碱处理红黏土的力学强度试验研究

采用碱液加固红黏土,提高其力学强度,探讨在不同温度、不同干密度和不同加固方式下的碱液加固效果。并结合应力-应变控制式三轴仪对碱处理的红黏土进行了不同应力路径下的力学特性研究。结果表明:碱处理下,红黏土的力学强度随养护温度增加而明显上升,最优温度下无侧限抗压强度增强90.2%,最优干密度下的红黏土试样经过碱液处理后力学强度最大为162.1 kPa,碱液通过拌合的方式掺入加固效果最佳。不同应力路径下的红黏土三轴剪切试验表明,经过碱处理之后的红黏土在CTC(增P)、TC(等P)、RTC(减P)3种工况下,其抗剪强度均有所增加,有效应力路径的c值在CTC和RTC下增幅分别为77.84%和20.36%,φ值变化较小,但在TC路径下,c值基本未变,φ值增幅20.51%。研究成果对红黏土地基加固或基坑的支护设计具有实际意义。     

(NH4)2CO3作用下饱和红黏土的崩解效应

为研究(NH₄)₂CO₃溶液对红黏土崩解性的影响,以桂林红黏土为研究对象,通过自制的崩解装置,测试不同浓度(NH₄)₂CO₃溶液作用下饱和红黏土的崩解特性。比较红黏土与(NH₄)₂CO₃作用前后溶液的pH值、土体C和N元素含量及微形貌,分析崩解的微观机理。同时,结合溶液作用下抗剪强度和渗透性探讨崩解行为。试验发现,饱和红黏土的崩解性随溶液浓度增大而增大;其崩解过程可划分为快速崩解、稳定崩解和完成3个阶段,第Ⅰ阶段持续时间较短,主要是土样从环刀脱出过程中扰动所致;第Ⅱ阶段持续时间长,为崩解的主要阶段,与结合水膜厚度、粒间作用力、胶结作用、强度和渗透性等诸多因素密切相关。     

非线性条件下加筋土边坡上限法的研究

大量的工程实践证明,岩土材料的屈服条件呈现非线性,且越是高地应力地区这种趋势越明显,但目前基于非线性的加筋土边坡稳定性分析的研究还较少。采用非线性摩尔-库伦屈服条件,以极限分析上限法为基础,研究边坡稳定性问题。引入新的强度参数c_t和φ_t,以对数螺旋线为破裂面对非加筋土和加筋土进行研究,推导了非加筋土坡稳定性系数N_s、安全系数F、非加筋土极限坡高H₁和加筋土坡极限坡高H₂的计算公式。在算例中采用MatLab程序进行计算,得出了较好的结果。总结了非线性参数m对抗剪强度指标参数c_t和φ_t的影响,即随着m值的增加,φ_t值逐渐减小,而c_t的值则先增大后减小;同时也得出了当其他条件不变时坡角β越大,边坡的极限坡高H越小的结果。     

柿树沟泥石流物源体直剪强度特性试验研究

柿树沟泥石流为暴雨型泥石流,研究该物源土体前期的含水率及密实程度对于分析该类型泥石流的形成具有重要意义。在降雨过程中物源土体逐渐饱和且细颗粒也随之发生运移,造成了土体密度的改变及强度特征的影响。以柿树沟泥石流物源土体为研究对象,采用室内大型直剪试验,研究其在不同饱和度和干密度条件下的强度特性,分别得到饱和度、干密度与抗剪强度指标c和φ的关系,与强度包线的关系,与剪应力及位移的关系。结果表明:土样c值与饱和度成反比,与干密度成正比关系,且饱和前期变化较为明显;剪应力-位移曲线随着饱和度的增加峰值逐渐明显;前期充分降雨情况下,土体逐渐饱和且抗剪强度迅速下降,在径流作用下表层松散堆积物易被裹挟带走,形成泥石流。通过试验的研究,可以获取此类粒径组合下的泥石流物源体的强度指标变化特性,对该类泥石流的形成机制或预测预报的研究具有一定的参考和指导意义。     

冰水沉积粉质黏土非饱和强度特征与细观机理研究

为弥补当前对非饱和粉质黏土细观结构研究的欠缺,基于Fredlund双应力变量理论、Fredlund-Xing土-水特征模型,通过室内试验从细观结构、矿物成分至非饱和力学特性方面展开对冰水沉积粉质黏土的系统研究,查明非饱和抗剪强度及参数变化特征,深入分析细观作用机理。研究表明:冰水沉积粉质黏土非饱和抗剪强度随基质吸力增大而提高,增长速率逐渐降低,内摩擦角φ′与含水率构成对数函数关系,内聚力c_total1具有峰值特征,峰值点含水率约为10.24%。土中的矿物组分遇水发生的水解、离子置换等作用对土体结构造成较大影响,在低基质吸力条件下造成宏观非饱和抗剪强度的损伤,根据其作用特征将非饱和抗剪强度随基质吸力的变化过程划分为3个阶段,建立了适用于冰水沉积粉质黏土的三维破坏包络面的概化模型。与此同时,分析发现材料参数φ^b在低基质吸力段并不为常数,以某一初始值逐渐减小,变化曲线呈反“S”形,最终无限趋近于0。     

