微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,开展了不同胶结液浓度下MICP压力灌浆加固有机质黏土的研究试验。通过试验前后试样的无侧限抗压强度、CaCO_3含量、渗透系数、有机质含量以及灌浆过程中流出液Ca~(2+)与NH_4~+浓度的变化,综合评价了MICP压力灌浆加固有机质黏土的效果。结果表明:MICP压力灌浆加固有机质黏土是有效的,处理后试样有机质含量可降低1%～4%,无侧限抗压强度提高可达370%,渗透系数可降低约1个数量级;在本试验的菌液活性(即每分钟水解尿素的量为9.68毫摩尔每升)及浓度(约108 cell/mL)下,胶结液浓度对处理效果有明显影响,提高0.25M胶结液中的urea浓度,可显著提高处理后土体的无侧限抗压强度。     

飞灰固化工程材料在碳化条件下的强度及环境特性研究

螯合剂常用于固定重金属污染物,水泥可有效提升材料的强度,而碳化效应对水泥基材料工作性能有着显著影响。因此,采用水泥和螯合剂对固体废弃物焚烧飞灰进行协同处理制备固化飞灰复合工程材料,并探究碳化效应对其强度及环境友好性的影响。结果表明,常规养护28 d的飞灰复合材料强度达到3~6 MPa,高达规范中水泥土强度标准的7.5倍,且其强度随着龄期及水泥掺量的增加而增大,而碳化效应可有效的提升材料的强度特性;经处理后的飞灰复合材料中重金属Cd、Pb、Ni和Cr的浸出分别仅为原灰的2.0%,1.0%,19.2%和14.1%,碳化试样浸出略高,但仍满足固废浸出标准;碳化深度随养护龄期的增加而增大,与水泥掺量呈反比。优良的工作性能和环境友好性使材料在建设工程领域展示出极大的资源化利用潜力和价值。     

非饱和黄土初始剪切模量与孔径分布试验研究

土的初始剪切模量G_0是地震、爆破响应中一个非常重要的土动力学参数,对预测地表沉降、土工建筑物周围土体变形等具有重要作用。黄土在中国及世界各地分布广泛,且现场常处于非饱和状态。对非饱和黄土的压实试样进行了吸力控制的共振柱试验以及压汞试验,研究非饱和黄土初始剪切模量G_0与孔径分布的关系。试验表明:干湿循环过程中,试样的G_0随吸力的增大而增大,再随吸力的减小而减小。主要原因是试样内孔隙密度最大的孔径大小随吸力的增大而减小,试样内大孔隙减少,小孔隙增多,导致毛细水所占比例增加,土颗粒接触更加紧密。同一吸力作用下,湿润段试样的小孔隙比例比干燥段大,故毛细水作用更显著,从而湿润段试样的G_0大于干燥段。     

基于加速应力试验方法的气泡混合轻质土使用寿命估计研究

基于加速应力试验方法,借助概率统计理论分析了以水泥、水和气泡群为组成材料的气泡混合轻质土疲劳寿命的特点及其分布,建立了气泡混合轻质土的线性化疲劳方程,预测了气泡混合轻质土在正常车辆荷载作用下的使用寿命。研究结论表明:通过不同加速应力下疲劳寿命的平均值、标准差和变异系数3个指标判别,同一应力下的气泡混合轻质土的疲劳寿命离散性较小,离散程度随着加速应力的增大而增大;基于加速应力试验结果线性回归分析,证明气泡混合轻质土疲劳寿命服从对数正态分布;建立了气泡混合轻质土的疲劳寿命方程,表明疲劳寿命的对数是加速应力的递减函数;估计了正常车辆荷载作用下气泡混合轻质土的平均使用寿命约为73 a。     

