动力夯实法处理湿陷性黄土的微观机理

利用取自山西的湿陷性黄土,模拟动力夯实现场试验,设计不同夯击次数的模型试验,得到随着夯击次数的增加,土样的密度、强度参数逐渐提高,湿陷性系数逐渐降低的变化规律,但当夯击次数大于8次时,土样竖向变形、密度、内摩擦角和粘聚力均趋于稳定,且湿陷性系数小于0.015.另外,对不同夯击次数下的土样进行SEM（扫描电镜）微观试验,编制SEM图像分析程序,经定性分析得到：随着夯击次数的增加,中小孔隙含量越来越大;夯击前土样等效孔径16 μm以下的孔隙占92.6％,大于16 μm的大孔隙占7.4％,小于4 μm的小孔隙占66.9％.10次夯击后,土体中几乎不存在等效孔径大于16 μm的大孔隙,而等效孔径小于4 μm的小孔隙占81.8％.经定量分析建立了夯击次数与平面孔隙率、平均等效孔径之间的量化关系.从而建立了湿陷性系数与平面孔隙率和平均等效孔径的量化关系.     

陶粒孔隙对混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响

为了探讨陶粒和少陶粒混凝土的孔隙结构特征对其抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响,通过电镜扫描(SEM)和气孔结构分析仪分析微-细观气孔结构特征,探讨陶粒在不同取代率时混凝土孔隙直径、孔径率、孔隙率与抗压强度、抗氯离子渗透性能关系,以及基于应力-应变曲线的损伤模型。结果表明:相较于基准组,由于吸、放水作用,陶粒对混凝土抗压强度影响宏观上表现为促进了内养护,细观上表现为孔径小于100μm的数量相对增加,大于100μm的数量相对减少;一定量取代率范围内,混凝土因平均孔径和孔隙率减小使孔隙壁厚度及有效横截面积得到相对提高,从而提高混凝土强度,且在取代率为10%时,抗压强度和弹性模量达到最大值;孔径小于100μm的孔隙数量增多和非连通孔隙数量增多是提高抗氯离子渗透性能的主要影响因素。     

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。     

饱和土体中衬砌隧道在移动荷载下的动力响应

为了研究移动点荷载作用下饱和土体全空间中圆形衬砌隧道的三维动力响应,采用解析方法进行求解.用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质模型模拟土体.引入两类势函数表示土骨架和孔隙水的位移,在不同环向模态下利用修正Bessel方程求解各势函数.结合边界条件,得到频率-波数域内衬砌和土骨架位移、孔隙水压力的解答.对各模态下的解答求和,并进行双重Fourier逆变换得到时间-空间域内的动力响应.通过算例分析荷载速度、土体渗透性等对位移及土体孔压的影响.结果表明:饱和土体中衬砌隧道系统存在临界速度,该速度与土体剪切波波速很接近;位移场和孔压场分布受荷载速度、土体渗透性影响较大;随着土体渗透性增大,土体孔压减小;高速荷载时的位移响应频谱与低速荷载时的差别很大.     

动载后层理煤样微观孔径结构特征研究

为研究动载(冲击荷载作用)后煤样微观孔径结构变化规律及煤体结构异性对其微观孔径结构变化规律的影响,采用霍普金森试验系统(SHPB),对不同方向的煤样进行不同程度的冲击,并完成冲击前后煤样的低温液氮吸附试验,对比分析不同冲击荷载作用后的煤样微观孔径结构特征。结果表明:受冲击煤样的微小孔含量明显低于原煤样的,随着冲击荷载增大,微小孔含量逐渐减小;冲击荷载作用后,煤样微观孔径结构有从微孔向小孔,小孔向中大孔转化的趋势;随着冲击荷载增加,总孔容、比表面积和吸附量呈现逐渐减小的趋势,比表面积和吸附量与总孔容表现出较好的相关性;同种冲击荷载作用后,垂直层理方向煤样总孔容、比表面积以及吸附量均比平行层理方向的煤样高。     

