水土相互作用与土细观结构变异的X射线衍射分析

城市建设改变了水-土-电解质之间的平衡状态，地下水因扰动而日益“变异”，水土相互作用引发组分变异从而引发土结构发生变化，土结构应按三层次划分，即微观-细观-宏观结构，这样有利于甄别各自的作用与贡献，为此提出细观结构概念，通过构筑试验环境并进行X射线衍射测试，对原有衍射峰数、剩余衍射峰数、消失衍射峰数、新增衍射峰数分析发现，水土作用引发的结构变化来自于细观结构的变异，证实了在城市常温、常压、缓慢的地下水变异环境下，细观结构是水土相互作用发生、发展的“平台”及主要场所。     

土-结构相互作用对连体结构抗震性能的影响

为了使工程设计符合实际，利用ANSYS有限元软件研究了土-结构相互作用对一连体结构抗震性能的影响。分析结果表明，虽然考虑相互作用时结构的相对地震反应比不考虑相互作用时的要小，但结构周期变长，绝对地震反应更为强烈。     

循环加载下碎石层细观孔隙结构演化分析

列车荷载作用下路基翻浆冒泥的实质是路基土体细颗粒迁移,细颗粒迁移会改变路基上覆碎石层孔隙结构,影响上覆碎石层力学及水力学性质。为此,采用自主研发的路基翻浆冒泥试验模型进行试验,结合X射线计算机断层（computed tomography,CT）扫描技术,分析循环荷载作用下路基土体细颗粒迁移对上覆碎石层细观孔隙结构的影响。结果表明:循环荷载作用下,碎石层孔隙的压缩作用及路基土体细颗粒迁移至碎石层的堵塞作用,不仅改变碎石层面孔隙率的分布特性,还减小碎石层孔隙率及孔隙连通度;孔隙尺寸分布特性不受加载影响,加载前后,碎石孔隙均呈现小孔隙多、大孔隙少的特点,孔隙分布特征曲线满足对数正态分布,但随着循环荷载的施加,碎石层内孔隙总数量减小;孔隙的形状参数（细长比和扁平度）均呈正态分布,细长比随循环荷载作用次数无明显变化规律,而加载后碎石层孔隙扁平度的分布更加均匀;碎石层孔隙具有明显的分形特性,加载前孔隙三维分形维数为2.40~2.50,随着循环荷载的施加,孔隙三维分形维数逐渐减小。     

考虑土与结构相互作用对结构自振特性的影响

为了研究土与结构相互作用效应对结构自振特性的影响,建立土-并联基础隔震体系计算模型,并基于有限元单元法理论的原理,采用ABAQUS软件建立不同地基条件下的普通结构和并联基础隔震结构,探讨结构的自振频率和自振周期的变化规律。结果表明:总体上土与结构相互作用对并联基础隔震结构自振特性的影响远小于普通结构,场地土条件越软弱影响的程度也越大。     

粗粒土细观组构分析的影响因素研究

基于离散元方法,采用ＰＦＣ２Ｄ模拟分析了土样在双轴等向压缩和双轴剪切两种不同加载方式 下的细观组构及接触演化规律．通过采取不同的颗粒级配、不同的试样尺寸、不同的制样方法和不 同的加载方式等数值模拟条件,从试样颗粒的接触力网络、平均接触数、组构偏量和应力应变关系 变化等方面研究各种条件变化对粗粒土结构及细观组构演化规律的影响．研究表明：试样的颗粒级 配和制样方法对粗粒土的细观组构和各向异性组构分析有一定的影响;试样的几何尺寸对组构各 向异性分析的影响较小,但是试样尺寸大小对研究土样的应力—应变关系会有影响;加载方式是土 样诱发各向异性和导致土样力学行为差异性的根本原因．     

地下水变异环境下土细观结构演化的SEM测试分析

城市建设使地下水因扰动而"变异",水土相互作用引起组份变异并引发土结构发生变化,进而影响土体强度,最终对岩土环境的稳定性产生作用。将土的结构划分为微观、细观与宏观结构三层次,并定义了细观结构的基本物理涵义。在室内模拟了城市常温、常压、缓慢的地下水变异环境,在pH值分别为1、4、7、10和14的模拟溶液中进行土样的浸泡试验,对土的结构变化进行了SEM测试。试验表明,不同环境下的水土作用引起的结构变异是存在的,且土结构变异的效果、程度随水环境不同而有所差异,尤其在极限水环境下变异比较剧烈。扫描电镜(SEM)测试可以揭示结构变异的存在,但无法判别结构变异是发生在微观层次还是细观层次。     

