饱和黏土高压压缩特性的微观机制——研究现状与思路

通过归纳分析发现,适用于描述常压条件下黏土压缩特性的扩散双电层理论和不平行板模型均不能对高压条件饱和黏土的双线性压缩特性进行解释。将黏土的孔隙划分为团聚体间、颗粒间及颗粒板内三层面可很好地对饱和黏土的高压压缩过程进行定性描述：高压条件下,除团聚体间及板间扩散双电层两部分的自由水分子的排出外,晶层间规则排列的结合水分子也将被逐层挤出。而该小间距条件下,基于扩散双电层机制的理论解释已不再适用,且由于水分子与晶层间的特殊结合,其他Non-DLVO作用力的出现亦必须重新加以考虑。基于此,提出了从理论上利用格子密度泛函理论描述黏土矿物界面外水分子的特殊结合形态,并嵌入该格子模型于分子动力模型中,从分子尺度研究高压条件下水-界面间的相互作用,从而最终建立基于分子层面黏土高压压缩本构关系的新思路。     

钠蒙脱土晶层间水分子结构分子动力学模拟

对晶层间不同含水量的蒙脱土-水-离子体系以及NaCl水溶液进行分子动力学模拟,并比较了矿物晶层间水分子及离子特性与水溶液中的差别。模拟结果表明：层间补偿阳离子受蒙脱矿物同晶置换位置影响,而层间水分子则与四面体氧原子形成氢键配位,沿矿物表面定向排列;层间水分子及离子受黏土矿物几何限制及表面电荷的影响,其沿zz方向的扩散系数很小,且总扩散系数也要小于NaCl水溶液;层间水分子中氢、氧原子间及其与钠离子间的径向分布函数峰值强度要高于水溶液,也说明了晶层间水的聚合程度更高。以上结果定量描绘了晶层间水分子的结构形态,同时也充分说明了晶层间水分子的结构明显不同于自由水,为下一步研究黏土的高压力学特性奠定了基础。     

华东矿区深厚黏土层自重沉降模拟分析

华东矿区上覆有厚表土地层,该区域存在立井井筒周围地表长期持续沉降的问题。此沉降是否可能含有深厚黏土层尚未完全稳定的自重固结贡献值得怀疑。结合文献中华东矿区地层地质资料,基于Gibson大变形固结理论对深厚黏土地层自重固结过程进行了计算研究,分析了不同地层厚度与地层埋深对自重固结沉降量和固结时间的影响。结果表明:对于埋深超过150 m、土层厚度小于百米的黏土地层,由于其地质年代普遍早于中更新世,其自重固结变形已经完全稳定;而对于埋深为75 m、厚度超过77 m的黏土地层,其地质年代可能处于中更新世的尾段,存在自重固结尚未完成的可能,但其导致的年沉降量较小。     

高压下饱和黏土B系数研究

为了对高压与常压固结后饱和黏土B系数之间存在差异性与否,及其影响因素展开研究,利用GDS三轴试验机开展了固结压力为2 MPa的饱和黏土等向固结试验,其中特别设计进行了高压固结前后的B系数检测试验。试验结果表明:"饱和"黏土高压固结B系数明显小于1的原因在于试样无法达到饱和度100%的理想饱和状态,而并非先前研究报道的高压固结后黏土样内孔隙水以物理性质明显不同于自由水的结合水为主。另外,饱和黏土高压固结过程中,孔压完全消散明显滞后于常规体积变形–时间对数曲线上主固结完成点的出现;高压固结后饱和黏土B系数达到稳定的时间明显长于常压相应值。     

胶基电敏复合材料传感技术实测加筋土墙的变形

针对目前土工合成材料变形测试中存在的问题,研发了胶基电敏复合材料传感技术。通过在橡胶绝缘基体中充填导电填料获得具有导电、力敏、柔韧、高弹等特性的复合材料,基于此种复合材料制作了具有测试低模量、柔性基材及大变形等特点的土工筋带变形测试传感器。利用该传感技术对某露天矿选煤厂槽仓基坑工程中的加筋土挡墙进行了现场实测。结果表明,筋带拉力与埋深成正比关系;单条筋带中,受力最大点位于沿筋带长度1/2~2/3处,筋带受力处于安全状态。新型传感技术为加筋材料变形测试提供了新的方法与手段。     

非均质厚冻结壁的黏弹性径向分层计算模型

介绍考虑冻结壁径向非均匀的黏弹性分层计算模型,计算结果表明：冻结壁环向应力随着径向温度场变化,在冻结管圈径位置出现突变点,这和均质冻结壁的计算结果明显不同;冻结壁径向应力由内到外非线性增加,并逐渐过渡到水平土压力。考虑径向非均质条件,井帮的径向变形较均质冻结壁小25％～30％,可充分发挥冻结壁的承载和变形性能,有效减小...     

Earth pressure coefficient at rest during secondary compression

In order to obtain the earth pressure coefficient at rest (K ₀) at higher consolidation pressures during secondary compression, a series of K ₀ tests for saturated reconstituted clay were conducted. The results indicate that the measured K ₀ in secondary compression can be described by equations related to internal friction angle, secondary compression coefficient, compression index, recompression index, and sediment time. Effects of consolidation pressures and sediment time on K ₀ during secondary compression can be attributed to cementation (part of cohesion) increase and internal friction angle decrease. Cementation increase leads to nonlinear variation for K ₀ and internal friction angle decrease results in increase of K ₀. K ₀ computed by equations associated with internal friction angle is overestimated at apparent lower consolidation pressures with different sediment time, which agrees with the measured values well at apparent higher consolidation pressures.     

土力学课程有限元软件的优化与应用

为了弥补当前土力学课程实践教学环节的不足,在前期开发的土力学教学有限元仿真软件基础上,新增了三个计算模块,使得该软件涵盖了平板载荷试验、三轴试验、恒定渗流、简单边坡稳定性和挡墙土压力分析等土力学课程中所有重要问题的分析。另外,在每个仿真模块中添加了关于该模块的土力学原理、有限元基本理论和实现方法,以及模型计算参数的含义与经验取值范围的介绍,提高了软件的易用性。优化后的软件涵盖内容全面,具有更好的容错性和易用性,能够服务于土力学课程的本科教学,达到以"虚"补"实",激发学生学习兴趣和提高学生学习能力的目的。     

高应力水平下深部黏土力学特性微观分析

深部黏土在不同应力水平作用下会表现出不同的力学特性,已有试验结果表明高应力水平下正常固结饱和深部黏土的压缩指数和内摩擦角均小于中常压下相应值。为揭示深部黏土力学性质发生上述变化的内在机理,首先利用现有基于双电层理论推算高压黏土压缩曲线的计算方法对试验结果进行验证计算,发现其低估了深部黏土在高压下的压缩性,分析表明原有的两黏土薄片中点无量纲势函数与黏土薄片无量纲距离参数的对数假设关系存在不合理之处,利用新提出的假设以及相应的计算方法获得的预测计算结果能够很好地与试验结果相吻合。然后利用弹性黏着摩擦理论对内摩擦角随应力水平变化进行了计算分析,结果表明在 0.2 MPa 作用下土的摩擦系数是 1.6 MPa 相应值的 2 倍,与实测结果基本一致。     

变冷端温度的人工冻土冻结试验研究

针对人工冻土边界温度变化迅速的特点展开了变冷端温度的人工冻结试验研究，结果表明采用的试验方法可以较好地控制人工冻土冷端边界温度和土样的初始温度场，这为冻土试验的可重复性提供了保证。