基于正交试验的水泥—乳化沥青混合料配合比设计

针对水泥—乳化沥青混合料的配合比设计问题,采用正交试验设计方法修正了马歇尔试验研究,引入极差分析法分析了沥青用量、级配、水泥用量和用水量4个典型因素对混合料马歇尔试验指标的影响,并辅以无侧限抗压强度试验,考虑经济性,提出了水泥—乳化沥青混合料的优化配合比.研究结果表明,对优化的AC-13矿料级配,沥青用量3.6％、水泥用量3％、用水量5.5％的水泥—乳化沥青混合料在路用性能上较普通乳化沥青混合料有显著改善,接近于热拌沥青混合料的性能,是一种经济性和路用性能良好的筑路材料.     

水泥与EPS颗粒掺入比对LSES力学特性的影响

为研究发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒掺入比与水泥掺入比对砂土与EPS颗粒混合轻质土(LSES)力学特性的影响,针对LSES做了无侧限抗压强度试验,获得了在不同水泥掺入比、EPS颗粒掺入比条件下,LSES的应力应变曲线、抗压强度及变形模量的变化规律。     

聚丙烯纤维EPS轻质混合土抗压强度试验研究

为了进一步提高聚丙烯纤维EPS轻质混合土的抗裂性能和抗压性能,将聚丙烯纤维、EPS、水泥按照不同比例掺加到粘土中制成试样,进行了室内无侧限抗压强度试验和三轴固结不排水试验。结果表明,EPS添加量是影响轻质混合土密度的最主要原因;轻质混合土的无侧限抗压强度随着EPS添加量的增加而降低,但随着水泥添加量的增加而显著提高;掺加一定量的聚丙烯纤维能有效提高无侧限抗压强度,当聚丙烯纤维添加量增加到一定量后强度增加缓慢,但能提高轻质混合土的残余强度,可改善轻质混合土的脆性破坏形式。     

延迟效应对水泥改良粉细砂工程特性的影响分析

针对戈壁地区水泥改良粉细砂作为工程材料碾压结束检测后压实系数难以达标的问题，综合分析后发现现场施工及检测未考虑水泥改良粉细砂的时效性，通过设计不同延迟时间下水泥改良粉细砂的击实试验及无侧限抗压试验，分析延迟时间对水泥改良粉细砂击实特性及强度特性的影响。同时考虑季冻区路基经受冻融循环后强度变化，设计在延迟时间影响下水泥改良粉细砂的冻融循环试验。结果表明，随着延迟时间的增大，水泥改良粉细砂的最大干密度先增大后减小，最优含水率先增大后趋于平缓再增大；饱和7 d无侧限抗压强度和冻融循环后强度均随延迟时间的增大逐渐减小；掺和料内部水泥水化形成的结构在经历碾压成型后已受到破坏，降低了水泥效力。     

疏浚淤泥半固化效果及无侧限抗压强度分析

为解决固化疏浚泥无法储存的问题,提出了疏浚泥半固化处理方法,对不同水泥掺量和养护龄期的疏浚泥进行了击实试验,并利用击实土样进行了无侧限抗压强度试验。试验结果表明,当水泥掺量较大时,固化效果明显,但不易于击实;当水泥掺量适当时,击实效果明显,且击实强度随龄期的增加而增大,进而获得了最佳击实条件为水泥掺量为44g/kg时自然养护7d,其无侧限抗压强度可达188kPa。     

水泥土剪切破坏特性与剪破角试验研究

为了解不同条件下水泥土的剪切破坏特性和剪破角的变化规律,通过无侧限抗压强度试验、CD试验和平面应变试验对其进行研究。结果表明,水泥土无侧限抗压强度试验的试样以劈裂破坏为主,破坏应变略大于1%,残余强度较低,破坏剪切面呈不规则形状;CD试验破坏强度、破坏应变和残余强度均随围压的增加而增大,试样为剪切破坏,剪切面规则且较光滑,剪破角与围压近似呈线性关系;平面应变试验水泥土强度约为CD试验的1.4~1.6倍,破坏应变和残余强度较CD试验偏小,试样为剪切破坏,剪切面规则且较光滑,剪破角与围压近似呈幂函数关系。对比分析三种剪破角计算理论值与实测值,认为Mohr-Coulomb理论较Roscoe理论和Arthur经验公式更适合预测水泥土的剪破角,研究结果为以后水泥土剪切破坏特性与剪破角研究提供了借鉴。     

