干湿循环下煤矸石改良膨胀土表面特性研究

利用煤矸石改良解决膨胀土干燥开裂造成的工程灾害,通过不同煤矸石粉掺量的膨胀土收缩试验,确定煤矸石粉的最佳掺量,对干湿循环下土样表面的裂隙图像进行分析,检测土样表面及裂隙面的粗糙度,根据土样表面特性分析煤矸石抑制膨胀土收缩裂隙发育的机理.结果表明,在干湿循环下,当煤矸石粉掺量为9％时,膨胀土收缩性得到较好的抑制,裂隙面积...     

纤维和煤矸石粉对膨胀土胀缩特性改性研究

为改善膨胀土的胀缩特性,利用聚丙烯纤维和煤矸石对内蒙古兴和县高庙子乡膨胀土进行改性,设计4种不同改性方案的复合土样,分别为纯膨胀土、纤维改性膨胀土、煤矸石改性膨胀土和纤维-煤矸石改性膨胀土,对4种复合土样进行膨胀率、收缩率和回弹模量试验。结果表明,纤维-煤矸石改性膨胀土的自由膨胀率和无荷膨胀率均最小,较纯膨胀土分别降低41%和54%;4种土样线缩率受含水率变化影响较大,含水率较小时,煤矸石对膨胀土线缩率的抑制作用较纤维小;随着含水率增大,煤矸石对膨胀土线缩率的抑制作用开始增大;纤维对膨胀土的体缩率抑制作用较煤矸石小,4种土样中,纤维-煤矸石改性膨胀土的体缩率最小,较纯膨胀土降低32%;各土样回弹模量随含水率增大而减小,在较大含水率时,纤维-煤矸石可减小水分子对膨胀土内部结构的破坏,从而使土体抗变形能力提高。     

煤矸石粉改良膨胀土的试验

针对南方地区广泛存在的膨胀土路基病害处置及煤矸石资源化利用需求,采用煤矸石粉改良膨胀土的胀缩特性.通过现有的公路工程土工试验规程中的室内试验方法,利用击实试验确定最佳含水率和最大干密度,再进行直接剪切试验和无荷载膨胀率试验,研究分析在掺入6%,8%,10%,12%煤矸石粉下膨胀土的黏聚力c,内摩擦角和无荷载膨胀率的变化规律,比较素膨胀土和改良土的效果,并通过扫描电镜试验分析膨胀土的改良机理.结果表明:随着煤矸石粉掺量的增加,膨胀土的抗剪强度提高,无荷载膨胀率减小,黏聚力和内摩擦角均有提高,煤矸石粉能够有效地降低膨胀土的胀缩性和改良膨胀土的抗剪强度,得出了改良膨胀土的物理化学机理及微观结构机理,并且确定了煤矸石粉的最佳掺量为8%,为有效改良膨胀土路基、资源化利用煤矸石提供科学依据和有效改良方法.     

煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究

针对煤矸石混凝土结构耐久性问题,制作煤矸石混凝土立方体试件,进行抗硫酸盐侵蚀试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比和干湿循环次数对煤矸石混凝土耐久性的影响.结果表明:煤矸石混凝土抗压强度随干湿循环次数增加呈先升高后降低的趋势;干湿循环15次时,煤矸石混凝土抗压强度耐蚀系数与粉煤灰掺量呈负相关,与水胶比关系不大;干湿循环大于30次时,煤矸石混凝土抗压强度耐蚀系数与粉煤灰掺量呈正相关,与水胶比呈负相关,相关显著性强弱表现为干湿循环90次＞干湿循环60次＞干湿循环30次.煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀能力能满足一般建筑物要求,这为煤矸石混凝土应用提供了试验依据.     

