料采用全料压实度控制碾压质量提供可靠的基础数据,具有较高的推广价值。     

KCl溶液对膨胀土膨胀特性影响试验研究

通过自由膨胀率、无荷膨胀率、有荷膨胀率试验对比分析了KCl溶液对合肥地区膨胀土膨胀特性的影响。试验结果表明:不同浓度的KCl溶液均可以降低土样的膨胀率;自由膨胀率试验中,浓度为7%的KCl溶液的抑制膨胀作用最强,溶液浓度提高至10%后,膨胀率又略有增大;无荷膨胀率试验中,KCl溶液改变了土样的膨胀时程特征,缩短了膨胀稳定的时间;有荷膨胀率试验中,初始含水率与上部荷载是影响膨胀率的重要因素,膨胀率随溶液浓度的增大而降低,有荷膨胀率与上部荷载的对数成线性关系。根据试验现象,分析了K~+抑制膨胀土膨胀的机理。     

颗粒形状及级配对粗颗粒土休止角的影响

为了准确且方便地测量粗颗粒土的休止角,研制了一种基于旋转容器法的粗颗粒土休止角测定仪。利用此装置,对2种粗颗粒土分别进行了15种级配下的休止角试验,并研究了颗粒形状和级配对粗颗粒土休止角的影响。试验结果表明:对于级配相同、颗粒形状不同的粗颗粒土,颗粒呈棱角状砾石料的休止角大于颗粒圆滑的卵石料,不同最大粒径下砾石料的休止角平均值比卵石料高1.3°~2.0°;对于颗粒形状相同、级配不同的粗颗粒土,休止角随最大粒径的增加而增大,最大粒径为20~40 mm时,休止角平均值增长曲线平缓,最大粒径为40~60 mm时,休止角平均值增长速率明显变快;休止角随平均粒径的增大而减小,随不均匀系数的增加而增大。     

无砂混凝土在高地下水位渠道边坡衬砌中的应用

为探究无砂混凝土在高地下水位渠道边坡衬砌中的适用性,以南水北调工程某页岩渠坡段衬砌施工为例,对不同配合比下的无砂混凝土进行了有效孔隙率、强度和不同水头下的渗透试验。结果表明:粗粒径含量越多,有效孔隙率越大,连续级配的有效孔隙率低于单粒径级配;连续级配的强度值明显大于单粒级配的强度,骨料越细,强度越高;随着水头的增大,无砂混凝土的渗透系数呈幂函数型增长,连续级配的渗透系数明显小于单粒级配渗透系数;通过配比优化,最终确定了现场的最佳施工配比为:水灰比0.45,灰骨比1∶6,水∶水泥∶石子=135.5∶301∶1806。分析结果可为类似工程的设计施工提供参考。     

含水率及干密度对高铁泥岩地基土无荷膨胀率的影响

通过室内无荷膨胀试验,研究初始含水率与初始干密度对高速铁路泥岩地基土无荷膨胀率的影响。研究结果表明:无荷膨胀率随时间的变化规律可分为快速膨胀、减速膨胀和膨胀稳定3个阶段。在相同初始干密度情况下,膨胀率随时间增长而逐渐增大,并且试样初始含水率越低,最终达到胀限含水率时的膨胀率越大。无荷膨胀率随初始含水率的增大而减小,干密度越大,无荷膨胀率减小的速率越快;无荷膨胀率随初始干密度增大而增大,在不同含水率条件下膨胀率增长速率有所不同。试样越干燥、干密度越大,其膨胀潜能越大。对无荷膨胀率时程曲线和无荷膨胀率-初始含水率-初始干密度三者关系分别用半对数函数和二元线性函数进行拟合,拟合结果良好,可较好地预测泥岩地基实际变形情况。     

基于灰色关联分析的再生透水混凝土级配优选

再生骨料级配优选涉及因素较多,难以通过实测数据进行多指标之间性能优劣评比。依据9.5~19.0 mm和4.75~9.50 mm粒径再生骨料以0∶1、1∶1、1∶2、2∶1、2∶3、3∶2配比下的实测数据,选取再生骨料透水混凝土抗压强度、劈拉强度、孔隙率、渗透系数、耐磨性能5项参数作为评价指标,以熵值法确定指标客观权重,利用灰色关联分析的方法进行数学优选模型构建,最终通过灰色关联度对结果进行优选。再生骨料透水混凝土在1∶2配比时,抗压强度为7.92 MPa,渗透系数为3.53 mm/s,灰色关联度最大为0.74,故1∶2配比效果最好。因此,灰色关联分析可以对再生骨料透水混凝土级配实测数据进行多指标之间性能优劣评比,也可以针对不同评价特点应用于其他优选问题。     