含盐量对MBER土壤固化剂加固土性能的影响试验

为分析MBER固化剂在咸水地区、盐渍土地区应用的可能性,通过试验分析了不同NaCl溶液浓度对MBER固化土的无侧限抗压强度、应力—应变关系和弹性模量的影响规律。结果表明,当NaCl浓度低于0.5%时,无侧限抗压强度及弹性模量均随溶液浓度的增加而增加,应力—应变曲线空隙闭合阶段随溶液浓度增加呈减小趋势;NaCl浓度高于0.5%时,无侧限抗压强度及弹性模量均随溶液浓度的增加而降低,应力—应变曲线空隙闭合阶段随溶液浓度增加呈增加趋势;弹性模量与无侧限抗压强度随NaCl浓度变化的趋势基本一致,两者存在较好的线性相关性;适量浓度的NaCl溶液对固化土早期强度的提升效果显著;NaCl浓度低于1%时,可应用于固化土工程建设。研究成果可指导MBER土壤固化剂在盐渍土地区的应用。     

不同改良方法对膨胀土力学性质影响及物理机制对比分析

为解决北疆供水工程由于膨胀土湿胀干缩引起的滑动破坏问题,采用石灰、水泥和砂石料作为主要的固化材料,通过无侧限抗压强度试验、直剪试验、压缩试验和SEM试验,宏微观相结合探究不同改良方法下试验掺量对改良膨胀土力学特性的影响和微观结构强度形成机理。结果表明,随石灰、砂石料掺量的不断增加,土体强度稳步提升,而水泥改良土在掺量为7%左右时出现峰值,石灰、砂石料在掺量分别约为6%、30%时,改良土整体结构可压缩性较低,粘聚力较大,抗剪抗压强度较高,可满足工程应用要求;对最佳配合比的石灰与水泥固化土进行SEM分析发现,均有大量卷曲薄片状水化凝胶物质生成,相比原膨胀土孔隙减少明显,团粒胶结紧密,从宏观力学性能上表现为固化土体力学性能和稳定性能得到大幅提高。     

土工袋无侧限压缩试验有限元数值模拟

土工袋作为一种袋装新材料的研究主要集中在室内试验方面,而数值模拟研究较少。为此,首先进行土工袋无侧限压缩试验,得到轴向压力—轴向位移关系曲线及对应的极限抗压强度。在此基础上,运用Abaqus有限元软件进行土工袋三维建模,模拟了土工袋无侧限压缩试验,土体采用摩尔库伦本构关系,袋子采用线弹性理想塑性模型,采用动态约束法模拟袋子与土体接触。结果表明,极限抗压强度模拟值与理论、试验值基本一致,袋内土体主要以侧向移动为主,沿边缘向中心袋子应力逐渐增大,土体应力逐渐减小。     

掺加固化剂后放置时间对底泥固化效果的影响

以水泥、粉煤灰为主固化剂对嘉兴市连三连四荡底泥进行固化处理,通过无侧限抗压强度试验,重点研究含水率为34%的土样掺加8%的固化剂后放置不同时间后再击实对固化底泥干密度和强度的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)试验进行了解释,并分析其微观结构演化特征。结果表明,底泥掺加固化剂后,随着放置时间的增长,水泥水化反应使土体颗粒形成更大的土颗粒团聚体,从而改变土的性质,导致土体结构越来越疏松,固化底泥干密度和强度总体呈降低趋势。结果可为底泥固化工程提供理论与技术指导。     

