经PS加固土遗址水饱和强度及加固效果的环境影响研究

 以新疆交河故城遗址土做试样,首先用不同浓度的PS加固,经过一段时间干燥后得到不同初始含水率的试样,然后进行渗透系数测试,之后再进行不固结不排水试验,测量试样的抗剪强度。同时,进行PS加固试样的水稳定变化测试(即水中崩解试验),耐风蚀的风洞模拟试验,冻融破坏对加固强度的影响、温差破坏对力学强度影响及干湿破坏对力学强度影响等试验,研究古丝绸之路特殊环境因素对PS加固土遗址保护效果的影响。结果显示,PS加固对土的饱和渗透系数影响很小,而被3%和7%PS加固后的试样峰值抗剪强度比加固前的分别提高了90%和360%,残余抗剪强度也分别提高了50%和250%。结果说明,PS加固后土遗址仍具有很好的渗透性,但被雨水渗透饱和后,仍具有很明显的加固强度。这就证明PS适用于丝绸之路干旱区古代土遗址的加固保护。     

人工冻结粉土未冻水含量测试试验研究

未冻水含量测试是冻土科学研究中的一个重点和难点问题。为测定粉土中未冻水含量,将小体积土样冻透后,放置在温度恒定的空气中,依靠自然对流加热融化,记录其中心温度–时间变化曲线。根据牛顿冷却定律,建立一个反映冻土温度随时间变化的计算模型,应用该模型拟合温度–时间曲线的融土部分,得到融土与空气表面的对流传热系数;拟合温度–时间曲线的相变部分,确定某地区的粉土冻结点。根据冰的质量和相变过程吸收热量的关系,建立冻透状态下未冻水含量的计算模型及测试方法。应用该方法进行粉土未冻水含量测试,结果表明,该粉土冻结至－4 ℃时未冻水含量在3.75%左右。反演土样融化过程的理论计算温度与实测值吻合较好,表明了提出的理论模型及测试方法的可行性。     

连续孔隙介质土力学及其在非饱和土本构关系中的应用

首先论述了土力学的理论基础仍然很不完善,仍处于半理论、半经验的发展阶段,它还缺少统一的理论基础。指出:连续孔隙介质土力学是以多相孔隙介质理论为基础描述自然界中土的行为的一门科学,它(或多相孔隙介质理论)可以作为土力学统一的理论基础。然后介绍了连续孔隙介质土力学的理论基础,讨论了多相孔隙介质理论的整体平衡方程的建立以及土力学中控制方程的选择和确定。针对非饱和土问题,利用多相孔隙介质理论(包括热力学和内变量理论),基于3种广义应力即非饱和土的有效应力(式(22))、基质吸力和气相压力作为3个独立的应力状态变量,提出并详细地论证和推导了考虑气相的能量耗散和塑性体积变形的非饱和土弹塑性本构方程。     

基于近红外光谱技术的冻土未冻水含量分析研究

简述了冻土的含义,对引入近红外光谱技术对冻土中的未冻水含量进行测量的方法作了介绍,并与传统测定方法进行了对比试验,结果表明近红外光谱技术可以准确的测量出冻土中的未冻水含量,冻土中的未冻水含量在-10℃时与初始含水量关系不大,都趋于同一数值。     

基质吸力与含水量及干密度定量关系研究

 借鉴结晶矿物学/粉体力学与工程中的配位数概念,基于Smith试验公式、Fisher经验公式和Young-Laplace公式,建立含水量、干密度或孔隙比等非饱和土的宏观状态量与两土颗粒之间水环体积、饱和角等微观状态变量之间的对应关系,从理论上推导并给出基质吸力的定量计算公式。计算结果表明：非饱和土基质吸力随含水量的增大而单调减小,二者表现为非线性关系;基质吸力与干密度或孔隙比表现为良好的线性关系,但在低含水量段,基质吸力随干密度的增大而增加的趋势明显,而在高含水量段,基质吸力则基本保持不变。计算结果与已有的试验结果吻合较好。     