粗粒土三轴试验的细观模拟

对排土场粗粒土进行室内三轴固结排水试验,以此试验结果为基础,基于三维离散元颗粒流理论,从细观角度出发,以PFC3D为工具,通过自编程序并引入接触黏结模型,得到按级配生成的粗粒土三轴试验三维颗粒流模型.对比了不同围压下颗粒流模型与三轴试验的应力应变关系.分析了颗粒细观参数对粗粒土强度的影响.结果表明:按级配曲线得到的PFC数值模型的应力应变曲线的变化趋势与试验值一致,但强度值略低于试验值.粗粒土强度随颗粒间摩擦系数、接触处黏结强度的增大而提高;颗粒形状对材料的抗剪强度影响显著.研究意义在于从细观角度揭示影响粗粒土强度的因素,突破了常规三轴试验的局限性.     

地基参数以及结构层数对桩-土-结构相互作用的影响

用有限元法建立了桩基多层结构体系的平面模型．并结合算例进行相互作用体系的地震反应分析．为了考察参数变化对反应的影响，例题中分别改变桩基参数．上部结构层数．对考虑相互作用后结构体系的自振周期、内力等的变化情况进行了对比分析．得出了地基越弱．楼层越高．相互作用影响越大的结论．可供工程设计参考．     

过量石灰对细粒土改良效果“负效应”机理的宏-细观试验研究

石灰是常用的特殊土改良材料,但掺量过大时反而导致改良土力学性质的劣化。为研究石灰掺量对细粒土改良效果“负效应”的产生机理,制备石灰掺杂质量分数为0%、3%、5%、7%、9%、11%的改良红砂岩残积土试样,分别养护28、60 d后进行无侧限抗压试验、扫描电子显微镜试验,获得无侧限抗压强度与石灰掺量和养护龄期的关系,以及不同石灰掺量改良土试样的微观结构特征。结果表明:对于本文试验中红砂岩残积土,无侧限抗压强度对应的最优石灰掺量为11%;石灰掺加质量分数不高于11%时,石灰充填在土颗粒孔隙中,起胶结土颗粒的作用,无侧限抗压强度提高;石灰掺加质量分数达到13%时,充填的石灰厚度过大,土颗粒“悬浮”在石灰之中,对承受轴向荷载的贡献大大减弱。     

块石颗粒形状对碎石土渗流特性影响研究

碎石土是由不同形状的块石颗粒组成,块石颗粒形状不仅会影响碎石土内部的细观结构,也 会影响其渗流特性．基于碎石土细观结构模型,将不同形状的块石颗粒简化为圆形、正方形、正六边 形和正八边形,分析块石形状对碎石土的渗流特性影响．发现不同形状块石组成的碎石土中水的渗 流量不同,随着孔隙率增大,块石形状对其渗流特性的影响越明显．常水头渗流试验表明：不同形状 块石,渗透系数差异明显,其中规则块石（近似正方体）渗透系数最大,泥岩颗粒（近似多面体）渗透 系数最小．数值模拟试验结果与常水头试验结果二者的规律吻合,说明数值模拟试验结果可靠．     

天津滨海地区浅层地基土先期固结压力规律的研究

从土层所受上覆荷载反映的应力历史及由非荷载因素反映的环境变迁的角度,分析了先期固结压力产生的原因,指出在试验过程中测定先期固结压力P_c的影响因素,利用高压固结仪研究了天津滨海地区浅层地基土各土层先期固结压力的分布特征,揭示了各土层的工程地质性质,为滨海地区地面沉降和工程设计提供了依据.     

充填复垦土壤水分竖直运动模拟研究

应用直立柱状模型模拟研究了煤矸石和粉煤灰两种充填模式下覆土层土壤水分运动特点,把充填复垦土壤水分运动过程分为3个阶段和4个层次,并通过与全部充填土壤情况下水分动态对比找出其差异性.把监测数据与应用竖直一维动力学模型计算得到的水分分布规律比较,找出了充填层对覆土层土壤水分动态产生影响的本质原因,并对充填煤矸石和粉煤灰复垦的土壤水分动力学参数进行修正.结果表明：充填煤矸石和粉煤灰复垦的土壤水分动态与正常土壤不同源于煤矸石和粉煤灰的颗粒级配与土壤的差异;覆土层土壤与充填料孔隙的差别大,其保持水分的能力反而较强,煤矸石充填不会导致覆土层水分大量渗漏.     