两种非饱和原状土的持水曲线及孔径分布

分别用轴平移技术和蒸汽平衡技术对原状黄土和红土施加低吸力（s ≤ 1.5 MPa）和高吸力（s ＞ 1.5MPa）,量测土体在不同吸力下的含水率和孔隙比,得到两种土体在广吸力范围内的持水曲线与基本参数(进气值、残余吸力值和过渡段曲线斜率 )。开展土体孔径分布测定试验,揭示两种土体的水力特性存在明显差异的微观机理。最后,基于土体脱湿过程与汞压入过程基本一致的原理,利用孔径分布曲线对土体的持水曲线进行预测。研究结果表明：①黄土持水曲线的过渡段由 3 段不同斜率的直线所构成,为双峰型持水曲线。红土持水曲线的过渡段由单一斜率线段构成,为单峰型持水曲线;②黄土的孔径分布曲线为双峰孔径结构,且大孔径集中分布的峰值大于小孔径集中分布的峰值。红土的孔径分布曲线为单峰孔径结构,且孔径在设备的可探测范围内均有一定量的分布;③利用孔径分布曲线预测的含水率与吸力关系与实测结果基本吻合,表明孔径分布曲线可较为有效预测土体的持水特性。     

基于微生物诱导碳酸钙沉积技术的黏性土水稳性改良

采用微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术对黏性土进行改性处理,以改善其水稳性与抗侵蚀能力. 利用喷洒法将配制的微生物菌液及胶结液先后喷洒至黏性土表层进行MICP处理,并开展一系列崩解试验,通过数字图像处理技术对土样的崩解过程进行定量分析和评价. 通过颗粒分析试验研究MICP改性前后土样粒度组分的变化,通过扫描电子显微镜（SEM）分析土样的微观结构特征. 结果表明：1）素土在浸水后发生快速崩解,而在相同的时间内MICP改性土样则能较好地保持原始结构,水稳性更强;2）崩解指数是描述土体崩解过程和评价土体水稳性的定量指标. MICP改性土样的崩解速率远低于素土,且最终稳定后的崩解指数仅为素土的50%;3）MICP改性能显著改变土样的粒度组分,具体表现为细颗粒质量分数减少,粗粒土质量分数增加;4）微生物诱导所产生的碳酸钙填充了土样中的大孔隙,并在土颗粒之间形成有效的胶结,极大提高土颗粒之间的联接强度,这是MICP技术提高土体水稳性的主要作用机制.     

粒径尺寸对红黏土持水曲线及孔径分布影响研究

为探究粒径尺寸对红黏土的持水特性及孔径分布的影响,用轴平移技术和蒸汽平衡技术对不同粒径尺寸制备的红黏土压实样开展广吸力范围内的持水特性试验和压汞试验,基于不同粒径尺寸试样的持水曲线和孔径分布曲线,揭示粒径尺寸影响土体持水特性的细观机理。具体结论如下：（1）粒径尺寸只对压实样在低吸力范围的持水曲线产生影响,表现为粒径尺寸越小,制备试样进气值则越大。（2）不同粒径制备的饱和压实样均为单峰型孔隙结构,且粒径尺寸越小,制备试样的集中孔径分布的峰值越高,分布的范围也越小,表明粒径越小的试样的孔径分布越均匀。（3）预测和实测持水曲线的比较结果显示,由于无法考虑土体干化路径下的孔隙比减小,孔径分布曲线可用于预测土体在对应吸力下的含水率,测定饱和度却低于实测的饱和度。     

珠三角饱和软土固结过程中微观孔隙结构的演化规律

结合室内土工试验和某高速公路软基加固试验段工程,采用真空冷冻升华技术与SEM电镜扫描以及图像处理方法,获得了珠江三角洲饱和软土的孔隙度、孔隙总面积、孔隙总个数、平均孔隙周长、孔隙平均直径及孔洞复杂度等微观指标。通过对软土微观结构图像研究,得到了饱和软土受压固结过程中微结构的演化规律：珠江三角洲的饱和软粘土是一种孔隙体积占整体体积最高达66.7%的空架结构土,孔隙中充满水体,在外载荷的作用下,大孔隙首先破碎,周边折断,土体内部结构从空架式逐渐向多面体片架结构发展;伴随着孔隙直径减小,孔隙体积缩小,土粒间靠近,水体被排出的同时,土体被压缩而逐渐固结。     