深部裂隙岩体硅质自应力注浆加固机制与试验

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩性造成浆岩界面松弛及充填不满问题,提出了裂隙岩体自应力注浆加固概念。通过外加剂促使浆液结石体在约束空间内体积膨胀,当膨胀剂掺量超过补偿水泥自收缩的临界掺量时,结石体体积膨胀除补偿水泥基材料自收缩外,在裂隙岩体的约束空间内能够对裂隙壁产生一定的膨胀应力,膨胀应力能够增大浆岩界面的挤压作用,改善岩体的约束受力状态。通过超细硅质浆液膨胀率测试、约束浆液结石体强度试验、约束浆液结石体微观结构分析等研究自应力浆液加固机理,通过裂隙岩体注浆加固试验验证自应力浆液的加固效果。结果表明:随着膨胀剂掺量逐渐增大,浆液纵向自由膨胀率和约束浆液结石体强度均呈先增大后减小的趋势,10%膨胀剂掺量浆液膨胀效果明显优于其它膨胀剂掺量。硅质自应力浆液结石体的脆性增强,弹性变形延长。10%膨胀剂掺量硅质自应力浆液结石体呈大颗粒状,颗粒相互搭接,形成网状结构,有利于结石体强度发挥,其密实性明显优于普通浆液结石体。25%膨胀剂掺量浆液结石体晶体大小不均,颗粒空隙较大,其密实性明显弱于10%膨胀剂掺量自应力浆液结石体。自应力注浆砂岩的峰值强度和弹性模量分别为普通注浆砂岩的1.1...     

掺砂改良红黏土室内试验研究

试验所用江西地区红黏土的力学性质良好，但其物理特性不良且易收缩开裂，作为路基填料时需要进行改良。主要研究红黏土掺砂改良后的物理特性及其在干湿循环作用下的收缩开裂情况，对掺砂率为0，10%，20%，30%的改性红黏土分别进行击实试验、液塑限试验、收缩试验和干湿循环试验等室内试验研究。研究结果表明:试验所用江西地区红黏土采用掺20%砂进行改良时，既可以达到改良效果，又具有经济效益。红黏土中掺砂后，物理特性得到提升，收缩开裂现象也得到了一定的抑制。     

引江济淮膨胀土边坡强度特性和稳定性研究

膨胀土边坡常常发生失稳破坏,其强度和稳定特性一直是膨胀土研究领域的重要课题。以引江济淮试验段工程为研究背景,通过室内往复干湿循环试验,开展膨胀土强度特性研究,探索膨胀土边坡失稳原因,并利用Geo-Studio仿真软件进行算例验证。在上述研究的基础上,继续进行膨胀土边坡防裂隙加固法的有效性验证。研究结果表明,膨胀土的抗剪强度（内聚力、内摩擦角）随着干湿循环次数的增加而逐渐减小。内聚力c的衰减主要发生在第1～2次干湿循环过程中,随后c值逐渐趋于稳定。内摩擦角φ受干湿循环的影响没有明显规律性,其衰减幅度要小于内聚力c;随着干湿循环的进行,土体裂隙不断开展,而裂隙开展才是膨胀土强度降低继而引起边坡失稳的重要原因;通过对换土及土工膜覆盖2种加固工法的算例验证,表明防裂隙法能对膨胀土边坡的加固起到良好作用。     

干湿循环下红黏土边坡破特征的模型试验研究

为探讨红黏土边坡的失稳机理,在室内建立坡率为1∶1.5红黏土边坡模型,并进行干湿循环试验,研究红黏土干湿循环特性,并观察试验过程中边坡表面破坏发展及裂隙的发育。试验表明,干湿循环下,总体坡体随降雨次数增加的破坏演变规律为:溅蚀-面蚀剥落-细沟冲蚀-冲沟发育-冲沟贯通,未见明显的滑动面,验证了干湿循环条件下红黏土边坡的破坏和其他土类不同。     

粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响

为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%~69.8%,膏体流变性、泌水率、抗压强度和干缩率的变化情况。结果表明:1随粉煤灰掺量的增加,膏体流变性减弱,黏聚性增强,泌水率减小。2随粉煤灰掺量的增大,不同龄期膏体抗压强度变化不同,3 d强度变化不大,在0.5 MPa左右;7 d强度呈先增后降的趋势,在66.7%掺量时最大达到2.5 MPa;14 d强度于67.8%掺量前在4 MPa上下变化,在68.9%掺量时达到6.9 MPa;28 d强度发展缓慢,与14 d变化趋势相似。7~14 d水化作用显著,强度增长量能达到28 d强度的40%~60%。3膏体的干缩量随粉煤灰用量增加而减小,与龄期近似满足对数关系。且膏体干缩量曲线160 d开始趋于平稳,干缩率不超过0.2%。     