采煤塌陷地充填复垦土壤呼吸的研究

以徐州垞城矿区复垦耕地为例,对以煤矸石和粉煤灰为充填物的复垦场地土壤的理化性质以及生物学特性——土壤呼吸进行了试验分析.参考美国土壤质量评价方法,采用将土壤温度和土壤湿度修正到标准状态土壤呼吸的方法,得出煤矸石充填土壤标准呼吸率为（CO2）（8.35±0.39）μmol/（m^2.s）、粉煤灰充填土壤标准呼吸率为（CO2）（6.00±1.34）μmol/（m^2.s）、对照土壤标准呼吸率为（CO2）（8.04±1.70）μmol/（m^2.s）.结果表明：煤矸石充填复垦土壤的生物活性要高于粉煤灰,并且与对照土壤的土壤质量相差不明显,其生物活性接近理想土壤.     

煤矸石山的植物种群生长及其对土壤理化特性的影响

通过实地观测,对煤矸石山人工植物群落的生长规律、生产力水平和土壤理化特性的影响及其制约因素进行了研究．结果表明：矸石山植被经过9a的自然演替和生长过程,其种类及数量发生了较大变化,已形成了由15个乔木树种、12个灌木树种和18种草本组成的人工植物群落．混交林中木本植物(乔、灌木)种群密度达到11220株／hm^2．植被具有明显减小矸石山渗透速率、提高保水和持水能力的作用．刺槐林分还能防止矸石山酸化和增加矸石山全氮量并促进氮素的有效化．     

滨海盐渍土地区墙体和饰面破坏的机理研究

通过对东营地区地下水位的现场观测和化学分析,进行了滨海盐渍土地区墙体和饰面的破坏机理研究,指出在毛细水作用下,冻融循环、结晶应力及溶出性化学浸蚀是引起墙体和饰面破坏的原因。     

三峡库区土壤淹水对Cd形态稳定性的影响

采用三峡库区紫色土和黄壤作淹水厌氧培养,研究土壤氧化还原过程对吸附于土壤中的外源Cd形态稳定性的影响.结果表明,土壤淹水厌氧培养过程,pH向中性转变,体系Eh降低,土壤从氧化环境转入还原环境,黄壤氧化还原转换趋势更为明显.紫色土CEC含量增加到17.53cmol·kg-1,黄壤为27.94 cmol·kg-1.黄壤Fe(Ⅱ)增加趋势明显,Fe(Ⅱ)含量达到3 156.30 mg· kg-1,紫色土为446.56 mg·kg-1.外源Cd进入水土体系后,快速被土壤吸附,至培养结束,99.9％以上Cd被土壤吸附.土壤理化性质的改变与外源Cd在土壤中的形态稳定性具有直接联系,外源Cd被吸附后逐渐达到形态上的稳定,部分Cd由形态稳定性最差的可交换态向更稳定的碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态转变.紫色土中可交换态Cd从5.87 mg·kg-1降低至4.56 mg·kg-1,含量降低22.34％,黄壤从2.87 nmg·kg-1降低至1.02 mg· kg-1,含量降低64.30％,外源Cd在黄壤中形态稳定性好于紫色土.     

西南喀斯特地区不同石漠化阶段土壤黏土矿物组成及其含量变异研究

为了探索西南喀斯特地区土壤中黏土矿物组成及其含量的变异规律,以贵州省普定县和荔波县不同石漠化阶段典型土壤的黏土矿物为例,采用X-射线衍射仪图谱分析方法,计算得到黏土矿物组成及其含量,探讨不同石漠化阶段黏土矿物组成变化规律及其含量之间的线性关系。结果表明:不同石漠化阶段黏土矿物的组成是相同的,均为高岭石、蒙脱石和伊利石;在未石漠化、轻度石漠化、中度石漠化阶段,蒙脱石在剖面表层的质量分数分别为27.82%、29.34%、58.32%,高岭石分别为21.39%、31.81%、36.93%,伊利石分别为50.79%、38.85%、4.75%;在西南喀斯特地区,各石漠化阶段伊利石与蒙脱石的含量之间以及伊利石和高岭石的含量之间都呈显著的线性相关,相关系数分别为-0.9703、-0.9456;西南喀斯特地区土壤相似的成土作用和成土环境造成了黏土矿物相同的组成,而黏土矿物含量的差异说明各成土作用的程度或阶段是不同的;粉粒中的黏土矿物主要为石英和白云母,而砂砾中的黏土矿物主要为石英。