冻融循环作用下饱和砂岩损伤扩展模型研究

首先分析饱和砂岩所经历的冻融作用的特点,认为冻融作用是一种低周疲劳荷载,且砂岩冻融循环作用下的受力状态可简化为单向拉伸荷载的循环作用。基于以上分析,在疲劳损伤理论的基础上,建立砂岩在冻融循环作用下的损伤演化方程。同时,通过对饱和砂岩冻融循环过程中的物理性质的观测,及对砂岩自身结构特点的分析,选取砂岩的开孔隙率作为损伤变量。之后通过试验数据对所建立的损伤模型进行验证,并探讨损伤方程中各参数的确定方法。经过验证,该损伤模型能较好地反映饱和砂岩在冻融循环作用下的损伤扩展规律,可以为相关的研究提供参考。     

离子土固化剂改良膨胀土的机理研究

以河南安阳典型弱膨胀土为研究对象,分别对素土及离子土固化剂（Ionic Soil Stabilizer,简称ISS）改良土进行一系列的理化试验研究,通过标准吸湿含水率试验分析土体吸湿持水能力的变化;通过X射线衍射、傅立叶红外光谱测试、阳离子交换量及可交换阳离子成分测定、Zeta电位、比表面积,扫描电镜试验分析土体矿物组分、晶体结构、电化学性质及表面属性等反映土体胀缩本质因素的变化规律。试验结果表明：膨胀土经离子土固化剂处理后,吸湿持水能力下降,膨胀能力变弱,土样矿物成分未发生明显变化,但蒙脱石类矿物d₀₀₁晶层间距变小,层间水合度降低;通过离子交换,ISS置换出膨胀土体颗粒表面亲水性阳离子,促使土体阳离子交换量减小,可交换阳离子主要成分为Ca²⁺;改良土体ξ电位降低,土颗粒间连接力增强,比表面积减少。ISS改良机理可解释为通过离子交换,吸附,包裹等一系列复杂的表面物化反应,降低黏土矿物晶层间“水敏性”,改变土颗粒表面的双电层结构,促使结合水膜厚度减薄,从而降低了土体的膨胀性,水稳定性。     

蒙脱土失水缩裂过程的边界摩擦与温度效应

膨胀土失水收缩产生裂隙的现象是造成其工程性质恶化的主要原因之一。现有研究成果揭示了膨胀土在失水过程中吸力增大与分布不均是造成收缩与开裂的主要原因。然而,已有关于膨胀土缩裂的试验研究很少考虑到土样边界条件对缩裂过程的影响。采用纯蒙脱土作为试验材料,设置玻璃与凡士林2种土样边界摩擦条件,测试了不同温度条件下,边界摩擦效应对土样缩裂过程与结果的影响;对产生裂隙的形态与数量进行定量化对比分析,提出了黏性土失水收缩产生裂隙的概念模型。试验结果表明:土样从饱和开始逐渐失水的过程中,低摩擦力的凡士林接触面土样开始出现裂隙的时间较晚,开裂时的临界含水量显著低于玻璃底面土样;在20,30,40 ℃环境温度条件下,凡士林接触面土样比玻璃接触面土样的最终裂隙量分别减少了70.3%,79.6%,77.6%;而在相同的边界摩擦条件下,温度越高则土样失水的速度越快,产生裂隙的数量也相对较高。     

黄土坡滑坡原状滑带土的蠕变与应力松弛性质

为了更好的研究黄土滑坡滑带土的蠕变与应力松弛特性,从黄土滑坡地下硐室群内采集大尺 寸原状滑带土样,在分级加载条件下进行蠕变和应力松弛试验,得到不同应力等级下的蠕变曲线和应力 松弛曲线。基于试验结果,分析了黄土滑坡滑带土的流变特性。选取西原模型作为该滑带土的流变模 型,并对应力松弛的本构方程进行了参数拟合,得到了模型参数。分析得到了适合该滑坡滑带土的经验 方程,并且进一步研究了应力、应变与时间三者之间的关系,通过回归分析得到了黄土滑坡滑带土的应 力松弛函数。     

击实状态下膨润土加砂混合物膨胀特性及影响因素

膨润土加砂混合物是进行核废料深埋处置的理想缓冲回填材料,其膨胀变形特性是评价处置库屏障体系的重要参数。以不同掺砂率下的高庙子钠基膨润土为研究对象,在室内分别开展了击实试验、有荷膨胀率试验、膨胀力试验,重点研究其膨胀变形,并通过微观电镜扫描分析其膨胀特性的影响因素。试验结果表明:随着掺砂率的增加,膨润土加砂混合物的最大干密度也会增大,且击实曲线从相对平缓、开阔逐渐向陡立和狭窄发展,即当掺砂率增加时,混合物干密度梯度变化值受含水率的影响显著;混合物的膨胀过程大致分为3个阶段,即快速膨胀阶段、减速膨胀阶段和缓慢膨胀阶段,有荷膨胀率δ_ep与时间的关系可采用双曲线关系拟合,而最大膨胀力与掺砂率的关系可采用指数关系拟合;基于不同初始状态下的微观结构,综合分析得出单位体积的蒙脱石含量和颗粒结构是影响其膨胀特性的根本因素。     