缩尺方法对粗粒料密度和渗透性影响的试验研究

依据规范推荐的粗粒料超径处理方法,对最大颗粒粒径为200 mm的宽级配料进行缩尺,控制最大颗粒粒径分别为60,20 mm,获取多条模拟级配,对原始级配、模拟级配粗粒料进行最大干密度试验和渗透试验,以研究不同缩尺方法、不同最大颗粒粒径条件下,粗粒料密度和渗透性的变化规律。结果表明:对于最大干密度试验,采用同种缩尺方法获取的最大干密度随最大颗粒粒径的减小而减小,表明粗颗粒的骨架作用显著。因缩尺后的P5含量使细颗粒处于较好的填充状态,可获得较高的最大干密度,其模拟级配试验值更接近原始级配,在此原则下相似级配法和混合法优于剔除法和等量替代法。对于渗透性试验,采用同种缩尺方法处理的最大颗粒粒径较小的试样,其渗透性也较小。细粒料土(尤其是粒径小于5 mm)的含量对渗透系数起到控制作用,缩尺处理应以尽量不改变较细粒料土的含量为原则。此原则下等量替代法最适用。     

河南安阳第三系黏土岩胀缩特性研究

从膨胀、收缩、胀缩循环3方面对黏土岩进行了试验研究,结果表明:无上覆荷载时,重塑黏土岩随初始含水率的增大膨胀率直线减小,且无侧限约束时,膨胀率不及有侧限时的一半;重塑黏土岩的有荷膨胀率随上覆荷载和初始含水率的增大而减小;重塑黏土岩的收缩特性与膨胀土类似,缩限随初始含水率的增大而增大,且增长速率越来越慢,最终趋于稳定值;重塑黏土岩的胀缩特性随胀缩循环次数的增加而减弱,膨胀稳定时的高度越来越低,收缩稳定时的高度越来越高,其胀缩特性削弱得较快。     

北疆供水一期工程膨胀土不同循环模式条件下的胀缩特性

为深入探讨北疆供水一期工程膨胀土渠坡胀缩机理,通过对膨胀土进行了3种不同循环模式条件下的无荷膨胀率、有荷膨胀率和收缩试验,从宏观角度分析了其胀缩特性规律,并采用扫描电镜试验从微观上揭示其物理机制。结果表明：膨胀土的膨胀变形随时间的延长可分为快速、匀速及稳定3个阶段,膨胀变化主要集中在快速膨胀阶段,上覆荷载越大,有荷膨胀率越小,上覆压力抑制了膨胀土的吸水膨胀作用;随着循环次数的增加,无荷膨胀率、有荷膨胀率和线缩率均呈逐渐减小的趋势,第5次循环后逐渐趋向于稳定值,其中干湿-冻融循环减小幅度最大,干湿循环次之,冻融循环最小。微观机制方面,试样经过循环后,土体孔隙和颗粒总数呈逐渐增大趋势,颗粒总面积等微观指标逐渐减小;土颗粒大小及含量是影响胀缩性的主要因素,循环作用影响黏土颗粒的大小、含量及排列等因素的变化,其中干湿-冻融循环颗粒总面积变化程度最大,膨胀土试样胀缩变化程度最大,冻融循环对微观结构影响最小,膨胀土试样胀缩变化程度最小。     