采动区扰动土-结构界面剪切特性的试验研究

基于采动区扰动土的变化规律,设计了不同初始孔隙比和初始饱和度的土样,模拟采动过程中土体物理性质的变化.采用DRS-1型高压直剪试验系统完成了扰动土与结构材料界面的直剪试验,分析了法向应力、初始孔隙比以及初始饱和度对界面剪切特性的影响.结果表明:界面剪切强度与法向应力、土样的初始孔隙比及初始饱和度密切相关.界面剪切强度与法向应力成线性关系,随法向应力的增大而增大;初始孔隙比对界面剪切强度的影响随着法向应力的增大趋于显著,界面剪切强度随着初始孔隙比的增加先增大后减小,存在峰值;初始饱和度对界面剪切强度的影响也随着法向应力的增大趋于显著,相同初始孔隙比的情况下,随着初始饱和度的增加,界面剪切强度逐渐降低.     

细粒混积岩储层特征与主控因素分析——以渤海湾盆地沧东凹陷孔二段为例

为深化对细粒混积岩储层发育特征与控制因素的认识,以渤海湾盆地沧东凹陷孔店组二段为例,利用岩心观察、薄片鉴定、X射线衍射、场发射扫描电镜、低温气体吸附、纳米CT与聚焦离子束-场发射扫描电镜等方法,在总结细粒混合沉积样式的基础上,对比分析不同混积样式储集空间类型、孔隙结构特征、储集空间展布与连通性的差异,认为组分型细粒混积岩的总孔隙体积、总比表面积和平均孔径均大于组构型细粒混积岩,储集空间的连通性也好,储层的发育和演化受沉积环境、成岩作用和有机质热演化的共同控制.研究结果表明:孔店组二段细粒混积岩可分为组分混合与组构混合两类,主要的储集空间包括宏观裂缝和微观孔隙,其中裂缝分为构造缝、层理缝、成岩收缩缝和异常高压缝等4类,孔隙分为无机质孔隙、有机质孔隙和微裂缝3类;组分型细粒混积岩的总孔隙体积平均为0.013cm3/g,总比表面积平均为9.058m2/g,平均孔径为4.05nm,易于形成良好的立体孔缝网络;组构型细粒混积岩的总孔隙体积平均为0.004cm3/g,总比表面积平均为3.611m2/g,平均孔径为3.75nm,储集空间连通性较差;沉积环境决定了岩石的物质组成与混积样式,提供储集空间发育的物质基础;成岩作用控制储集空间的类型与特征;有机质热演化与无机成岩作用相互协同,影响储集空间的形成与演化.     

双向动荷载饱和粉土孔隙水压力研究

地震引起的土体液化是导致地基失稳和上部结构受损的直接原因之一.利用美国GCTS空心圆柱扭剪仪,以天津地区海相可液化粉土为研究用土进行振动试验研究,对不同相位差的应力与孔隙水压力进行了分析,结果表明：双向动荷载不同相位差条件下动孔压增速不同,其中相位差为180°时孔压增长最快,相位差为0°和270°时孔压增长规律非常接近;土样在不同相位差双向动荷载作用下,相位差为180°时最先达到状态转换面,粉土振动最激烈、最先液化;围压、相位差对剪胀影响很小.     

非饱和堆积土边坡降雨-渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,本文对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀-运移-沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下一维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,本研究阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨-渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨-渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

高碱溶液入渗对GMZ膨润土微观孔隙结构的影响

为了研究高碱性孔隙水对膨润土缓冲性能的影响及微观机理,采用浓度为0.6 mol/L的NaOH溶液模拟碱性孔隙水,对初始干密度分别为1.50和1.70 g/cm3的高庙子（GMZ）膨润土试样开展渗透试验.利用AutoPore IV 9510型全自动压汞仪对试样的微观孔隙结构进行水银孔隙率定试验（MIP）,借助X射线衍射试验（XRD）对试样的矿物成分变化进行分析.由试验结果可见,GMZ膨润土试样的孔隙量与平均孔径呈近似双峰变化关系;膨润土经水化作用后,试样内部的孔隙率和大孔隙量均明显减少,小孔隙量增加;在碱溶液入渗作用下,膨润土内部的孔隙率增大,膨润土的有效成分--蒙脱石质量分数减少.研究表明,碱性孔隙水的长期入渗会逐渐溶解膨润土中的蒙脱石,增大膨润土的孔隙率,提高膨润土的长期渗透性,可能会导致膨润土的封闭和缓冲性能降低.     

