碱侵蚀红土的工程指标与受损物质的关系探析

 常用加固材料中的碱性物质与红土中的酸性或两性氧化物发生互损侵蚀。基于材料的化学分析和加速寿命试验原理,设计红土的碱侵蚀试验。检测红土被侵蚀前后渗透液中有效离子含量的变化,以代表红土中相关物质的受损情况;对比试验红土被侵蚀前后主要的工程指标,以代表红土的工程品质劣化情况;分析并建立两者之间的关系。采用多元逐步回归分析法,量化研究碱侵蚀红土中,各项工程指标与受损化学物质之间的相关性;并依据建立的关系式,进一步探讨有效离子对红土工程性质的影响。结果表明：在碱侵蚀红土中,主要工程指标的变化均与化学物质的受损存在着显著的量化关系。分晰碱性物质对红土的侵蚀劣化机制,并可据此分析红土工程的劣化速度与趋势。     

碱性材料与红土坝料的互损劣化试验

水泥、石灰等碱性物质被大量用于加固土工结构，然而碱性材料已经给红土造成了长期的侵蚀。基于材料互损的化学分析，设计了红土坝料的加速劣化浸泡，对比试验了水工指标，分析了渗水的离子浓度变化。检测证实：碱性物质降低了倍半氧化物的聚合力、消耗了红土的黏结成分、劣化了结构材料的颗粒级配。揭示了碱性加固材料与酸性坝土的相互作用及接触带互损渗漏机制，提出材料互损是导致土坝重要指标逐渐劣化、细观渗流通道增加扩大、加固效益太低的重要原因之一。     

不同侵蚀环境下玄武岩纤维筋的耐腐蚀性及强度变化规律研究

侵蚀环境下玄武岩纤维筋(BFRP筋)的耐腐蚀性和强度变化直接关系到BFRP筋预应力锚索的锚固性能和加固效果,通过配制pH为3、8、13的酸碱溶液、人工海水、蒸馏水等5种侵蚀溶液模拟不同侵蚀环境,进行了BFRP筋的耐腐蚀性与强度变化规律研究,结果表明:侵蚀溶液作用前后BFRP筋保持线弹性变形行为,经过不同溶液浸泡后BFRP筋强度随浸泡时间呈现出近似线性的衰减趋势,随浸泡时间增加,当浸泡溶液渗入环氧树脂基体内部后,由于溶液对环氧树脂基体的固化交联作用增强,环氧树脂基体强度增加,而侵蚀溶液长期作用下溶液与玄武岩纤维硅氧四面体桥氧的化学反应造成筋材内部结构缺陷是导致BFRP筋强度降低的主要原因。相比于酸性溶液、蒸馏水、人工海水,碱性溶液与玄武岩纤维的化学反应更为剧烈,在其侵蚀作用下BFRP筋的强度降低最为明显。研究成果可为BFRP筋广泛应用于各类腐蚀环境下岩土锚固工程提供参考和技术指导。     

碱渣-粉煤灰基新型注浆材料耐久性试验研究

利用碱渣、粉煤灰和硅酸钠溶液制成新型采空区充填注浆材料,采用9组正交试验试样探索该注浆材料抗压强度发展特性、耐酸性和碱性渗出特性。结果表明:该新型注浆材料抗压强度具有显著的龄期效应。该注浆材料的碱性渗出是快速的,对局部环境的影响较大,建议工程应用时与易受腐蚀构造保持一定安全距离。9组独立的正交试验试样受5%质量分数的盐酸溶液侵蚀后,质量损失在4.2%~6.2%,抗压强度损失在2~8 MPa。受盐酸侵蚀过程中有CO_2和硅胶的生成减小了质量和强度。粉煤灰受碱激发生成的硅铝酸盐聚合物凝胶(N-A-S-H)一定程度上阻止了盐酸对试样的深化侵蚀。     

酸雨侵蚀作用下工业废渣固化铅污染土的工程特性研究

以室内制备的铅污染土为研究对象,选用工业废渣(MgO-GGBS)和普通硅酸盐水泥(OPC)为固化剂,评估酸雨侵蚀作用对MgO-GGBS(MGB)固化土和OPC固化土工程特性影响规律。探讨酸雨侵蚀作用下MGB固化土和OPC固化土的强度、渗透、浸出以及微观结构的变化规律。试验结果表明:酸雨侵蚀作用会降低MGB和OPC固化土的工程特性,但相同工况的酸雨侵蚀作用下,MGB固化土的工程特性明显优于OPC固化土,MGB固化土的抗压强度远高于OPC固化土,且MGB固化土的渗透系数和浸出浓度明显低于OPC固化土。扫描电镜结果表明:MGB固化土微观结构受酸雨侵蚀影响程度明显低于OPC固化土,侵蚀后的OPC固化土的水化产物被大量溶蚀,出现较多的侵蚀孔洞,固化土的整体结构被破坏。而MGB固化土被侵蚀的水化产物较少,固化土仍具有较强连接性和较好的完整性。     

