软弱夹层相似材料配比试验研究

结合软弱夹层的物理力学性质,根据相似原理进行配比试验,研制适用于室内试验的软弱夹层相似材料,使用单因素试验和正交试验相结合的方法进行研究,以因素A(石蜡/(骨料+膨润土))、B(石膏/(骨料+膨润土))和C(骨料/膨润土)为控制因素,以密度、抗压强度和弹性模量作为不同配比的评价指标.单因素试验以石英砂或重晶石粉作为骨料研究材料物理力学性质的变化.正交试验通过因素水平变化分析其敏感度,结果表明密度、抗压强度和弹性模量随因素水平变化规律性明显.     

基于正交设计的岩石相似材料配比试验研究

为研究岩石类材料的力学性质，以实验室物理模拟试验为背景，选用石英砂、重晶石粉、石膏等 为原料，基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨料／胶结剂、水膏比、重晶石／骨料为3 个控制因素，开展单轴压缩试验，获得不同配比相似材料力学指标。实验结果表明:不同配比相似材料 的力学参数分布范围较大，能满足不同配比模拟试验对其的要求；材料抗压强度和弹性模量主要受水膏 比影响；重晶石粉与骨料的比例对材料抗压强度影响较小，对弹性模量无明显控制作用。研究成果可为 类似模型试验岩石类相似材料的配比选取提供参考。     

软弱土质类相似材料的配比试验结果分析

以石膏和洗衣液为胶结剂,石英砂为粗骨料,重晶石粉为细骨料,膨润土为调节剂,通过正交设计试验配制了地质力学模型试验中的软弱土质相似材料,研究了骨胶比、洗膏比、重晶石粉含量、膨润土掺量、含水量等因素对相似材料密度、粘聚力、内摩擦角、压缩模量和泊松比等参数的影响规律,采用R法和方差法分析了各因素的敏感性及显著性。结果表明:两种分析方法所得结果具有较好的一致性,能够对各因素影响指标的重要程度做出合理判断;膨润土掺量是相似材料密度、泊松比参数的主控因素,对粘聚力和内摩擦角也具有明显影响,对压缩模量影响极不显著;相似材料密度、内摩擦角和泊松比随膨润土掺量的增加呈减小趋势,而粘聚力将会明显提高;洗膏比对压缩模量指标影响较为明显,对其他参数影响较小;含水量对压缩模量影响最大,对密度和泊松比指标影响次之;通过MATLAB程序进行多元线性回归分析,得到了相似材料配比的经验方程。     

巫峡岩溶岸坡结构面相似材料试验研究——以箭穿洞危岩体为例

我国西南岩溶山区是世界上最大的连片裸露岩溶地区,地质环境脆弱,人类工程活动强烈,群死群伤的灾难性滑坡频发,巫峡地区的岩溶岸坡发育尤为突出。由于三峡库区蓄水及库水位波动,部分岩溶岸坡(如箭穿洞)发生了不同程度的变形与失稳,极大地影响了水库的安全运行。为了确定巫峡岩溶岸坡箭穿洞地质力学模型试验结构面相似材料的最佳配比,以重晶石粉、石英砂、石膏和水为原料配置结构面相似材料,基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨胶比(骨料/胶结剂)、水膏比(水/石膏)、重骨比(重晶石/骨料)为三个控制因素,开展三轴压缩试验,获得不同配比相似材料的力学指标。通过采用模糊综合评判法获得最佳相似材料配比并开展岩体结构面黏结材料相似性模拟试验,同时,在不同正交设计水平条件下各控制因素对不同物理力学参数进行敏感性分析。研究结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,劣化效应明显,能够满足地质力学模型试验结构面相似材料的基本特征要求;相似材料的密度和内摩擦角主要受骨胶比控制,黏聚力主要受水膏比控制。此研究成果可为后续地质力学模型试验的顺利进行提供一定的理论依据和实践经验,为三峡库区防灾减灾与预警评估提供基础理论支撑,从而提升我国岩溶山区地质灾害防灾减灾的能力。     