非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构与土–水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响,探讨膨胀土孔隙结构改变对土–水特征曲线的影响。以新疆哈密地区重塑膨胀土为研究对象,采用压汞试验测定压实程度对土样的微观孔隙结构影响,并利用热力学关系模型对膨胀土分形维数进行研究;采用滤纸法试验测量不同初始干密度下重塑土样的土–水特征曲线,提出可考虑压实作用影响的膨胀土土–水特征曲线双参数拟合模型,最后,基于土体孔隙特征,借助毛细管原理计算并结合滤纸法试验数据修正其土–水特征曲线。研究结果表明：随压实程度的增加,新疆哈密地区非饱和弱膨胀土孔隙呈初始三峰状并逐渐趋于双峰状分布,其在微观上表现为大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化,孔隙内壁的粗糙程度及孔隙结构的复杂程度提高;土体基质吸力随含水率的增加而降低,相同体积含水率下,土体初始干密度越大,基质吸力越大,双参数模型可较好反映土体初始干密度对膨胀土土–水特征曲线发展规律的影响;基于毛细管原理的土–水特征曲线计算值同滤纸法实测曲线有相同函数模型发展规律,且随试样初始干密度的增加两者呈逐渐“远离”趋势发展;土–水特征曲线修正模型可统一描述非饱和弱膨胀土基质吸力随孔隙结构、含水率及密度状态的发...     

考虑裂隙动态变化时裂隙土土水特征曲线的预测方法研究

 裂隙广泛分布于表土中,为土中渗流提供优势通道,导致土中渗透系数增大。裂隙土的土水特征曲线(SWCC)是分析裂隙土渗流问题的关键因素。考虑裂隙的动态变化,提出一种预测裂隙土土水特征曲线的新方法,并通过实例分析对此方法进行试验验证。将裂隙土系统分为裂隙网络系统和土体系统两部分,将相同状态下2种孔隙系统的土水特征曲线组合得到裂隙土在该状态下的土水特征曲线。随着裂隙的开展,可以得到裂隙发展路径上不同状态下裂隙土的土水特征曲线。将裂隙发展路径上不同状态下裂隙土的土水特征曲线进行合理组合,即可得到考虑裂隙动态变化时裂隙土的土水特征曲线。通过室内试验模拟裂隙在土样脱湿过程和吸湿过程中的动态变化,测定脱湿过程中的SWCC,用所提出的方法预测考虑裂隙动态变化时裂隙土的土水特征曲线,并将预测结果与试验结果进行对比。预测和试验结果都显示,裂隙土的土水特征曲线呈双峰特征。在达到土体的进气值之前,曲线由裂隙网络控制;当基质吸力较大时,曲线由土体的SWCC控制。试验结果与理论预测基本一致。     

冻融过程中未冻水含量及冻结温度的试验研究

 土体冻融过程中的未冻水含量是控制水分迁移及冻胀融沉的关键因素,而冻结温度是判断土体是否处于冻结状态的重要指标。基于频域反射法(FDR),测定不同初始体积含水率条件下青藏高原粉质黏土,冻融过程中的体积未冻水含量及温度变化,分析引起体积未冻水含量及冻结温度产生差异的主要原因。试验结果表明：初始含水率较高的土体,冻结过程中出现了很明显的过冷现象以及温度和体积未冻水含量的突变,而初始含水率较低的土体,这种现象并不明显。初始含水率较大的土体冻结先于初始含水率较小的土体,并且对温度突变的敏感性大于初始含水率较小的土体。对冻融过程体积未冻水含量的滞后分析发现,体积未冻水滞后度?θ和温度滞后度?T均是先增大后减小,体积未冻水滞后度?θ的峰值发生在相变区附近,其峰值随着初始含水率的增大而增大。当初始含水率等于或高于液限含水率时,含水率对冻结温度影响不大;当初始含水率低于液限含水率时,冻结温度随含水率减小而降低。     

非饱和土的土水特征曲线研究

本文分析了影响土水特征曲线的几个重要因素 ,在此基础上进行了大量的对比试验。通过试验 ,对土水特征曲线有了进一步的认识 ,并为土水特征曲线在工程中合理应用提出一些建议。最后 ,给出了一个适合于击实土的土水特征曲线的拟合模型 ,该模型具有简单、实用的特点     

考虑孔隙比和水力路径影响的非饱和土土水特性研究

以非膨胀性黏土为试验研究的对象,利用压力板法研究了初始孔隙比对不同水力路径下非饱和压实土土水特性的影响。试验结果表明,不同初始孔隙比土水特征曲线均存在明显的滞洄现象;当吸力大于某一值时,以含水率与吸力关系表示的话,不同初始孔隙比主脱湿土水曲线几乎重叠;以饱和度与吸力关系表示,初始孔隙比对土水特征曲线存在较大的影响。还提出归一化处理全吸力范围内不同初始孔隙比土水特征曲线的方法。最后,在归一化的处理方法基础上,提出了考虑初始孔隙比影响的非饱和土滞洄特性的模拟方法,并利用相关实测数据加以验证。     

