重塑黏土临界状态线随初始含水率的变化规律

针对具有不同初始含水率的两种饱和重塑黏土进行了一系列的三轴固结不排水剪切试验,探讨初始含水率对黏土临界状态的影响,得到了不同初始含水率重塑土的应力-应变关系和有效应力路径。根据应力-应变关系曲线发现不同初始含水率重塑土均存在临界状态应力比。基于临界状态土力学理论研究了在p´-q平面和v-lnp´平面内临界状态线随初始含水率的变化规律,并分析了初始含水率对临界状态参数的影响。     

隧道岩溶管道型突涌水动态演化特征及涌水量综合预测

建立了隧道岩溶管道型突涌水模型,进行了突涌水过程中动态演化特征分析,结果表明揭露岩溶管道型突涌水的动态演化无明显的时间效应,但空间特征呈现阶段演化的规律,突涌水区域可分为三种典型流速演化区域:管道内部的近似高速稳定区,隧道与岩溶管道临界面附近的流速升高区以及隧道内部灾害水体的衰减–低速稳定区。基于管道内部区域流速动态衰减规律,提出了基于数值分析法和极限(离散)解析法的涌水量综合预测方法,形成揭露岩溶管道型突涌水的涌水量预测体系,并设计了相应的模型试验,进行了涌水量的实时监测,监测结果验证了涌水量综合预测方法的合理性。     

水泥固化/稳定化场地污染土的效果分析

针对目前原位固化/稳定化技术的长效性以及不同污染场地对固化/稳定化处理效果影响的不确定性,通过对比水泥-粉煤灰固化剂处理的污染土在不同固化剂配比下的强度、pH和重金属的浸出随时间的变化情况,研究对比了其在英国两个实际场地修复项目之间的处理效果。涉及的两个污染场地分别位于英国的密德萨斯地区和Castleford,Yorkshire地区,均不同程度地被重金属(Cu、Ni等)和有机物所污染。通过实测现场固化污染土不同时间点的无侧限抗压强度和两种标准(TCLP和BSEN 12457)下的浸出液污染物浓度,给出了两个项目中水泥-粉煤灰固化污染土的强度和pH随时间变化的曲线;计算得出了不同时间点Cu和Ni的固定效率。现场试验结果表明,两种重金属在所有水泥-粉煤灰固化污染土0.08~17 a间的时间点上的固定效率均超过99.4%;最后,通过比较两个项目中在不同时间点所测得的强度、浸出等数据,验证了水泥固化污染土在工程实例中长达17 a的有效性。     

砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究

盾构法隧道施工过程中,土体密实度对开挖面极限支护力值与稳定性影响是一个非常重要的因素。基于Kirsch室内模型试验,采用颗粒流计算分析了隧道掘进过程中土体密实度对开挖面极限支护力、残余支护力以及开挖面前方土体孔隙比变化的影响,从细观角度解释了砂土中盾构隧道开挖面失稳机理,分析了砂土中盾构隧道掘进时土体破坏形态与分布范围;进而提出了计算开挖面极限支护力的改进楔形体分析模型。研究成果可为盾构隧道施工中分析开挖面的稳定提供参考。     

高盐分环境下TDR测试高含水率方法研究

有效采用TDR技术测试土体含水率的关键在于建立介电常数与体积含水率之间的定量关系,目前常用的介电常数与体积含水率之间的Topp经验关系式是建立在低盐分环境下较低含水率条件下的。通过一系列室内试验,探讨了高含盐量环境下高含水率海相淤泥的介电常数与体积含水率的关系。研究结果表明,Topp经验关系式不适用于含盐量为1.5%～4.5%和质量含水率为120%～320%的海相疏浚淤泥。为了快速连续测试海相疏浚淤泥含水率,提出了一种基于w/θ和w/k坐标系定量分析介电常数与含水率关系的新方法,建立了w/θ与w/k的线性关系式,明确了高盐分环境下高含水率疏浚淤泥的介电常数与含水率之间有很好的相关性。同时采用他人已有的试验数据进一步验证了这种方法的有效性。     