西域组钙质胶结砾岩物质构成试验研究

西域组砾岩的物质构成较为复杂,目前对其试验研究较少。以分析西域组钙质胶结砾岩的物质构成为目标,通过酸化浸泡试验和CAD断面统计方法,并结合气体收集方法,来对西域组钙质胶结砾岩的物质构成进行初步的试验研究,运用两种不同比例盐酸溶液对砾岩试样的颗粒级配进行酸化试验分析。结果表明:经过1∶1盐酸溶液浸泡后0. 075 mm粒径损失较大,1∶4盐酸溶液浸泡后试验结果较为理想;酸化分离筛分和CAD断面统计粒径含量结果基本一致;西域组钙质胶结砾岩碳酸盐含量为70%～80%,其余20%为碎屑物质和填隙物;碎屑物质中粒径 2 mm的砾石平均含量为65. 2%,粒径2～0. 075 mm的砂平均含量为13. 2%,粒径0. 075 mm的细粒平均含量为21. 6%。通过试验还发现钙质胶结砾岩中存在有某些物质与盐酸发生了反应,对试验结果产生了一定的影响。     

不同粒径再生粗骨料混凝土单轴受压应力 －应变关系试验研究

研究了粗骨料粒径对再生混凝土力学性能的影响,为再生混凝土工程中合理选取再生粗骨料粒径及取代率提供参考和依据。以再生粗骨料粒径和取代率为变量,用 5 ～ 20 mm、20 ～ 30 mm 及5 ～ 30 mm 粒径范围内的再生粗骨料制作了不同取代率的二级配再生混凝土试件,利用混凝土单轴抗压的试验方法,分析了不同再生粗骨料粒径以及不同取代率再生混凝土的力学性能。实验结果表明:再生混凝土的弹性模量随取代率的增大而减小; 相同取代率下,再生粗骨料粒径为 5 ～ 30 mm 的二级配再生混凝土的抗压强度比粒径为 5 ～ 20 mm 或 20 ～ 30 mm 的二级配再生混凝土的抗压强度高; 粒径为 20 ～ 30 mm 的再生粗骨料对二级配再生混凝土力学性能的影响最大。再生粗骨料全级配取代,且取代率为 30% 时二级配再生混凝土的抗压强度最大。     

注水方式对膨胀土膨胀量的影响研究

为了研究不同注水方式对膨胀土膨胀量的影响,取某高速铁路地基膨胀泥岩,进行不同数量开孔和不开孔方式注水的重塑膨胀土浸水膨胀变形试验,并分析得到了开孔造成的土体损失体积率与膨胀量损失量之间的关系。试验结果表明:开孔注水与不开孔注水的膨胀时程曲线、膨胀量与含水率关系曲线有很大不同;各注水方式下,膨胀时程曲线和膨胀量与含水率关系曲线变化规律基本一致。开孔注水方式下,膨胀时程曲线、膨胀量与含水率关系曲线可分为三个阶段:初始快速膨胀阶段、减速膨胀及逐渐稳定阶段、突然增长阶段。不开孔注水方式下,膨胀时程曲线、膨胀量与含水率关系曲线可分为四个阶段:初始缓慢膨胀阶段、快速膨胀阶段、减速膨胀及逐渐稳定阶段、突然增长阶段。土体损失体积率与膨胀量损失量之间呈良好的线性关系,其关系式为Δδ=0.617ΔV+0.02。     

基于图像识别技术的土石料级配检测系统

本文开发了一种基于图像识别技术的土石料粒径级配检测系统。该系统修建在土石料填筑现场,通过对车辆运送的土石料进行拍照,将图片传输到识别系统,采用图像识别技术,分析土石料粒径并绘制级配曲线以判断土石料是否满足设计包络线要求。在此基础上,设计建造了一个小型土石料粒径识别系统样机,选取不同粒径范围的石英岩土石料,将图像识别得到的级配曲线与传统人工筛分法得到的级配曲线进行对比,发现二者级配曲线吻合度较好。表明本文开发的土石料级配检测系统是稳定可靠的,可以运用于现场坝料级配检测。     

华南地区典型土壤渗透性的改良配置研究

为改善我国华南地区土壤黏性大、渗透性差的问题,研究华南地区土壤与落地灰、砾石、沸石、海砂、草根和枯树叶等多种材料的改良配置,测试不同重量配比下试验土壤的渗透性,获取不同有机、无机材料对典型土壤自然入渗能力的改善效果(包括各种材料的单独作用和择优性混合作用效果)。结果表明:单材料试验中,低重量配比的草根和枯树叶试验土壤的峰值入渗速率分别为0.178 mL/s和0.163 mL/s,且有机材料的改良效果优于无机材料。高重量配比的5～9 mm砾石和5～9 mm落地灰试验土壤分别在重量配比为40%和60%情况下,峰值入渗速率达0.338 mL/s和0.717 mL/s,在同重量配比的所有材料里具有最佳入渗效果。多材料混合试验中,枯树叶、5～9 mm砾石和5～9 mm落地灰相结合的试验土壤实现最佳入渗效果。研究成果为改善华南地区土壤渗透性能提供科学依据。     