珊瑚泡沫流动固化材料基础性能试验研究

随着南海战略地位的提高,建筑材料的缺乏成为南海军事建设或民用建设的一大难题,珊瑚材料是南海等地最主要的建筑材料,珊瑚泡沫流动固化材料的研究为南海建筑材料提供多样性。珊瑚泡沫流动固化材料是一种超大流动度的泡沫混凝土材料,由于泡沫的易破坏性,拌和过程中过大或者过多的粗骨料会导致材料成型不均匀且工作性较差,因此,该材料不再需要骨架支撑作用。提出了珊瑚砂流动固化材料概念模型,即珊瑚泡沫胶砂为主体,是主要的支撑结构;粗骨料成为填充组分,可以节约材料,稍微增加强度。该模型揭示了珊瑚泡沫流动固化材料应细集料占优配制,且严格控制粗集料粒径及掺量。试验验证当密度控制在1 200~1 800 kg/m^3时,7 d抗压强度可达到3~7 MPa,且呈正相关特性,该材料适用于南海机场阻滑坑及防滑跑道等工程的建设。     

工业废渣–水泥协同固化土抗硫酸盐侵蚀性能

利用高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、电石渣等工业废渣协同水泥固化方法,通过标准养护试样、清水及硫酸盐溶液浸泡试样的表观形貌、无侧限抗压强度、X射线衍射和扫描电镜等测试,揭示工业废渣–水泥协同固化土的力学性能、微观结构和化学反应机制。结果表明：硫酸镁对工业废渣–水泥协同固化土侵蚀效果大于硫酸钠;较纯水泥土而言,工业废渣的加入能够延缓硫酸盐侵蚀作用;经硫酸镁溶液浸泡后,固化土强度在7 d内有一定增长,之后随龄期增加而持续降低,强度保留系数高低依次为高炉矿渣>硅灰>粉煤灰>电石渣;硫酸钠环境下固化土受SO₄^2-离子侵蚀作用,硫酸镁环境下受SO₄^2-侵蚀和Mg²⁺胶结弱化双重作用,导致固化土孔隙增大,侵蚀产物生成量与工业废渣中CaO含量有关。最后,建立了硫酸盐环境下固化土微观反应机制模型,可为工业废渣–水泥协同固化土抗硫酸盐侵蚀研究提供理论依据。     

不同侵蚀条件下新型墙体材料强度损伤研究

对5种新型墙体材料开展了不同环境侵蚀条件下循环试验,将侵蚀天数规定为0天、30天、60天、90天。通过研究墙体材料强度与不同环境下腐蚀时间的关系,分析新型墙体材料强度侵蚀损伤规律,得出了新型墙体材料在不同环境下的腐蚀损伤计算公式,可为新型墙体材料的不同环境下腐蚀损伤计算提供依据。     

海水侵蚀下钢渣粉+水泥固化土强度劣化试验研究

为解决水泥固化海相软土工程性差、耐久性低,钢渣堆放、水泥生产污染环境等问题,采用激发钢渣粉替换部分水泥形成新型固化剂,选取海水中对固化土侵蚀影响较大的3种离子,深入探究单一离子引起的固化土强度劣化性能。通过室内物理力学试验,得到固化土在不同离子浓度的海水和蒸馏水养护条件下,各组无侧限抗压强度(UCS)变化规律;通过X-射线衍射(XRD)和电镜扫描(SEM)试验,得到钢渣粉+水泥固化土的微观形貌和物相随侵蚀时间的变化规律。研究发现钢渣粉中C_4AF和C_2AF可有效降低离子的侵蚀作用,3种离子对固化土的劣化影响为Mg~(2+)Cl- SO_4~(2-)。Cl~-侵蚀固化土会生成CaCl_2和F’s盐,F’s盐的无胶凝性引起固化土劣化;SO_4~(2-)与胶凝材料反应会生成石膏、硅钙石和钙矾石,当这些物质产生的体积膨胀量大于孔隙体积时,会使固化土产生裂纹;Mg~(2+)侵蚀会生成Mg(OH)2沉淀、Mg—S—H和Mg—A—H,同时也会降低孔隙溶液pH值,引起水化物凝胶的分解,造成固化土强度劣化。从微观结构与物相变化分析宏观物理力学特性变化和侵蚀机理,为钢渣粉+水泥固化软土在工程上的使用提供一定的理论依据。     

