第十二届环境岩土工程与全球可持续发展国际研讨会(第一号通知)

由国际环境岩土工程协会(ISEG)主办的第十二届环境岩土工程与全球可持续发展国际研讨会将于2012年6月27日～29日在美国洛杉矶举行。会议面向广大来自学术界、工业界和政府部门的研究人员、工程设计人员以及管理人员,欢迎参加。     

中国极端天气气候事件和灾害风险管理与适应国家评估报告发布

工程中的土体在干旱气候作用下易发育干缩裂隙,裂隙的存在对土体的工程性质有重要的影响。为了研究裂隙对土中水分蒸发过程的影响,在模拟干旱条件下对含裂隙土体开展了一系列室内蒸发试验。采用预制裂隙的方法,制备了一系列包含不同裂隙条数（0~3）和裂隙宽度（5,10,15 mm）的试样,基于获得的含水率、蒸发速率随干燥时间变化结果,重点分析了裂隙条数、宽度和分布特征对蒸发过程的影响机制。结果表明：①裂隙对土体水分蒸发过程有重要影响;②试样的蒸发速率和减速率阶段对应的临界含水率随裂隙条数的增加呈增加趋势,在5 mm裂隙宽度条件下,每增加一条裂隙,试样的蒸发速率增加约14%,对应裂隙面的蒸发通量约为试样表面的15%~18%;③试样的蒸发速率和裂隙面的蒸发贡献随裂隙宽度的增加亦呈增加趋势,裂隙宽度每增加1 mm,试样的蒸发速率增加约2%,当裂隙宽度从5 mm增加到15 mm时,对应裂隙面的蒸发通量从试样表面的18%增加到51%,但裂隙宽度对试样进入减速率阶段时的对应的临界含水率无影响;④裂隙分布对蒸发速率的影响主要由裂隙蒸发面和裂隙腔体内的相对湿度梯度和热量传输控制,并可能存在裂隙宽度阈值效应。

     

不同干密度条件下植被土干缩开裂特性试验研究

植物护坡的干缩开裂现象十分常见。为了探究植被土的干缩开裂特性,开展了一系列室内干燥试验,设置了4种不同干密度（1.3,1.4,1.5,1.6 g/cm³）的植被土试验组和裸土对照组试样,定时测量试样质量并监测其表面裂隙发育过程,采用自主研发的CIAS系统,对土体裂隙进行定量分析。试验结果表明：①随着干密度的增大,植被土蒸散速率逐渐降低。②在相同干密度的条件下,植被土的失水速率比裸土慢,并且产生裂隙时的临界含水率小于裸土产生裂隙时的临界含水率。③植被土的裂隙发育过程与干密度密切相关,随着干密度的增加,裂隙网络形态形成时对应的含水率越高。④与裸土相比,在相同干密度条件下,植被可以降低土体表面裂隙率和裂隙平均宽度,增加土体裂隙密度。

     

纤维加筋微生物固化砂土的力学特性

微生物固化能有效提高砂土的强度,但同样会导致土体破坏时呈现明显的脆性。为了平衡微生物固化砂土脆性破坏的不利影响,提出纤维加筋与微生物固化相结合的改性方法,即将质量分数为0%,0.05%,0.15%,0.25%和0.30%的聚丙烯纤维与石英砂均匀混合,然后基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对土样进行固化,并开展了一系列无侧限抗压试验,同时采用酸洗法测定了各组试样中的碳酸钙含量,进一步分析了试样的微观结构及纤维–土颗粒之间的界面作用特征。结果表明:①在微生物固化砂土中掺入纤维,能极大提高土样的无侧限抗压强度和残余强度,并能显著改善土样破坏时的韧性;②纤维掺量对微生物固化砂土的力学特性有重要影响,无侧限抗压强度随纤维掺量总体上呈先增加后减小的趋势,最优纤维掺量为0.15%,峰后残余强度与纤维掺量呈单调正相关关系;③纤维加筋使微生物固化砂土的峰后应力–应变曲线呈阶梯式下降模式,局部存在波浪式起伏特征;④纤维加筋能够提高微生物诱导碳酸钙的沉积效率和产量,与此同时,碳酸钙的胶结作用对纤维加筋效果具有促进作用。纤维加筋技术与MICP技术相结合能够实现优势互补,对提高工程结构的安全性与稳定性具有积极意义。     

