初始浓度对南海珊瑚泥沉积浊液面沉速特性影响试验研究

珊瑚泥是由细粒珊瑚碎屑组成的钙质软泥,在南海岛礁的吹填地基中因颗粒分选以夹层形式分布。在整个吹填场地形成过程中,珊瑚泥的沉积特性会对吹填后形成岛礁的地基稳定性产生一定影响。因此,从影响地基稳定性最初阶段的吹填沉积特性出发,探求初始浓度对珊瑚泥浊液面沉速特性影响。利用扫描电镜观察絮凝体尺寸,根据Stokes定律推得浊液面在等速沉积阶段的理论沉速,并与颗粒组成相近的海相沉积土和同塑性指数的芜湖粉质黏土的沉积特性展开对比分析。试验结果表明:三种土浊液面出现的高度随初始浓度减小而减小;在等速沉积阶段,浊液面沉速随初始浓度增大而减小,其变化逐渐减缓并趋于稳定。区别在于,珊瑚泥浊液面出现时间最早,其沉速远高于其他两种土,等速沉积阶段所用时间仅为其他两种土的1/3,且初始浓度对珊瑚泥等速沉积时间的影响最为明显。最后推导得到了初始浓度与浊液面沉速关系公式,这对于南海海域吹填施工及地基的安全稳定具有一定的现实意义。     

新型透明黏土制配及其物理力学特性研究

基于人工合成透明土材料和PIV技术的可视化模型试验方法是重要的岩土工程测试手段之一,然而,目前已有透明土材料中针对模拟天然黏土的材料仍相对较少。提出以Carbopol~ Ultrez10聚合物(简称U10)、NaOH粉末和纯净水为原材料,碳纳米材料掺入作为示踪粒子制成散斑场,制配一种新型透明黏土材料的技术方案与操作方法。基于调制传递函数(MTF)方法,对新型透明黏土材料的光学透明性进行量化分析,并与已有透明土材料的光学透明性进行对比分析,验证其优越性。基于微型十字板剪切试验、压缩固结试验、渗透试验及热传导试验等室内试验方法,对新型透明黏土材料的物理力学特性进行系统研究,探讨其模拟天然黏土的可行性。研究结果表明:新型透明黏土材料的光学透明厚度可达25～40 cm,较目前已有常规透明土材料的光学透明厚度提高约2～3倍;新型材料表现为中低灵敏性黏土、强度随时间明显增加,强度、压缩固结特性与天然淤泥(尤其是海相淤泥)或泥炭土的性质相近,渗透系数为2×10~(-7)～7×10~(-7)cm/s,热传导系数为0.62～0.71 W·M~(-1)·K~(-1)。     

微生物矿化动力学理论与模拟

微生物矿化技术作为一个新兴研究课题,近些年来得到了广泛关注,然而因其反应机制复杂,很难从时间和空间尺度对矿化反应过程进行定量表示。在微生物诱导碳酸盐沉淀原理的基础上,考虑细菌的吸附和筛滤效应,以及尿素水解动力学和沉淀动力学模型,对微生物矿化反应动力学理论进行了探究,并结合孔隙尺度下的微生物矿化反应试验,采用有限元软件进行多物理场耦合模拟。结果表明,细菌吸附和筛滤行为引起了细菌分布的差异性,而这种差异性进而影响了碳酸钙的沉积分布;溶液汇合初始段碳酸钙生成量横向分布不均匀,纵向分布呈增长趋势;经历40h的反应时间,渗透率可降低80%左右;当钙离子含量丰富时,碳酸钙沉淀速率受限于尿素水解速率;附着细菌量和沉淀速率的叠加效应表现为细菌被沉淀包裹的衰亡速率。本模型验证了微生物矿化沉积反应过程,丰富了微生物矿化反应理论,并有望为现场工程应用的效果预测提供参考。     

桩拱组合式挡土墙及其简化设计方法研究

桩板式挡土墙是山区道路工程建设中经常采用的一种支挡结构,由于抵抗水平荷载的需要,传统桩板式挡土墙结构桩和板的尺寸通常做得较大,桩体的布置较密,不经济。基于此,提出一种新的适用于山区道路的桩拱组合式挡土墙,利用拱结构受压性能较好的特点,采用拱板代替传统的平板,拱板与桩基础的上部连接,整体结构可以通过装配式或者现浇制作而成。基于土压力和桩基水平承载力理论,分别建立拱板主动土压力计算模型和抗滑桩计算模型,利用拱板荷载传递给桩基的基本原理,建立桩拱挡土墙整体结构的力学平衡方程,通过求解平衡方程获得桩拱挡土墙整体结构的极限承载力。通过参数分析,分别讨论了不同的桩体几何尺寸、拱板几何尺寸以及土体参数对桩拱组合式挡土墙极限承载力的影响,结果表明,增加矩形截面的长宽比、桩体嵌入深度、土体摩擦角等可以有效提高桩拱组合式挡土墙的极限荷载。     