红土干燥脱水不可逆性对物理力学性质的影响

本文采用鲁布革和天生桥坝科红土,研究了红土干燥脱水对物理力学性质的影响。试验表明,红土干燥脱水后性质指标有变化,且具有不可逆性。文中对其原因进行了分析,并指出,忽略了红土的这一特性,试验结果将不仅是一般误差问题,而且可能导致工程上的一些错误判断。     

PVA纤维对水泥胶砂抗侵蚀性能的影响

研究了不同掺量PVA纤维水泥胶砂经浓度为10000 mg/L和30000 mg/L的硫酸钠溶液侵蚀后的抗压强度和抗折强度变化规律,并以抗折抗蚀系数为指标评价了碱环境下PVA纤维对水泥胶砂抗侵蚀性能的影响。结果表明:随PVA纤维体积掺量的增加,水泥胶砂拌和物的流动度逐渐减小;经硫酸钠溶液侵蚀后,各组试件的力学性能和抗折抗蚀系数均有不同程度降低,高浓度和长侵蚀龄期对水泥胶砂的抗侵蚀性能影响较显著;对比基准组,掺入PVA纤维可有效提高水泥胶砂的力学性能和抗折抗蚀系数,且PVA纤维体积掺量为0.2%时效果最好。     

碳酸盐岩上覆红土的成因研究

 碳酸盐岩上覆红土的成因一直悬而未决,致使它成了制约我国红土、岩溶等学科领域进行系统深入研究的关键问题,越来越多欠客观科学的红土、岩溶研究结果又使它成为亟待解决的重要问题。通过对我国学术界在碳酸盐岩上覆红土成因认识、研究过程中出现的主要问题进行评述,在此基础上提出一种全新的研究思路,由此建立的碳酸盐岩上覆红土的形成模式既能系统科学地解释长期以来没有解决的诸多红黏土与碳酸盐岩之间的复杂关系,又能客观合理地解释自然界碳酸盐岩上覆红土形成的真实原因,该研究成果对红土、岩溶研究具有重要的指导意义。     

Experimental study on suffusion under multiple seepages and its impact on undrained mechanical responses of gap-graded soil

An experimental investigation of multiple seepage-induced suffusion and its impact on the mechanical responses of internally unstable gap-graded soil, with a fines content of 25%, is presented in this paper. Using a modified triaxial erosion apparatus, with a redesigned seepage control system, erosion tests under multiple seepage conditions, as well as undrained monotonic and cyclic compression tests, are performed. It is found that multiple seepages cause an eroded mass without a marked change in volume and with a change in hydraulic conductivity as the number of seepage cycles increases. The monotonic compression tests show that eroded soil presents a smaller peak strength, residual strength, and a greater contractive response than non-eroded soil. The peak strength and stiffness of eroded soil are seen to decrease considerably as the number of seepage cycles increases. Multiple seepage-induced suffusion may create a collapsible soil structure in eroded soil, as shown by sudden decreases in deviator stress and stiffness, coupled by sharp increases in pore water pressure at small strain levels. As eroded soil might already be unstable, cyclic loading causes it to collapse, revealing a sudden increase in the generation of cyclic pore water pressure and a decrease in liquefaction resistance. The results highlight the importance of conducting laboratory tests to determine the impact of internal erosion on the strength and liquefaction resistance.     

Numerical Analysis of the Erosion and the Transport of Fine Particles within Soils Leading to the Piping Phenomenon

About 50% of the world's dam failures are triggered by piping, which is a primary cause of embankment breaks. The phenomenon of piping results from the erosion of soil particles and their transport within a soil mass. In this paper, a numerical method is proposed to analyze the erosion within soils and the transport of eroded soil particles by adopting the concept of the erosion rate of soils. In such an analysis, the saturated-unsaturated seepage flow of the pore liquid, the detachment of the soil particles from the soil fabric, and the migration of the eroded particles are taken into consideration, and the equations related to the conservation of the pore liquid and the eroded soil particles are numerically solved. This numerical simulation allows for the procurement of the temporal alteration and the spatial distribution of the porosity, the particle size distribution, and the concentration of the detached soil particles in the pore liquid, as well as the distribution of pore liquid pressure. The results have revealed that the method can reproduce the experimental data from previous studies on the internal erosion of soils and that it qualitatively predicts, from the numerical experiments, the typical development of piping within soils, such as soil blocks and embankments, as the solutions to the initial and the boundary value problems of the governing equations.     