类砂岩相似材料配合比方案试验研究

以白垩系中粒砂岩为模拟对象,采用细砂、高强水泥、细石膏、铁粉、蒸馏水为基础原料配制类砂岩相似材料。根据正交设计试验方法,确定以水灰比、骨料与水泥质量比、铁粉掺入量为控制因素的3因素3水平正交设计方案,利用极差敏感分析法分析以上因素对饱和密度、声波波速、导热系数、单轴抗压强度的影响。试验结果表明:骨料与水泥质量比对饱和密度、声波波速和单轴抗压强度起主导作用,且随着骨料与水泥质量比的增大,饱和密度及声波波速均显著降低;铁粉掺入量对导热系数起主导作用,掺入量增大,导热系数增加明显。通过多元线性回归分析,推算得到类砂岩材料的最优质量配合比方案,即水灰比0.53,骨料与水泥质量比0.45,掺入物质量分数4.2%,根据该配合比制作的类砂岩材料与白垩系砂岩各项参数值非常接近。     

化学结晶反应对相似材料力学性质影响研究

相似材料的研制通常应避免材料组分之间产生化学反应。将化学反应引入以石膏作为胶结剂的相似材料中,硅酸钠与石膏发生化学反应,通过力学试验对比未发生化学反应和发生化学反应的两组试样的重度、单轴抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角等5个参数表明:发生化学反应后,材料依然保持了高重度的特性,对内摩擦角影响也很小,单轴抗压强度、弹性模量、粘聚力等3个力学参数大幅降低,分别降低44.96%、36.63%、22.94%。     

遗传算法在相似材料配比试验设计中的应用研究

为探究相似材料配比优化问题,选取水膏比(水与石膏质量之比)为变量因素,基于Matlab环境进行遗传算法的相似材料配比优化研究。设计以1/15拉压比为主要参照目标,通过力学性质试验获取不同水膏比的相似材料单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和内聚力6项力学特性参数,对其进行回归拟合,并构建遗传算法的相似材料配比优化模型。经对输出结果的二次试验检验可得到较好的配比优化效果,研究结果可为相似材料配比优化方法提供一定的理论依据。     

南沙港淤泥固化前后物理力学性能和微观结构变化

为找出广州南沙港某油罐仓储区工程淤泥加固时固化剂的最优配比,取该工程区典型淤泥,以水泥、石灰、石膏、水玻璃和减水剂作为固化剂,对淤泥进行加固试验研究,以无侧限抗压强度来检验加固效果,找到最佳的固化剂掺量,并进行固化淤泥与原状淤泥力学性能和微观结构变化的对比研究。试验结果表明,水泥、减水剂、水玻璃、石膏和石灰掺量分别为20%,1.5%,10%,6%和16%时淤泥的固化效果最佳;影响固化土强度的5个因素中,水泥掺量影响最大,石膏掺量影响最小。相比原状土样,最优配比固化淤泥试样的渗透系数和孔隙率分别减小81.0%和59.8%,三轴不固结不排水试验的黏聚力和内摩擦角分别是原状土样的3.8和4.9倍,固化淤泥的物理力学性能得到明显改善。     

水工结构破坏性动力模型试验仿真混凝土性能研究

在水工结构破坏性动力模型试验中,根据相似比控制模型材料的密度、弹性模量和强度等多项力学性能与原型材料对应相似是决定试验成果合理可信的关键技术。为改进和提高仿真混凝土的相似性,以粗骨料、细骨料、水泥为控制变量设计不同配比方案,对其力学性能进行测试,并进一步对比研究了不同细骨料及其不同组分对仿真混凝土性能的影响。试验研究发现,相比常用的硫酸钡粉和矿石粉,滑石粉作为细骨料可以有效降低仿真混凝土的强度和弹性模量,控制仿真混凝土的密度和拉压强度比接近常规混凝土,滑石粉不失为仿真混凝土细骨料的一种选择。试验得出重晶石砂、硫酸钡粉、矿石粉、滑石粉、水泥等不同组分对仿真混凝土材料性能的影响规律,可为确定相似比模型试验中仿真混凝土材料的配比提供有益参考。     