循环荷载下郑汴物流通道粉土路基的液化特性

在高等级公路和市政道路的建设中,如果遇到特殊地基处理不当往往会导致强度问题和沉降变形问题,影响道路的正常使用.鉴于此,利用动三轴进行室内试验,分析郑汴物流通道的路基施工过程中土体变化的规律.试验采用美国GCTS公司生产的STX-200双向动三轴仪进行,建立循环荷载次数、荷载频率、围压、轴压、偏应力等影响因素的郑汴物流通道软土路基的液化特性研究.试验结果表明,低频循环动载下土体的应力-应变曲线变化幅值小,高频循环动载下土体应力下降快且变化幅值大;随着循环次数增加,土体的孔隙水压上升加速,有效平均压应力减小幅值逐渐增大;粉土试样孔隙水压力变化随循环次数的变化而变化.     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明：决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质（水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向）的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

固结条件下上海软土微观特征研究

为探讨上海软土固结过程中微结构变化机理,运用高分辨率场发射扫描电镜对上海第四层软土单轴固结过程中不同固结压力水平下的土样进行试验。结果表明:固结加载初期,随着固结压力的增大,软土孔隙比显著下降,土体密实度增大;平均形状系数初期显著增大,孔隙圆滑程度明显上升;孔隙概率熵显著下降,孔隙排列的定向性及有序性增强。固结加载后期,土的微观结构参数随固结压力的变化逐渐趋于平缓。在固结压力的作用下,孔隙的尺度、形态、排列等微观特征显著改变,且微观结构参数能较好地反应宏观力学性能。     

库车拗陷依奇克里克构造带侏罗系泥页岩孔隙特征及影响因素

在分析有机碳质量分数、镜质体反射率和矿物组成的基础上,应用扫描电镜和氮气吸附实验研究孔隙的分布形态和微观孔隙结构.结果表明:依奇克里克构造带侏罗系泥页岩发育原生粒间孔、溶蚀孔、晶间孔、有机质孔和微裂缝等孔隙类型,其中原生粒间孔最为发育.泥页岩样品的平均孔径多介于3.9~33.0nm之间,中孔较为发育,对岩石内部孔隙空间的贡献最大,是气体赋存的主要场所.研究区泥页岩孔隙结构比较复杂,以一端封闭的微孔隙为主,部分为平板状狭长微孔隙和开放型孔隙,在垂向上由浅到深,孔隙开放程度减小.脆性矿物对孔隙体积影响较大,尤其是宏孔;黏土矿物对孔隙体积有一定抑制作用.伴随着成岩演化,泥页岩孔隙结构发生较大改变,随着埋深加大,压实作用越强烈,热演化程度越高,对孔隙改造越明显.该研究对页岩气勘探开发有指导意义.     

管状陶瓷微滤膜制备研究

采用浸涂法研制出圆管状α－Ａｌ２Ｏ３陶瓷微滤膜,并通过扫描电镜、压汞仪、流体渗透通量测定等手段对膜结构及性能进行表征探讨了悬浮浆料的性质、制膜工艺条件对膜性能及结构的影响制备的陶瓷微滤膜表层膜厚度约为５０μｍ,平均孔径为０４５μｍ,孔隙率为４２％,水通量为６５×１０－２Ｌ／（ｍ２·ｈ·Ｐａ）其孔径分布窄,结构均匀无缺陷,机械性能良好,可满足工业化微滤过程的要求     

地铁车站地震破坏离心机振动台模型试验研究

为揭示地下结构地震破坏机理,采用离心机振动台试验模拟地铁车站地震破坏过程.试验利用低强度微粒混凝土和钢丝制作了1∶50的单层双跨地铁车站模型;采用砂雨法制备了相对密实度为45%的地基模型并用硅油对其饱和;研制了适用于不同尺寸地基模型的真空饱和装置;监测了在离心加速过程中和峰值加速度分别为0.08g和0.20g的宁河波作用下地下结构及其周围土体的响应.试验结果表明：在车站结构和上覆土体自重作用下,车站立柱承受较大的轴向压力;在弱震（0.08g）作用下,结构附近土体超静孔隙水压力消散明显快于同深度其他位置土体;在强震（0.2g）作用下,3根立柱柱底发生破坏,是整个车站结构的薄弱点,车站侧墙与底板交界处出现明显裂缝.