钢渣改良膨胀土试验效果与机理分析

对膨胀土、石灰改良膨胀土、钢渣微粉改良膨胀土进行干湿循环试验、自由膨胀率试验、无侧限抗压强度试验,比较验证钢渣微粉对膨胀土的改良效果。试验结果表明:钢渣微粉对膨胀土干湿循环作用下裂隙的发展、自由膨胀率的减小、强度的增加均有明显改善效果。其中钢渣微粉对自由膨胀率的改良效果明显滞后于石灰,但最终的改良效果两者相近,强度改良效果钢渣微粉明显优于石灰。同时运用X射线能谱的方法对膨胀土、石灰改良膨胀土、钢渣微粉改良膨胀土进行矿物成分和化学组成分进行分析,发现钢渣微粉改良膨胀土与石灰改良膨胀土矿物成分相近结合,自由膨胀率和无侧限抗压强度试验结果,对比分析得出钢渣微粉改良膨胀土和石灰改良土在改良机理上有相似性。     

探地雷达在道路结构层厚度检测中的应用

针对道路结构层厚度检测和评估问题,将地质雷达应用于道路检测工程中,开展了道路地质雷达现场测试,并将雷达检测结果与钻芯取样结果进行对比,分析了道路分界面的位置、各结构层的厚度以及存在的病害,对雷达原始数据进行希尔伯特变换,得到瞬时振幅图、瞬时相位图和瞬时频率图,重点分析了道路结构层分界面的位置。研究结果表明:地质雷达能够探测道路结构层的厚度,并且对道路的不均匀沉降也有较好的检测效果,通过数据的二次处理,提高了地质雷达图像解释的精确度和可信度。     

考虑三维空间效应的砌块土坡侧向土压力分析

在支挡结构稳定性设计中,基于侧向土压力系数的设计方法简单易用,一直被广泛用于实际工程中。已有侧向土压力系数主要在平面应变分析方法下计算获得,忽略了三维空间效应的影响。基于三维边坡稳定分析方法,采用变分法获得安全系数极值下对应的三维破坏机制,建立考虑三维效应的砌块土坡侧向土压力计算方法,从而揭示三维效应对砌块土坡侧向土压力大小的影响规律。提出的方法还考虑了砌块与土摩擦作用力和水平地震力的影响。给定参数值,通过优化计算获得了不同长高比下的三维砌块土坡水平土压力系数,以图的形式给出便于使用。从计算结果可以发现,在地震作用下,三维空间效应对侧向土压力的影响显著,特别是对于垂直的支挡结构。最后结合算例,通过与传统的平面应变下侧向土压力结果进行对比分析,显示了考虑三维效应的土压力系数对支挡结构稳定性设计的重要性。     

低温条件下微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固土体是近年来受到学术界重视的问题,但是对实际土壤温度下MICP加固土体的可行性及效果研究未见报道。利用尿素水解菌ATCC 11859,进行了微生物诱导碳酸钙沉积的试管试验及一维砂柱试验,研究了不同温度下微生物诱导生成碳酸钙的特性及对土体的加固效果。试管试验表明温度越高生成的碳酸钙越多,在不同温度下微生物诱导生成的碳酸钙晶型无显著差异,但是温度对碳酸钙的生成速率有明显影响。一维加固试验表明MICP在一般土壤温度条件下都能够有效地加固土体,但低温下MICP加固的试样强度较低,渗透系数较高。     

基于PFC2D的砂土原生各向异性微观机理数值试验

采用颗粒流PFC数值模拟方法,生成符合标准砂室内单元试验结果的离散元数值试验试样。运用重力沉积法建立不规则砂土颗粒单元的平面双轴试验模型,给定不同沉积步数对试样不同初始原生状态进行模拟,然后分别从水平和竖直方向上施加荷载增量,得到不同沉积条件下不同加载方向上砂土试样宏观应力应变曲线和力学参数。数值试验结果显示,重力沉积步数对颗粒微观长轴定向排列、平均配位数有显著影响;初步建立了砂土微观结构变化和宏观应力应变曲线及力学参数的联系;分析了砂土试样表现出的宏观原生各向异性力学特性与内部颗粒结构的关系。     

含泥量对砂质土流态固化处理效果的影响研究

通过流动度测试、无侧限抗压强度试验来研究含泥量对砂质土流态固化处理效果的影响。同时基于响应面法，以水灰比为2∶1的混合样为例，分别建立了含泥量与流动度、无侧限抗压强度的关系模型，并分析其影响规律。结果表明，含泥量等因素均对流动度、无侧限抗压强度产生影响；根据试验结果拟合得到的模型显著，存在某个含泥量，使得流动度和强度均存在峰值。