百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模

胶凝砂砾石坝的模拟仿真难度大,故限制了其发展应用。为此,以百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模为例,介绍了坝体尺寸与上下游水位的参数化界面定制、坝体与坝基材料属性的参数化界面定制,通过改变界面中参数大小,可随意改变模型中坝体高度、坡率、上下游水位、不同分区材料属性;针对实际建模过程中常遇到的材料分区界线属性划分困难、扬压力施加存在错误的问题,提出了胶结材料边界、坝基面(线)的节点耦合技术,给出了关键点参数化的命令流。研究结果可为胶凝砂砾石高坝的应用提供理论基础。     

不同加卸载条件下孟底沟水电站花岗岩蠕变特性研究

针对孟底沟水电站坝区花岗岩开展了不同加卸载应力条件下的三轴蠕变试验,系统分析了不同加卸载过程中坝区花岗岩的变形特征、蠕变速率和破坏强度的变化规律,揭示了蠕变破坏模式。结果表明,孟底沟花岗岩存在蠕变应力门槛值,蠕变后期存在完整的减速、等速和加速蠕变阶段,岩石产生大量塑性变形,体积由压缩转为扩容;轴压恒定相比偏应力恒定卸围压蠕变更具时效特征,卸围压条件下出现劈裂和剪切共存的破坏模式;岩石破坏强度低于常规峰值强度,卸围压相比加轴压方式岩石强度下降幅度更大,粘聚力的降低是造成强度折减的主要因素。     

虹吸管与辐射井相结合的尾矿坝排渗系统排渗效果分析

尾矿坝浸润面的位置直接影响坝体的稳定性。为快速有效地降低尾矿坝浸润面,提出了一种虹吸管与辐射井相结合的尾矿坝排渗系统,该系统利用自流式虹吸管代替排渗井中的抽水泵,以减少维护和运行费用、降低施工难度。进而以某尾矿坝工程为例,首先采用数学解析法计算了排渗井的渗透流量和虹吸管所需管径,初步确定了该系统的可行性;然后根据该工程尾矿料特性,建立了三维有限元渗流分析模型,利用子结构有限元法,对比分析了排渗井的排渗效果。结果表明,该排渗系统具有良好的排渗效果,并且虹吸管管径可满足工程施工要求。     

尾矿坝土工席垫三维有限元模拟及效果分析

为了快速有效地降低尾矿坝浸润面,结合某尾矿坝加高扩容工程,根据其初期排渗系统已部分失效的现状,拟定了后期扩容加高中土工席垫的排渗布置措施,为简化计算,建立包含土工席垫及其排渗管的尾矿库精细准三维渗流有限元分析模型及等效渗流分析模型,研究了土工席垫的等效模拟方法及相应的等效渗透系数,并将简化成果应用于尾矿坝全库整体模型的三维渗流计算分析,模拟土工席垫排渗措施的排渗效果,并研究其部分失效工况的尾矿坝渗流场。结果表明,采用土工席垫排渗措施后,可增大浸润面埋深,有效控制浸润面;土工席垫部分失效后,排渗效果稍微减弱,建议土工席垫由铺设3排改为铺设4排,其余保持不变,以更好地保证尾矿坝渗流稳定性。     

一种新型尾矿库排渗竖管垂直排渗方法及其效果分析

为降低尾矿库的浸润面高度,提出一种新型的分段施工垂直排渗管技术,通过建立某尾矿库的二维有限元渗流模型分析了垂直排渗管技术的合理性。结果表明,该分段施工的尾矿坝排渗管可有效地降低坝体浸润面;通过比较不同垂直排渗方案,提出了在1/2~2/3尾矿库坝高处铺设该排渗管可达最佳效果,证明了该垂直排渗技术可有效地保证尾矿库渗流稳定性和结构安全性。     

含张开单裂隙砂岩破裂过程围压效应的数值模拟

为研究不同倾角裂隙砂岩试样在压缩过程中的围压效应,以室内单轴压缩试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同倾角裂隙试样在不同围压下的破坏过程进行模拟。基于模拟结果,研究了围压对岩样强度、破坏模式及微裂纹发育特征的影响。结果表明,裂隙砂岩试样在压缩过程中具有明显的围压效应,相同裂隙倾角试样,其峰值强度、残余强度、弹性模量和变形模量均表现出随围压增加而增加的规律;不同围压作用下,不同倾角裂隙试样内部微裂纹演化规律相似,且其最终破坏形态均表现出以剪切破坏为主的破裂方式。     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层,上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂,结构松散,多数不满足抗震要求。为进行大坝动力安全性分析和液化评判,采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验,分析了其动强度、动力变形、动孔压特性,结果表明:砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小,随固结比的增大而增大;弹性模量随应变值的增大而减小,阻尼比随应变的增大而增大。     