基于层次分析法的物理模拟相似材料权值研究

从正交试验极差分析中指标的平均值出发,确定了层次分析法中判断矩阵的量化标度,据此分析了物理模拟中相似材料配比试验时,重晶石粉、石英砂、石膏、甘油和风干时间5种因素对试样密度和单轴抗压强度的影响权重。结果表明,构建的判断矩阵均有满意的一致性;由权重计算可得,风干时间对配比材料参数起重要作用,因素影响权重顺序与正交试验极差分析结果有一定差异,主要集中在风干时间和重晶石粉上;在正交试验基础上进行层次分析,弥补了极差分析结果不够精确和层次分析中由人为进行标度确定的不足,计算结果较单纯的正交试验更精确、更具说服力。     

加重微粒混凝土模型材料力学特性试验研究

针对模型结构自身质量损失过大而导致的惯性力失真效应等问题,为准确了解模型试验中加重微粒混凝土的力学性能、合理选取结构相似材料,基于正交试验方法,以水灰比、骨胶比、细砂率、重率及石灰比为考量因素,通过密度测试、强度测试和弹性模量测试对该材料进行了研究,借助直观法和方差法对试验结果进行了分析,初步获得了模型材料原料组成对该种材料强度特性的影响规律。结果表明: 原料组份变化对模型材料的物理力学指标及力学特性具有明显影响,极差法和方差法的分析结果大致相同; 重晶石砂在微粒混凝土模型材料中的应用效果较好,重率为调节材料密度的主控指标,并且能够实现材料其他力学参数的稳定调节; 水灰比与抗压强度和弹性模量负相关,增大水灰比将致使抗压强度和弹模迅速降低。试验结果为进一步研究模型试验中结构微粒混凝土材料的制备提供了参考。     

不同剪切速率对改良膨胀土抗剪强度影响研究

为了研究不同方法改良的膨胀土在不同剪切速率下抗剪强度指标的变化规律,分别在2.4mm/min和0.8 mm/min剪切速率下对风化砂、石灰、水泥以及粉煤灰改良的膨胀土样进行了室内直接剪切试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验结果表明:(1)剪切速率对同一材料改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均有影响,并且对粘聚力的影响要大于对内摩擦角。(2)风化砂改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均随剪切速率的增大而增大。(3)同一剪切速率下,掺砂改良膨胀土的内摩擦角随掺砂比例的增大先增大后减小,粘聚力随掺砂比例的增大而减小。(4)同一剪切速率下,掺水泥改良膨胀土的抗剪强度指标最大。从效果上看,掺风化砂、石灰、水泥和粉煤灰均能提高膨胀土的抗剪强度。     

掺水泥粉土的改良风积沙三轴压缩特性

基于单掺5%水泥的经济性设计指标,开展了混掺水泥粉土的改良风积沙三轴压缩试验,分析了改良风积沙试样不同围压下的应力-应变及强度特性,揭示了不同掺比改良风积沙黏聚力和内摩擦角的变化规律,以及改良风积沙的破坏形式及剪切破坏机理。结果表明：改良风积沙的应力-应变关系曲线均为应变软化型曲线;弹性模量和破坏强度与围压正相关,弹性模量在粉土掺量增至15%时达到峰值;破坏强度与粉土掺量正相关;10%粉土掺量下改良风积沙黏聚力最大,内摩擦角则随粉土掺量增加而单调增长。水泥水化物包裹在沙粒表面,增加了沙粒表面粗糙度,并在沙粒之间的空隙形成网状结构,将沙粒联结起来,阻碍沙粒相对运动;掺入适量粉土可填充沙粒和水化物之间的空隙,但过量粉土会制约水化反应,同时碱性离子与水化物反应产生胶结能力差的硅酸钠和铝酸钠,导致改良风积沙整体性能下降。     