土力学中的渗透力与超静孔隙水压力

1 渗透力 2008年10期陈津民先生的“土中渗透力的定义和论证”一文（以下简称“陈文”）所指的渗透力不只是水流对土颗粒的切向作用力，也包括其对颗粒的部分法向水压力，是正确的，在概念上也是很重要的。这样，文献中的图2—22应当画成如图1     

未冻水含量对含废弃轮胎碎屑冻土超声波速度的影响

本文介绍了用液浸式超声波循环法测定冻土中超声波速度的原理和过程 ,并在 - 0 .2℃～ - 1 0℃温度范围内测定了含有不同比例废弃轮胎碎屑的Tomakomai粉土的纵、横波速度。结果表明超声波在冻土中的纵、横波传播速度在冻土温度接近 0℃时随温度的升高而急剧降低。结合冻土的未冻水含量随温度的变化规律分析表明 ,冻土中超声波的传播速度与冻土未冻水含量呈良好的线形关系 ,且未冻水含量每增加 1 % ,纵波速度约降低 6 2m/s;横波速度降低约 35m/s。     

粘性土覆盖层下土中超孔隙水压力的动力试验研究

以土-结构动力相互作用体系的模拟地震振动台模型试验为基础，考察了粘性土覆盖层下的粉土及砂土在模拟地震中的超孔隙水压力增长规律，及其震后的短期固结行为特征，分析了覆盖层下土体在地震中的超孔隙水压力发展特征机理，并探讨了影响超孔隙水压力发展的主要因素。     

裂隙砂岩未冻水含量演化特征研究

孔隙水的冻结是寒区岩体发生冻胀损伤的根源,研究未冻水含量演化规律对于了解孔隙水的冻结过程,揭示冻结岩体的损伤机制具有重要意义。以完整与双裂隙砂岩为研究对象,开展不同冻结温度(-2℃,-5℃,-10℃,-15℃,-20℃)下循环冻融试验,采用核磁共振系统检测未冻水含量变化。通过分析冻结温度、冻融次数、裂隙对未冻水的影响,探究未冻水含量与砂岩细观损伤的关联。结果表明：(1)岩样未冻水含量随温度降低呈指数型衰减,在温度梯度作用下,毛细水的冻结速率最快,自由水次之,结合水的冻结速率最慢;(2)未冻水含量与冻融循环次数线性负相关,当冻结温度低于-20℃时,冻融次数对未冻水含量的影响减弱,但裂隙的存在促使冻融前期自由水冻结速率加快,中、后期结合水加速冻结,相比完整岩样,裂隙岩样未冻水含量减少5%;(3)岩石孔隙体积和渗透率均与冰含量呈正相关,裂隙岩石的冻融损伤主要是由于冻融前期自由水的原位冻结,后期结合水的继续冻结以及毛细水的迁移过程造成的。该研究有助于深入了解裂隙岩石的冻融特性,为寒区岩体工程安全建设与运营提供理论依据。     

基于未冻水膜压力判据的冻土水热力耦合冻胀模型研究

冻胀融沉是多年冻土区的主要病害,其受水分场、温度场、应力场的复杂耦合作用影响。基于水膜理论提出了冻土未冻水膜压力作为冰透镜体生成的判据,并重新对水分迁移驱动作用进行描述,建立了以温度、土体孔隙比为变量的全耦合模型。通过考虑已冻区冰基质的影响,推导了涵盖原位冻胀与冰分凝两部分的冻胀量计算公式。基于Matlab和COMSOL Multiphysics的联立平台,提出了模型冰透镜体实时分布的数值求解方法,实现了冻土温度、水分、应力、冰透镜体分布的全耦合数值求解。通过与室内土柱冻结试验及现有水热力模型（Thermal-Hydraulic-Mechanical,又称THM模型）冻胀量结果进行对比分析,证明了温度、含水率与冻胀计算上的可靠稳定。最后通过探讨温度梯度、上覆压力、渗透系数与压缩模量对土柱冻结的影响发现,温度梯度能显著增加土体冻胀量,上覆压力会导致更多水分向冻结锋面迁移,但对冻胀量起着抑制作用,渗透系数与压缩模量均对冻胀量产生正影响。为冻胀理论研究与数值实现提供了新思路。     