煤矸石粉改良膨胀土抗剪强度机理分析

为提高煤矸石利用率及解决公路工程选用膨胀土时需对其进行改良的问题,论文将煤矸石粉作为膨胀土的改良剂,通过室内直剪试验,对比分析掺4%、8%、12%煤矸石粉对膨胀土抗剪强度的影响,并通过煤矸石浸泡液pH值及X射线衍射分析了改良机理。结果表明:抗剪强度的增加主要是由于黏聚力的增加,改良机理为煤矸石稳定后的浸泡液pH值在3.8~5.8之间,溶液为酸性,导致膨胀土的含水率降低,黏聚力增大,且XRD衍射图谱中经过经浸泡过后的煤矸石的衍射强度减小,证明其发生了一系列化学反应,析出的物质可与膨胀土胶结或发生离子交换反应提高了黏聚力,从而增加了膨胀土的抗剪强度。     

基于响应面法的采空区膏体充填材料强度影响因素研究

以大同东周窑煤矿采空区膏体充填材料为研究对象，通过室内流动性试验、保水性试验、抗压强度试验确定了煤矸石粉掺量、水泥掺量、减水剂掺量的配比。使用响应面软件设计了膏体材料试验方案，探究以煤矸石为主要成份的膏体材料在煤矸石粉掺量、水泥掺量、减水剂掺量3种因素及各因素两两交互作用下对膏体材料强度的影响规律，建立了3、7、28 d养护龄期的膏体材料强度与3种因素间的响应面回归模型，得到了膏体材料最佳配比。试验结果表明：水泥是膏体材料强度的最重要影响因素；水泥与减水剂的交互作用对膏体材料强度影响最大；膏体材料最佳材料配比为：煤矸粉掺量为10%、水泥掺量为11.7%、减水剂掺量为0.926%。     

邯郸击实膨胀土的胀缩特性研究

在室内膨胀土测试试验的基础上,对邯郸膨胀土击实土样的胀缩特性进行了研究.分析了击实土样的膨胀力与初始含水量、初始干密度,以及膨胀率与压力、初始含水量和初始干密度的定量关系.结果显示:膨胀力和膨胀率均与初始含水量呈负线性相关,与初始干密度呈正线性相关;膨胀率与压力呈负指数相关.同时还根据膨胀土胀缩变形的物理机制,对各因素对膨胀土的影响机制进行了分析.     

邯郸击实膨胀土的胀缩特性研究

在室内膨胀土测试试验的基础上,对邯郸膨胀土击实土样的胀缩特性进行了研究。分析了击实土样的膨胀力与初始含水量、初始干密度,以及膨胀率与压力、初始含水量和初始干密度的定量关系。结果显示:膨胀力和膨胀率均与初始含水量呈负线性相关,与初始干密度呈正线性相关;膨胀率与压力呈负指数相关。同时还根据膨胀土胀缩变形的物理机制,对各因素对膨胀土的影响机制进行了分析。     

邯郸击实膨胀土的胀缩特性研究

在室内膨胀土测试试验的基础上,对邯郸膨胀土击实土样的胀缩特性进行了研究。分析了击实土样的膨胀力与初始含水量、初始干密度,以及膨胀率与压力、初始含水量和初始干密度的定量关系。结果显示：膨胀力和膨胀率均与初始含水量呈负线性相关,与初始干密度呈正线性相关;膨胀率与压力呈负指数相关。同时还根据膨胀土胀缩变形的物理机制,对各因素对膨胀土的影响机制进行了分析。     

氧化镁和聚丙烯纤维对混凝土强度及干缩性能的影响

为研究添加氧化镁和聚丙烯纤维对混凝土抗压强度和干缩性的影响,对不同掺量氧化镁和聚丙烯纤维的混凝土进行了单轴抗压强度和干缩试验。结果表明：适量的单掺氧化镁或聚丙烯纤维均对混凝土抗压强度有提高作用;单掺氧化镁可以补偿混凝土的体积收缩,但掺量较高时,会造成混凝土体积的持续膨胀,降低混凝土的后期强度;在混凝土中同时掺加适量的氧化镁和聚丙烯纤维,可在增加混凝土后期强度的同时,有效减少混凝土早期的体积收缩,并且聚丙烯纤维能够抑制混凝土体积的持续变化。试验结果可以为防止矿山及水利工程隧道衬砌混凝土的收缩开裂提供参考。     

膨润土干湿循环变形实验研究

膨润土作为防渗材料填充在煤炭开采产生的采动裂隙区保护地下水资源的过程中,地下水位的变化使膨润土受干湿循环作用。为获得膨润土干湿循环条件下脱湿与吸湿变形规律,对不同初始含水率膨润土试样进行脱湿与吸湿变形实验。结果表明,膨润土脱湿变形呈现明显的非均匀性且出现龟裂现象。利用Matlab编程识别图像方法,得到了不同初始含水率下膨润土脱湿收缩与吸湿膨胀变形随含水率变化规律曲线,从中可以看出,膨润土脱湿收缩过程曲线斜率变大,吸湿膨胀过程曲线斜率变小;初始含水率越高,缩胀变形越明显。通过实验数据拟合出了与变形过程和初始含水率相关的双参数递增指数函数关系。膨润土脱湿后重新吸湿,干缩与湿胀曲线不重合,且初始含水率越低,干缩与湿胀曲线越接近。     