地下水曝气修复一维土柱试验集总参数分析

目前挥发与半挥发性有机物(VOCs/SVOCs)地下水曝气修复机理描述主要包括集总参数模型和多相流模型两类,但这些模型相对复杂,不适于实用化设计与评价。基于曝气过程气液两相间污染物传质双区理论和试验条件,对已有一维集总参数模型进行简化,得到一个以液相表示的集总参数方程。然后通过不同粒径饱和砂土中甲基叔丁基醚(MTBE, methyl tert-butyl ether)地下水曝气修复一维土柱试验,确定了不同曝气流量条件下的液相集总参数。试验结果表明,液相集总参数与砂土的性质及曝气流量密切相关。最后,利用获得的集总参数对不同深度处曝气修复过程污染物浓度变化进行了预测。结果表明,简化处理后的模型可以预测及评价高进气流量条件下地下水曝气修复过程及效果,具有一定实用性。     

广西河池红层泥岩力学特性的纳米压痕试验研究

为了系统表征广西河池地区红层泥岩中各矿物组分的力学性质,采用纳米压痕测试技术,测试了红层泥岩样品在4种峰值荷载下的力学性能,并结合X射线衍射仪和光学显微镜等设备,将每个测点结果依次对应到各矿物组分上。结果表明：广西河池地区红层泥岩内部具有高度的非均质性,主要成分以SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃为主,所含矿物组分主要包括石英、斜长石、白云母等。黏土矿物和各种矿物组分呈紧密、无规律排列。单次纳米压痕试验的泥岩荷载-压入深度曲线的离散化程度较高,但每组荷载下的12个测点的平均最大压入深度和塑性变形满足荷载越大则压痕深度越大的基本规律。当峰值荷载较小时,泥岩中各测点的弹性模量和硬度体现了良好的线性相关性。泥岩中的石英成分强度最高,力学性能最好,斜长石次之;白云母和黏土矿物的力学性能最差。同时,红层泥岩内部表现为多孔隙、多裂缝结构,导致黏土矿物的平均弹性模量低于其他类岩石的水平,这也是导致红层泥岩易开裂、遇水易崩解的原因。     

PHC管桩挤土效应理论研究

假定桩周土体服从摩尔-库仑强度准则,采用圆孔扩张理论,对PHC管桩内外径比关系与挤土效应之间的关系、PHC管桩与实心桩挤土效应差异等进行了研究,并得出了一些有价值的结论。     

基于CPTU测试的高速公路拓宽复合地基沉降计算研究

复合地基是软土路基处理的常用方法,准确计算复合地基沉降对新老路差异沉降控制具有重要意义。依托淮安至江都高速公路拓宽工程,对新老路地基进行CPTU测试和旁压试验,根据旁压试验测试得出土体的切线模型;对拓宽路基进行沉降监测,通过路基沉降反算出路基土层压缩模量,研究了CPTU测试参数计算复合地基沉降的计算模型,并与传统的经验关系模型进行对比分析。结果表明：提出的复合地基沉降计算模型能准确计算路基的沉降,计算结果与实测沉降接近,提出的计算模型明显优于传统经验关系模型。在复合地基沉降计算中建议使用本文提出的计算模型。     

黏土中多离子体系的扩散机理研究

黏土微观结构、颗粒表面电场以及黏土孔隙液中离子之间相互作用对离子运移有着重要的影响,但如何考虑上述因素对离子运移的影响一直是个没有解决的难题。针对黏土颗粒表面电场对离子运移影响这一核心问题,从微观角度(纳米级)采用Nernst-Planck方程和Poisson方程描述离子在带电黏土多孔介质中的运移。在参考已有实验成果的基础上,建立了黏土中微观多离子运移数值分析模型,采用多场耦合分析有限元软件Comsol Multiphysics求解。数值分析表明:由于黏土颗粒表面负电荷的作用,阳离子浓度明显升高,阴离子浓度则明显降低;不考虑颗粒带电,阳离子和阴离子浓度分布相同。在颗粒表面形成明显的双电层,浓度越高,双电层厚度越小;浓度越低,双电层厚度越大。研究成果将有助于深入理解离子在黏土垫层中的扩散运移机理,为进一步宏观分析提供详尽的基础数据。