层状非饱和土中端承桩竖向振动响应的半解析算法

为了探究层状非饱和土中桩基的竖向振动响应,基于非饱和土动力控制方程,考虑基质吸力、三相(固相、液相和气相)压缩特性和饱和度对动剪切模量的影响,结合Euler-Bernoulli杆理论,建立三维轴对称简谐荷载作用下层状非饱和土中端承桩的竖向振动响应模型。利用Laplace变换、势函数法和算子分解法求解土体波动方程,通过桩–土耦合条件和阻抗函数传递性求解桩顶动力阻抗频域响应的解析解,利用傅里叶逆变换和卷积定理得出桩顶时域响应的半解析解。验证所得解的正确性后,研究分层土的模量比和厚度比对桩顶动力响应的影响。计算结果表明：土层上硬下软时,桩顶动刚度与阻尼的波动性减弱,导纳存在“小峰夹大峰”现象,峰值变大,反之,导纳呈“大峰夹小峰”。相比于上下均质土,桩底反射信号明显减弱。软土层越厚,桩顶动力响应的振荡幅值越大,土层厚度不一时,速度时程曲线中土层分界面出现反射信号,反射位置与土层分界位置密切相关。     

不同电价阳离子对α-半水石膏水化性能的影响

采用水化温升曲线、ξ电位和液相组成等测试手段,研究了不同电价阳离子对α半水石膏水化性能的影响。结果显示,α半水石膏水化过程中,形成了双电层结构,ξ电位为负值,不同电价阳离子对其表面双电层结构和ξ电位影响不同,会引起颗粒的分散度和溶解速度的差异,进而影响α半水石膏的水化性能。这种机理有别于传统的胶体体系。     

电导率在土遗址易溶盐快速测定中的研究与应用

盐害严重影响着土遗址的保存,并诱发一系列的病害,为快速、准确地测定遗址土体中易溶盐的总含量,本研究基于盐溶液导电原理,测试遗址土体中常见的易溶盐及其混合盐电导率与含盐量的关系,采用固定容器和适宜的操作方法,建立电导率与含盐量的关系,将电导率与含盐量关系曲线分为线性区、指数区和参考区,并给出相应区域含盐量的回归方程和测定误差,通过现场试验验证电导率测试法在遗址保护加固工程中水源检测、工程用土选址和遗址盐分测定中的可靠性。研究表明:已知盐分类型和混合比例的条件下,电导率在0~8 ms/cm时,电导率与含盐量具有很好的线性关系,线性相关系数超过0.98;电导率在8~12 ms/cm时,电导率与含盐量表现为指数关系,相关系数超过0.99,电导率大于12 ms/cm时,含盐量变化迅速,可据此得到遗址体含盐量的下限。未知类型的盐渍土,线性区的测试误差低于0.2%的土体含盐量,指数区的测试误差低于0.5%,并在水源、工程用土土源和夯筑墙体易溶盐检测中,取得了很好的效果。该方法具有操作简便、快速测试、微损检测的优点,所测的土体易溶盐含量具有较高的精度,满足实际工程中快速测试评价的要求。     

混凝土电导率与应变关系的试验与理论研究

导电混凝土具有应力敏感及温度敏感的性质,可作为功能材料使用,适用于混凝土结构(如桥梁、大坝等)的无损自诊断检测、车辆重量及速度的测量、电磁屏蔽、采暖、融雪化冰等领域。其中石墨混凝土的研究还未见报道。为了研究石墨混凝土的力学及电学性能,本文从导电机理和比拟法两方面进行探讨,得到实测出的混凝土变形模量—应变关系上升及下降的走势与电导率—应变关系的走势相一致的原因,以及在损伤情况下电—力可相互比拟的结论,并认为电导率这个本征量比弹性模量更能揭示混凝土材料的损伤。     

空调冷却水电导率与金属铁腐蚀速率关系的研究

测试了冷却水电导率不同时金属铁的腐蚀速率,得到了冷却水电导率与金属铁腐蚀速率的关系.认为根据电导率的变化情况采取相应措施,可以减少金属铁的腐蚀,确保冷却水管道及设备的安全稳定运行.