某混凝土重力坝加高后新老混凝土结合面处受力特征分析

重力坝加高对老坝的再利用具有很重要的意义,但在加高的工程中会遇到新老混凝土受力不均匀等问题,采用有限元软件ABAQUS,研究了在考虑混凝土老化的前提下大坝加高的可行性,计算了加高后大坝各坝段的应力分布,并分析了老坝表层材料的弹性模量、强度参数及新老混凝土结合面处的摩擦系数对新老材料结合处拉应力和剪应力的影响。计算结果表明,新老结合面间最大拉应力出现在大坝折坡坡顶向下4/5处,最大剪应力出现在坝坡底。最大拉应力对弹性模量的敏感性更高,但幅度很小,弹性模量从90%折减到60%时最大拉应力降低了0.7%,说明在大坝加高工程中,坝面老化对新老界面产生的拉应力影响较小。而剪应力对强度参数的敏感性更高,强度参数从90%折减到70%时最大剪应力升高了1.2%。增大新老混凝土结合面处的摩擦系数可导致结合面处的拉应力降低,这有利于结合面处的稳定性。     

运行期放矿对尾矿坝渗流场的影响分析

放矿是选矿厂将尾矿用管道输送至尾矿库堆存的矿山生产环节之一,其输送的尾矿含有大量水,影响尾矿坝渗流场。基于饱和—非饱和渗流理论,以某尾矿坝扩容加高工程为例,建立三维有限元渗流分析模型,依据尾矿输送实际情况,模拟运行期放矿条件下的尾矿坝渗流场,分析了放矿流量对尾矿坝渗流场的影响。结果表明,运行期放矿对尾矿坝渗流场的影响主要集中在尾矿沉积滩入渗面以下约32m深处;放矿流量越大,入渗面附近浸润面抬升越大且暂态饱和区越厚;放矿入渗受尾矿料的入渗能力限制,放矿流量超过一定值后,放矿水直接流入尾矿库,其影响不再扩大。研究成果可为尾矿坝的安全运行提供技术支持。     

Shear strength and pore pressure characteristics of methane hydrate-bearing soil under undrained condition

Hydrate exploitation requires a deep understanding on the mechanical behavior of methane hydrate-bearing sediment (MHBS). Due to the low permeability of overlying strata, partial MHBS likely exhibit failure behavior under undrained condition. Therefore, it is essential to understand the undrained shear strength and excess pore pressure behavior of MHBS for facilitating the evaluation of the stability of hydrate-bearing layer during methane hydrate recovery. This study conducted several undrained triaxial compression and hydrate dissociation tests on methane hydrate-bearing sand specimen to analyze the shear strength and excess pore pressure characteristics of MHBS under undrained condition. The experimental result shows that hydrate saturation and initial effective confining pressure significantly affect the undrained mechanical behavior of MHBS. Hydrate saturation increases the shear strength and negative excess pore pressure. High initial effective confining pressure also enhances the shear strength but suppressed the negative excess pore pressure. Hydrate saturation has a minimal effect on the undrained internal friction angle but remarkably enhances the undrained cohesion. The effective internal friction angle and cohesion exhibits an increase with the increase in hydrate saturation. Notably, completely different from the common soil, the effective undrained strength indexes are not equivalent to the drained strength indexes for MHBS, which should be careful in evaluating the stability of methane hydrate-bearing layer. In addition, the hydrate dissociation test by thermal stimulation method concludes that hydrate dissociation induces the positive excess pore pressure, axial compression, and volume expansion under undrained condition. The large deviatoric stress enhances volume expansion of MHBS but hinders the generation in excess pore pressure during hydrate dissociation. These findings significantly contribute to the safe exploitation process of methane hydrate.