用HEC固化剂加固黄土的试验研究

土体化学加固是利用化学材料发生反应生成凝胶并胶结土粒的特性来达到加固土体的目的。对黄土而言,化学加固后改善了土的结构状态,不仅使土的承载力提高,而且使其湿陷性、崩解性和压缩性等不良工程地质性质也大为改观。采用武汉水利电力大学研制的HEC新型土体固化剂进行黄土加固试验研究。通过不同条件下的剪切、无侧限抗压强度、渗透性、湿陷性、崩解试验对HEC固化黄土的工程性质进行试验研究,并对影响固化黄土力学性能的主要因素进行分析。试验结果证明:HEC固化黄土的物理、力学、水理等方面的性能都有大幅度提高;添加固化剂后的固化土湿陷性虽变小,但固化土样为重塑样,重塑后湿陷性亦显著减小,因此,仅从消除湿陷性方面来说,HEC消除黄土湿陷性的研究有待进一步深入。     

离子土壤固化剂改性膨胀土水稳性研究

对典型弱膨胀土及其离子土壤固化剂改性土进行了击实试验,在最优含水率、不同压实度状态下,进行了饱水后干密度、压实度变化特征试验,以及不同吸水时间、不同干湿循环次数下的无侧限抗压强度变化规律试验.结果表明:ISS改性土可击实含水率范围较未改性土宽,给ISS改性土路堤的施工带来了很大的方便;饱水之后,改性土的干密度和压实度比素土变化小,饱水能力不大,强度变化较小;改性土经过不同吸水时间和干湿循环次数之后,其强度最初发生急剧衰减,但最终趋于稳定,其衰减程度较未改性土有较大改善,水稳性良好.     

蒙脱石含量对黏土表面干缩裂隙影响试验研究

蒙脱石作为膨胀土中主要的黏土矿物成分,对膨胀土胀缩性质及裂隙性具有重要的影响。为研究蒙脱石含量对裂隙发育的影响同时规避其他成分的影响,对13组不同蒙脱土含量的蒙脱土-石英砂饱和泥浆样进行了干燥试验,试验控制温度为40 ℃。     

离子土固化剂对膨胀土结合水影响机制研究

以河南安阳弱膨胀土为对象，通过“水汽等温吸附–热失重、差热分析”对膨胀土表面吸附结合水类型进行界定，比较分析离子土固化剂（ISS）改性前后，膨胀土结合水分布形态及数量变化，并基于傅里叶红外光谱，从水分子结构振动信息角度对膨胀土吸附结合水类型界定方法进行定性验证；结合ISS改性前后黏土矿物组分、表面理化性质的变化，解释分析了不同水汽湿度区间内，ISS对膨胀土水合行为的作用模型及改性机理。结果表明：达到一定的水汽“特征”湿度段，土表面水合状态和结合水性质将发生转变，根据热曲线的脱失温度区间可将结合水界定划分为三种类型：强结合水，“过渡”结合水和弱结合水。ISS作用后，土吸附强结合水量无明显改变，“过渡”结合水及弱结合水含量显著降低。ISS通过对膨胀性黏土矿物表面及层间的物化作用，弱化黏土矿物部分“水合活性中心”能量，从而抑制了膨胀土水化膨胀势。     

黄土坡滑坡滑带土氮气与水蒸气吸附试验研究

研究滑坡滑带土吸附特性对滑坡稳定性评价和滑坡防治设计具有重要意义。为了研究黄土坡滑坡滑带土在水蒸气和氮气吸附质环境下的吸附特性,采用全自动比表面积和孔径分析仪,对105℃烘干和真空冷冻干燥后的滑带土在293 K条件下进行水蒸气等温吸附试验,在77 K条件下进行氮气等温吸附试验。分别采用BET理论和Frenkel-Halsey-Hill（FHH）理论计算了滑带土水蒸气吸附和氮气吸附的比表面积和孔隙分形维数。研究结果表明：采用水蒸气吸附法测得的滑带土比表面积比采用氮气吸附法测得的比表面积大,且单位质量的滑带土对水蒸气的吸附量比氮气的吸附量多。说明水蒸气分子较小,可以进入微孔隙,由于水蒸气具有极性,可吸附在黏土矿物表面和晶层间,使黏土矿物表面阳离子水化,使吸附结合水表面更平滑。氮气分子较大,不能进入所有水蒸气可以进入的孔隙,与黏土颗粒作用力非常弱,且氮气分子可以进入的孔隙的表面似乎更不均匀。烘干样中黏土形成氢键的能力减小,导致其吸附水蒸气的能力弱于冻干样。