基于全级配试件性能的大坝混凝土抗裂性分析

为了解大坝实体混凝土的抗裂特性,系统测试了分别用灰岩和花岗岩人工骨料制备的全级配混凝土(最大骨料粒径为150 mm)的力学性能、变形性能和热学性能,基于上述性能计算分析了全级配混凝土的抗裂指数,并与湿筛二级配混凝土(最大骨料粒径为40 mm)进行了对比分析。试验结果显示,全级配混凝土各项性能与湿筛二级配混凝土性能之间存在一定的比例关系:7～180 d龄期,抗压强度比在0.85～1.16之间,轴向抗拉强度比在0.49～0.70之间、极限拉伸值比在0.60～0.83之间。计算结果显示,不考虑干燥收缩作用,灰岩骨料、花岗岩骨料全级配混凝土的抗裂指数分别在0.79～1.17之间和0.53～0.75之间,高于湿筛二级配混凝土的抗裂指数。研究结果表明,由于全级配混凝土中骨料的体积比大于80%,骨料岩性、物理性能对混凝土极限拉伸值、徐变、热膨胀系数等性能起决定作用,因此对混凝土抗裂性能具有重要影响,灰岩骨料混凝土的抗裂指数高于花岗岩骨料混凝土,抗裂性能更好。     

颗粒级配对微生物固化砂土力学性能的影响

土体的颗粒级配不同,其微生物固化效果也可能存在一定的差别。将颗粒粒径范围为0.074~2.000 mm的砂土分成颗粒级配良好与颗粒级配不良4组,分别测试了固化后砂样的无侧限抗压强度、渗透系数、孔隙率,碳酸钙沉淀量,从宏观角度对比了颗粒级配对微生物固化砂土的物理力学性质影响。同时,结合电镜扫描,从微观角度分析了颗粒级配对微生物固化砂土的影响机制。研究结果表明：相比于颗粒级配不良的砂土,颗粒级配良好的砂土碳酸钙沉淀量与均匀性更好,孔隙率与渗透系数更小,从而增加了试样的无侧限抗压强度。这是因为级配良好的砂土自身含有更优的粗细颗粒组,可提供更多有利于生成碳酸钙的沉积位置,生成的碳酸钙更加致密,强度更高。     

剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响规律研究

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明：轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态,主要受EPS颗粒掺入比、水泥掺入比、法向应力的控制,素土的剪应力-剪切位移关系曲线形态为硬化型。剪切速率越大,试样达到破坏或稳定阶段历时越短。不同剪切速率下,轻量土的抗剪强度包线多为折线型,与传统结构性土体包线类似。作为一种结构性土体,配比对轻量土抗剪强度的影响是决定性的,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比的增大、EPS颗粒掺入比的减小而增大。剪切速率对轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角影响较小,对素土影响较大。随着剪切速率增大,轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角变化幅度较小,无显著变化规律,素土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角逐渐减小。     

基于孔隙尺寸的粗粒土渗透系数计算方法研究

基于颗粒极限堆积状态下的平面孔隙直径和土体粒径组成,采用颗粒随机抽样组合获得了土体各孔隙直径百分含量,并进一步得到了土体最密实和最疏松状态下孔隙直径累计分布曲线CSD-D、CSD-L。通过土体实际相对密度的线性内插方式获得了土中孔隙直径累计分布曲线CSD-R,并得到相应平均孔隙直径Dmc,根据粗粒土渗透试验结果建立了渗透系数K与Dmc关系的经验公式。研究表明:CSD-R曲线同时考虑了颗粒级配和密实度对土中孔隙尺寸分布的影响,所确定的经验公式近似满足多孔介质渗流理论中渗透系数与渗流孔隙呈二次正相关性的规律。对比相关试验结果认为,该方法具有较高准确性,适用于不均匀系数Cu7且有效粒径d109.6 mm的粗粒土渗透系数估算。