弱膨胀土干湿循环效应的研究

对经历不同干湿循环次数的膨胀土试样进行扫描电镜试验及核磁共振试验,对比研究了干湿循环后的裂隙、孔隙、抗剪强度。结果显示,随着循环次数的增加,膨胀土的组合结构发生改变;裂隙随循环次数的增加明显增多。孔隙随循环数次增加而变化,优势孔径大小与最大孔隙大小逐次增加;前两次循环时裂隙发育不完全,孔隙发生变化,抗剪强度降低幅度较大;第4次循环之后,抗剪强度幅度降低较小,但孔隙和裂隙发育幅度明显越来越大,其形貌特征也发生了较大改变。颗粒间的联结强度和土体形貌特征的改变,是引起强度衰减的重要因素。     

孔隙溶液对化学改性膨胀土变形的影响

通过配制不同浓度的NaCl、CaCl_2、AlCl_3 3种浸泡液,模拟膨胀土样所处的不同水化学环境,利用固结试验测定不同浓度、不同阳离子浸泡液条件下膨胀土的胀缩率,用分光光度计测定浸泡溶液的吸光粒子浓度,分析膨胀土样吸附性与胀缩率间的关系,从微观角度揭示化学改性膨胀土的胀缩变形机理。结果表明:NaCl、CaCl_2、AlCl_3浸泡液对膨胀土膨胀性的影响在2 h内较大,增长50%~75%,之后逐渐趋于平衡;随着浸泡液浓度增加,膨胀率呈现逐渐增大的趋势;低价阳离子溶液对土样的膨胀率影响较大。浸泡试样后的溶液比原溶液的吸光粒子浓度大;浸泡液的初始溶液浓度越大吸光粒子浓度越大;富含低价阳离子浸泡液比高价阳离子浸泡液溶出的离子多,说明膨胀土对高价阳离子的吸附性较强。     

煤矸石基质土壤的水分入渗试验研究

为了解煤矸石基质土壤的水分特性,利用室内一维垂直入渗模拟试验,研究煤矸石山山顶、山腰、山脚处及3种矸土质量比(7∶3,5∶5,3∶7)的土壤水入渗规律。试验结果表明,煤矸石的初始入渗率、稳渗率由山脚到山顶逐渐减小,减小关系符合幂函数递减关系。山脚矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山腰的1.111和1.078倍;山腰矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山顶的1.096和1.102倍;矸土质量比为7∶3的初始入渗率和稳渗率分别为5∶5的1.152和1.149倍;矸土质量比为5∶5的初始入渗率和稳渗率分别为矸土质量比3∶7的1.179和1.057倍。矸土混合土壤的初始入渗率、稳渗率均随矸土质量比7∶3,5∶5,3∶7的减小而迅速减小,入渗达到稳定状态的时间随矸土比的减小而增加。考斯加可夫入渗模型更适合作为风化煤矸石的入渗模型;通用经验公式更适合作为掺土较多的矸土混合土壤的入渗模型。最终煤矸石基质土壤的累积入渗量为矸土质量比3∶75∶57∶3山顶山腰山脚。矸石掺土可以显著降低入渗率,提高累积入渗量,有益于煤矸石山水土保持和植物生长。     

某类粉质粘土冻胀与水分变化的试验研究

利用取自祁连山区的某类粉质粘土,分别在塑限和液限两种含水量条件下以封闭和开放两种补水条件开展冻胀试验,以便于了解不同水分条件下这类粉质粘土的冻胀量变化和冻胀发展过程中土样水分变化。试验结果表明,这类土在塑限封闭条件下冻胀量很小,几乎可以忽略;在液限封闭条件下,土样冻胀率可达3.4%;只有在开放补水条件下,土样的冻胀率可达15%。试验结束后,分层测量土样含水量结果表明,冻结锋面以上部分土样含水量增加,其增加量和冻胀量一致;冻结锋面以下部分土样含水量减小,冻结过程中水分迁移是土体强烈冻胀的根本原因。