石灰改性淤泥的抗压和抗剪强度试验研究

对未改性淤泥和石灰改性淤泥进行无侧限抗压强度试验,得到了长期养护90 d和360 d试样的应力应变关系、抗压强度、变形模量和破坏应变。通过固结排水直接剪切试验,得到淤泥固化前后的剪切应力位移关系、凝聚力和内摩擦角。结果表明:石灰的掺入使试样破坏应变明显减小,无侧限抗压强度和变形模量显著增加;石灰掺量达到某种程度后,继续添加石灰并不能改善土体力学性质,反而会引起劣化效果;抗压强度与变形模量之间服从线性关系,抗压强度与破坏应变之间服从幂函数关系;石灰掺量和法向压力变化会诱发试样剪切应力位移曲线发生变化;石灰可有效提高淤泥试样的凝聚力,但对内摩擦角并无显著影响。     

砂细度模数对壁后注浆浆液强度的影响

壁后注浆是盾构法施工过程中关键的一道工序。为了探究浆液强度的发展,将砂采用不同的筛分方法调配成细度模数分别为1.652,1.096,0.773的3种砂,并将3种砂分别用于配置惰性浆、硬性浆,并分别开展了凝结时间、直接剪切、立方体抗压试验,观测了细度模数不同的砂对惰性浆、硬性浆凝结时间、强度的影响。结果表明:2种浆液的强度均随着用砂细度模数的增大而降低;硬性浆液中水泥的水化作用主要促进了黏聚力的增大及内摩擦角的降低;惰性浆液中粉煤灰的火山灰反应基本可以忽略。     

饱水-风干循环作用下砂岩力学性质劣化规律

水库在建成运营过程中,水库内水位反复升降对库岸边坡安全性产生影响。为探究饱水-风干循环作用下水库边坡岩体力学性质的劣化规律,以某水库边坡水位变幅带砂岩为试验对象,进行岩石三轴压缩试验。引入劣化率概念探究水岩作用对砂岩力学性质的影响,并借助电镜扫描技术分析了砂岩在水岩作用下的劣化机理。研究表明:水岩作用程度相同时,砂岩峰值抗压强度随围压增大而变大;相同围压条件下,随饱水-风干/循环次数增多,砂岩峰值抗压强度、黏聚力、内摩擦角变小,且三者数值与循环次数N之间的变化规律符合指数分布。当水岩作用增强时,峰值抗压强度劣化率最小值为31.35%,黏聚力、内摩擦角劣化率分别为30.61%和15.37%;水库水位升降对砂岩峰值抗压强度、黏聚力影响较内摩擦角大,三者劣化率与循环次数N之间的变化规律同样符合指数分布。在砂岩三轴压缩试验基础上,对水岩作用下岩石劣化机理进行了研究。研究成果对于受水位反复升降影响的水库边坡安全性治理具有一定参考价值。     

CSG材料的冻融耐久性分析

Cement Sand and Gravel(简称CSG,胶凝砂砾石)材料是一种新的环保型筑坝材料。为了分析CSG材料在冻融循环状态下的耐久性及材料的单轴抗压强度与单位水泥含量的关系,通过对单位水泥含量不同的CSG材料试块冻融前后的自振频率、动弹性模量、相对动弹性模量、质量损失率及单轴抗压强度的测定及计算,得到随着单位水泥含量从40 kg/m~3到100 kg/m~3的增加,初始自振频率从4 812.21 Hz左右增加到6 597.86 Hz左右,10次冻融循环后的自振频率从1 492.96Hz左右增加到4 689.71 Hz左右;动弹性模量从5 587.30 MPa左右增加到14 521.27 MPa左右,10次冻融循环后从423.27 MPa左右增加到7 327.35 MPa左右;随着单位水泥含量从40 kg/m~3至100 kg/m~3的增加,CSG材料试块在10次循环后平均相对动弹性模量从9.88%增加到50.67%;质量损失率从27%下降至0.03%;单轴抗压强度从6.00 MPa左右增加至11.74 MPa左右,冻融后分别下降至1.61 MPa和7.87 MPa左右。从而得出结论:单位水泥含量高于80 kg/m~3时,耐久性指数显示为中等,材料耐久性得到保证;单轴抗压强度及其降低率随着单位水泥含量的增加而增加。