全因子试验设计的土坝变形参数全局敏感性分析

为更加细致地研究均质土坝变形参数的敏感性,以甘肃省某均质土坝为例,研究邓肯-张E-B模型参数及坝料密度对于大坝变形的全局敏感性。借助Plackett-Burman试验设计对均质土坝变形参数的显著性进行初步研究,筛选出明显显著的参数。以R_f、φ₀、ρ和Δφ 4个参数为因子,以大坝竖向位移、向下游水平位移和向上游水平位移为试验指标,建立两水平4因子的全因子试验设计(full factorial design of experiments),并对各因子进行主效应分析、交互效应分析和方差分析,绘制交互效应的等值线图和响应曲面图,得到影响均质土坝变形的显著参数及组合。研究表明：R_f、φ₀和ρ为对均质土坝变形最为显著的参数,而ρ×R_f、φ₀×R_f为均质土坝变形参数研究中不可忽略的二阶交互效应组合。     

密度及应力水平对珊瑚砂强度变形特性影响

为研究密度与应力水平对珊瑚砂强度和变形特性的影响,利用三轴仪,对珊瑚砂试样开展了一系列不同密度、不同应力水平条件下的三轴固结排水剪试验。根据试验结果分析了珊瑚砂密度和应力水平对其应力应变、体积变形特性及强度特性等的影响。结果表明,不同相对密度的试样均表现出剪胀特性,同一初始密度的试样,围压越大其剪胀现象越不显著。珊瑚砂初始切线模量随着围压和相对密度的增大而增大,可近似用直线表示,并建立了初始切线模量与相对密度和围压的关系式。相变点应变随围压的增大而增大,随相对密度的增大而减小。珊瑚砂强度指标φ₀和Δφ随着相对密度的增大而呈线性增大趋势。     

Cu2+长期胁迫下两级AO工艺运行效能及污泥特性研究

以深圳市某水质净化厂活性污泥重金属Cu中毒事件为背景,建立实验室小试模拟系统,考察了不同梯度Cu²⁺长期胁迫下两级AO工艺的运行效能及污泥特性。结果表明,进水中加入1 mg/L Cu²⁺,系统运行效能保持稳定;当Cu²⁺浓度提高到5 mg/L和25 mg/L时,短期内活性污泥系统运行效能显著下降,但随着适应外界环境,3 d后系统效能逐步恢复;然而当活性污泥中重金属Cu含量累积达94.3 mg/gVSS,系统运行效能大幅下降,面临系统崩溃;解除Cu²⁺长期胁迫,系统运行效能逐步恢复。比硝化耗氧速率(SOUR_A)呈现与系统运行效能相似的变化规律,随着进水Cu²⁺浓度的提高,SOUR_A逐渐下降。当SOUR_A抑制率超过40%时,系统存在恶化可能。随着进水Cu²⁺浓度提高和胁迫时间延长,活性污泥胞外聚合物(EPS)含量先增大后减少,且组分C1和C4为抵抗Cu²⁺胁迫压力扮演重要作...     

基于三参数强度准则的煤矿立井井壁 流固耦合理论分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用三参数强度准则和弹塑性力学理论,推导出了立井混凝土井壁弹性区和塑性区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压力P₀与塑性区半径r_p之间的解析表达式。计算结果表明当不考虑渗流作用时,井壁的极限承载力最大,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右;考虑渗流作用时,井壁所能承受的极限水压力P_c随混凝土孔隙率β增加而逐渐减小,当β=0.2时,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土单轴抗压强度的2.4倍左右,故渗流作用对井壁应力分布影响很大;随着地下水压力的增大,处于弹性区的井壁混凝土径向压应力σ_r和环向压应力σ_θ逐渐增加,而当地下水压力增加,达到塑性半径所对应的极限荷载后,该位置的井壁混凝土径向和环向应力则保持不变。该成果为立井井壁结构设计提供了一定的理论参考。     

饱和软黏土应变累积特性及经验模型

为了更加真实地描述地基饱和软黏土在长期交通循环荷载作用下的永久变形特性,借助GDS变围压动三轴试验系统对温州饱和软黏土开展了一系列恒定围压应力路径(CCP)以及变围压应力路径(VCP)下的部分排水循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)、应力路径(α)及其长度(L)对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在给定的循环次数(N)下,永久轴向应变随着CSR的增大和α的减小而增大,可分别采用指数函数和对数函数描述永久轴向应变与CSR和α之间的关系。基于试样经历10 000次循环后的永久轴向应变,通过归一化处理发现归一化永久轴向应变(ε^p_{a,10 000}/ε^p,CCP_{a,10 000})与归一化应力路径长度(L/L_CCP)和归一化平均主应力幅值(p^ampl/p^ampl_CCP)之间分别呈对数和线性关系且与CSR无关。进一步构建了考虑CSR、α以及N综合影响的对数型经验模型并对不同应力路径下的永久轴向应变进行了预测,预测结果与实测值呈现出较好的一致性。     