地震作用下混凝土-堆石组合坝墙体位移及动土压力研究

混凝土-堆石组合坝主要由上游混凝土墙与下游俯斜式堆石体构成,作为一种新型坝体结构,目前对其地震土压力的研究鲜有报道。对此,开展混凝土-堆石组合坝大型振动台物理模拟试验研究,主要分析地震作用下墙体的位移、动土压力及合力作用点的分布规律等。研究结果表明：(1) 混凝土-堆石组合坝中上游墙体的位移量相对较小,墙体顶部位移比墙底大,呈现出RBT(绕墙体底部转动)的位移模式;(2) 墙底动土压力相较输入的地震波具有明显的滞后性;(3) 墙背的总动土压力随着PGA的增大而增大,当PGA≤0.2g时,总动土压力沿墙高近似呈线性分布;当PGA≥0.4g时,总动土压力呈现出明显的非线性分布规律;(4) 受俯斜式堆石体及墙体位移模式的影响,在地震烈度8度以下,混凝土-堆石组合坝中上游墙体合力作用点普遍低于M-O理论规定的0.33H;但在地震烈度8度以上,合力作用点趋近但又高于0.33H。试验结果初步揭示了混凝土-堆石组合坝中上游墙体的位移及动土压力响应特征,为其在地震作用下的抗震设计等提供参考。     

基于球孔扩张理论的软黏土中载体桩桩端挤密加固效应

载体桩是近年来出现的一种新桩型,其主要利用柱锤对深层土体进行填料夯实,形成桩端扩大载体,从而大大提高桩体竖向承载力。虽然载体桩在实际工程中广泛应用,但目前仍缺乏较为严格的理论分析,特别在关于评价载体的加固范围和载体对土体的挤密效应方面,仍然研究较少,这大大制约了载体桩的推广和发展。针对该问题,将柱锤对填料夯实的过程简化为球孔扩张力学模型,软黏土采用修正剑桥模型的本构关系来模拟,建立球孔扩张偏微分控制方程组,通过相似变换的求解技术将偏微分方程转化为常微分方程组,利用微分方程数值求解技术获得常微分方程组的数值解。开展参数分析,探讨球孔扩张过程中孔周土体强度和刚度的变化、孔周土体挤密区的范围等,从理论角度揭示载体桩载体成形过程中的加固机理,为建立考虑桩端挤密效应的载体桩竖向承载力计算方法提供理论基础。     

桩-红黏土接触面温控测试及应力-应变关系研究

在对能量桩承载特性进行设计与计算时,能量桩桩-土接触面力学特性十分重要;已有桩-土接触面力学特性研究中考虑温度效应的仍相对较少。采用重庆地区重塑红黏土,通过室内温控直剪试验测试其桩-土接触面力学特性,并与土体本身直剪强度特性进行对比;基于能量耗散原理推导的桩-土接触面模型,分析红黏土温度效应试验结果,归纳形成两个温度因子?1、?2,建立考虑温度效应的桩-红黏土接触面模型。通过新模型模拟结果与实测值的对比,验证文中所建立的桩-红黏土接触面温度效应模型的准确性和可靠性。研究结果表明,文中试验条件下,温度升高,桩-红黏土接触面的剪切强度略有增大;桩-红黏土接触面温度效应模型可以较好地模拟不同法向应力下的接触面应力-应变曲线,并且可以在一定程度上反映温度对接触面力学特性的影响。     

重庆大学土木工程学科特色及人才培养实践

重庆大学土木工程学院根据学科方向齐全,培养体系完善和培养规模较大的特点,以转变人才培养理念和目标为先导,在总结"创新拔尖人才"、"订单式人才"等培养模式经验基础上,积极构建与完善多元化人才培养模式,并以加强课程建设为手段,为不断提升人才培养质量提供了经验。     

微生物温控加固钙质砂动强度特性研究

利用微生物温控加固技术对南海某岛钙质砂进行了MICP加固砂柱试验,并通过循环三轴试验开展了MICP加固钙质砂的动强度特性试验研究,探讨了不同MICP加固程度、相对密实度以及有效围压对钙质砂动强度与液化特性的影响。研究发现,经过MICP加固后松散钙质砂的动力液化特性由"流滑"逐渐演变为"循环活动性";相较于未加固中密砂试样,MICP加固中密钙质砂试样表现出更加明显的"循环活动性"特点。MICP加固钙质砂的动强度随着MICP加固程度、相对密实度以及有效围压的提高表现出不同程度的提高。针对MICP加固钙质砂提出了优化动强度经验公式,建立了MICP加固钙质砂的统一动强度准则。该研究成果将为MICP加固技术在南海岛礁建设发展和应用中提供重要的理论基础。