海水环境下混凝土耐久性研究

采用岩相分析、X射线衍射分析、化学分析和扫描电镜/能谱分析等方法,对珠江三角沿海地区某30年跨海大桥桥墩混凝土开裂的原因及其耐久性问题进行研究。研究结果表明,该海工混凝土含有碱活性细集料,在海水环境下发生了碱-集料反应;海水的镁盐也侵蚀了混凝土,在粗裂缝的表面生成了大量的氢氧化镁沉淀;碱-集料反应与海水镁盐侵蚀等复合作用导致混凝土开裂。这是我国首例海水环境下混凝土因细集料发生碱-集料反应,并受镁盐侵蚀而造成复合破坏的报道。海工混凝土需综合考虑海水环境的影响,在选用集料时,应检测其碱活性,避免使用具有碱活性的集料。具有碱活性的细集料对混凝土耐久性的影响需引起重视。     

Particle erosion in suffusion under isotropic and anisotropic stress states

In this study, a set of laboratory experiments is conducted to investigate the erosion behaviors of soils subjected to suffusion under isotropic and anisotropic stress states. The results show that the amount of eroded particles gradually increases with the erosion time under isotropic stress states. The final accumulative particle loss approaches a constant if the erosion time is sufficiently long under a given erosion gradient. The erosion behaviors under anisotropic stress states are similar to those under isotropic stress states, as long as the amount of particle loss is small. However, if the erosion amount is high enough to reach a critical value, the specimen collapses and undergoes significant volumetric deformation. Based on these erosion behaviors, an analytical expression for the erosion rate is developed to quantify the erodibility of cohesionless soils. Moreover, an energy-based model is used to interpret the erodibility of soils. The mechanism of the effects of the stress state on the erosion behaviors, especially the collapse of specimens, is explained. It is concluded that the evolution of the strain-stress behaviors and the rearrangement of the microstructure are the main reasons for the differences between the erosion behaviors under isotropic and anisotropic stress conditions.     

辽东湾海岸侵蚀病害模式及其等级分布

为查清辽东湾海岸侵蚀的发育类型及等级分布规律,选择辽东湾典型海岸段为重点研究区域,结合现场调查及相关资料,对辽东湾海岸侵蚀情况进行了细致研究,结果表明,辽东湾海岸侵蚀按病害模式来分,可分为冲磨蚀型、浪坎坍塌型、块状崩落型、岩溶凹陷型、界面滑移型5种类型;按蚀淤程度划分,可分为严重侵蚀、强侵蚀、侵蚀、微侵蚀、稳定5种等级。其中,沙质海岸侵蚀模式以浪坎坍塌型为主,基岩海岸侵蚀模式主要表现为块状崩落型和岩溶凹陷型,粉沙淤泥质海岸侵蚀模式以冲磨蚀型为主。这有助于辽东湾海岸带减灾、防灾目标的实现,为海岸侵蚀灾害的进一步研究打下基础。     

宽级配粗粒土的内部侵蚀试验及其稳定性判别

强降雨入渗条件下宽级配粗粒土中的细颗粒会由于孔隙流体的作用发生内部侵蚀。细颗粒的运移改变了土体的微观结构,土体的水力、力学性质随之变化。利用自行研发的刚性壁渗流侵蚀实验装置,对颗粒粒径介于0.002～10 mm的9种间断及连续颗粒级配粗粒土试样进行渗流侵蚀试验,提出一种新的基于试验的内部稳定性判别标准。实验结果表明:对于宽级配粗颗粒土,内部侵蚀改变了土体的渗透系数,最终导致渗透系数下降;粗颗粒的缺失导致内部稳定性降低,渗流作用下,连续颗粒级配土也可能是内部不稳定土;侵蚀土颗粒累计质量可以度量土体内部稳定性,在容许水力梯度范围内侵蚀量超过总质量5%的土体可划分为内部不稳定土;Kezdi几何标准更适用于评价宽级配粗粒土的内部稳定性。