软土变形指标与初始孔隙率的相关性分析

根据上海地区不同土层软土的一维和等向固结试验,得到一维固结下压缩指数C_c和回弹指数C_s与修正剑桥模型参数λ和κ之间的关系。鉴于室内试验耗时过长,而通过土样的基本物理指标(天然含水率w_n、孔隙比e₀、液限w_L和塑性指数I_p)来推算压缩指数和回弹指数是一个快捷有效的方式,对比发现土的变形指标与基本物理指标间存在一定的相关性。结果表明:C_c/n₀与C_c,C′_s/n₀与三轴试验各向同性固结下得到的C′_s之间存在较好的线性关系,并给出了对应的关系式。由此,上海地区软土的变形指标可通过初始孔隙率来估算。在已有试验数据的基础上,总结分析我国沿海多个地区(广州、天津、深圳、温州、福州等)压缩指数试验数据,发现沿海地区软土压缩指数与初始孔隙率之间均存在较好的线性关系,并给出了对应的关系式。     

基于正交试验法的埋地钢管参数敏感性分析

埋地钢管在设计时需考虑管周土体和沟槽对钢管的影响,但土体力学参数和沟槽形态参数对钢管结构的影响研究不够深入。通过引入正交试验法,以钢管最大竖向变形和钢管顶、腰、底处环向弯曲应力为试验指标,进行回填土变形模量E₁、砂垫层变形模量E₂、垫层包角θ、沟槽底部开挖宽度B和沟槽侧壁倾角α关于试验指标的敏感性分析。研究表明:对钢管变形和应力敏感性较高的因素有E₁、E₂、α;B的敏感性较低;θ的敏感性最低。埋地钢管的土体变形模量高、沟槽窄对钢管结构有利,沟槽侧壁倾角影响较为复杂,需结合具体工程进行分析。研究成果可为合理选取埋地钢管的结构设计参数,提供一定的参考依据,同时也为类似问题提供一种分析思路。     

外掺MgO混凝土自生体积变形反正切曲线模型参数计算式的改进

根据近年来MgO混凝土研究与应用的新发现,对外掺MgO混凝土自生体积变形反正切曲线模型的参数计算式进行改进,将外掺MgO混凝土在龄期90 d的自生体积膨胀量特征值ε₉₀改进为以混凝土在龄期180 d的自生体积膨胀量ε₁₈₀为特征值。结果表明:利用改进后的参数计算式计算的外掺MgO混凝土自生体积变形,在龄期150 d以后的拟合值与实测值更加接近,偏差率一般为2%～7%,甚至<1%;极限膨胀量减少4×10^-6～7×10^-6,与实际也更加接近。改进的计算式可供广大工程技术人员和科研人员参考。     

农田土壤重金属Cd的环保淋洗剂筛选研究

土壤淋洗是一种有效修复重金属污染土壤的方法,而淋洗剂的选择是淋洗过程的关键因素,直接影响淋洗效率。研究了4种淋洗剂(乙酸、柠檬酸、CaCl₂、FeCl₃)对Cd轻度污染的农田土壤淋洗性能及影响因素。结果表明:淋洗效果依次为FeCl₃＞柠檬酸＞乙酸＞CaCl₂;FeCl₃的淋洗机理是Fe³⁺与土壤中的Cd²⁺离子交换,其水解出的H⁺可促进碳酸盐结合态Cd溶出,Cl^-还可与Cd²⁺形成稳定的螯合物;经优化后的最佳的淋洗条件是固液比为1∶5,浸提时间为4 h,此时乙酸、柠檬酸、CaCl₂和FeCl₃的最大土壤Cd去除率分别为30.24%,24.62%,24.82%,81.90%;pH值对淋洗效果的影响较大,除CaCl₂外,3种淋洗剂的淋洗效果都随pH值的升高而降低(pH值在2.5～5.0范围内),FeCl₃的淋洗效果降低最为显著。研究成果可为Cd污染农田土壤修复提供技术支撑。     

城市固体垃圾炉渣的三轴试验研究

炉渣是城市固体垃圾焚烧后的产物,可以代替骨料作为路基垫层材料使用,实现资源的二次利用。为了研究炉渣在路基填筑过程中的强度以及变形特征,对干密度ρ_d分别为1.4, 1.5, 1.6 g/cm³、龄期t分别为3, 7, 14, 28 d的饱和炉渣试样进行不同围压下的三轴固结排水试验,通过Lambe平面方法确定炉渣的抗剪强度参数(黏聚力、内摩擦角)。研究结果表明:在低围压下(100,200 kPa),城市固体垃圾炉渣的应力-应变曲线呈现应变软化特性;随着围压增大硬化特征明显,在高围压下(200,400 kPa)呈现应变硬化特性;炉渣的峰值强度与龄期增加呈现对数关系,即随着时间增长,强度逐渐增加,在早期阶段(14 d以前)强度增长迅速,随后增长速率减缓;黏聚力和内摩擦角随着龄期增加呈现不同的变化趋势,黏聚力随着龄期增加而不断变大,且近似呈现线性增长,而内摩擦角基本保持不变。研究成果可为炉渣的二次利用提供参考。