聚丙烯纤维和水泥加固软土的强度特性

在软土中加入水泥能有效提高软土的工程力学性能,是一种常见的软基处理方法。但在一些特定条件下,水泥加固软土的强度存在偏低的现象,无法满足工程要求。提出将聚丙烯纤维的物理加筋作用同水泥的化学加固作用相结合,通过开展室内试验,在水泥土中加入适量的聚丙烯纤维,分别研究软土初始含水量(35%～70%)、纤维掺量(0～0.3%)和长度(6～19mm)对纤维加筋水泥土强度的影响,并对影响机理进行探讨。试验结果表明:当水泥掺量为15%时,水泥土的强度受初始含水量的影响非常明显,最优含水量为55%;纤维的加入能有效提高水泥土的强度,强度值随纤维掺量的增加而增加;当纤维长度为12mm时,其加筋效果得到最大发挥;纤维的加入降低了水泥土的脆性,提高了水泥土的断裂破坏韧性,对提高工程的安全性和稳定性有一定意义。     

多边界条件下缓冲/回填材料的膨胀特性

高放废物处置库中缓冲/回填材料的膨胀特性是评价其屏障性能的关键因素。受试验仪器等条件的限制,以往的膨胀试验基本都是在恒体积和恒应力这两种极端边界条件下开展的,无法有效反映处置库中的复杂应力-应变环境。研发了一套新型的多边界条件膨胀仪,集成了恒体积、恒应力和柔性等刚度3种边界条件。利用该膨胀仪对中国高庙子（GMZ）缓冲/回填材料开展了一系列膨胀试验,分析了边界条件对试样膨胀特性的影响。结果表明：研发的多边界条件膨胀仪具有操作简单、性能稳定等特点,能有效地模拟各种边界条件;边界条件对试样膨胀指标具有重要影响,对应的最终膨胀力关系为：恒体积>柔性等刚度>恒应力边界条件,最终膨胀率关系为：恒应力>柔性等刚度>恒体积边界条件;膨胀平衡极限（SEL）曲线可作为评价土体在复杂边界条件下水化时的最终体变和膨胀力的参考。研究结果对进一步认识土体的膨胀特性和指导高放废物处置库中缓冲/回填材料的设计具有一定参考意义。     

控制厚度条件下土体干缩开裂的界面摩擦效应

土体厚度和界面粗糙度对土体干缩开裂有着重要影响,为了探究土体在不同厚度和界面粗糙度条件下的干缩开裂特性,开展了一系列室内干燥试验。试验中共配置了9组初始饱和的泥浆样,分别设置3种不同的土体厚度和3种不同的界面粗糙度,并在恒温30℃的条件下进行干燥,实时记录试样含水率变化及表面裂隙的演化过程,利用数字图像处理技术,对裂隙网络进行了定量分析,得到不同厚度和不同界面粗糙度条件下土体龟裂的动态发展过程及相关参数。试验结果表明：①界面粗糙度越大,龟裂发育速度越快,然而土体厚度越大,龟裂发育速度越慢,且土体整体收缩效应越明显;②界面粗糙度越大,龟裂发育程度越高,然而增加土体厚度可以削弱界面粗糙度对龟裂发育过程的影响;③土体厚度和界面粗糙度都对土体开裂时的临界含水率有重要影响,且两者对龟裂发育过程的影响具有耦合作用关系。最后,结合土体干燥收缩特性,探讨了上述两种因素对龟裂的影响机理。     

土壤冻结水热耦合有限容积模拟研究

数值模拟是研究非饱和土中水热耦合问题的一个重要技术手段。但在使用数值工具分析非饱和土中水分和热量迁移过程中,现有研究通常忽略水-汽相变以简化计算。为研究水热耦合问题中简化计算的合理性,基于已有的水热迁移理论模型,并充分考虑了热传导、相变、温度梯度、水分梯度和重力势的耦合作用,采用FreeFem++有限元软件自主编制了水热耦合模型计算程序并求解,对非饱和土水热场的演化特征进行了研究。结合地下水位作用和表层蒸发/降雨入渗/干湿循环边界条件以更切合实际边坡工况,分析了蒸发潜热项、自重项、水汽运动和渗透系数等因子在水热耦合问题简化计算中的合理性及其耦合作用机制。研究结果表明：在上述边界条件下,蒸发潜热项考虑与否和相变系数取值大小会显著影响土体温度场的分布特征,影响程度随高度增加而逐渐减弱,但对水分迁移的影响并不显著;考虑自重时和渗透系数较大时两种情况下的表层土体水分迁移更快,稳定含水率更低。

     

纤维加筋土坯的蒸发过程及抗拉强度特性

土坯作为一种生态、低碳和环保的建筑材料,其力学性能是学界和工程技术人员关注的重点.为了提高土坯的综合抗拉特性,提出采用纤维加筋技术对土坯进行改性处理.通过模拟土坯的形成过程,制备了一系列不同纤维掺量(0~0.2%)、初始含水率(16.5%~20.5%)和干密度(1.50~1.70 g/cm3)的压实土坯试样,进行自然干燥处理,并对干燥后的土坯试样开展了一系列劈裂试验,重点分析了纤维掺量和初始压实状态对土坯干燥失水过程及抗拉强度的影响.结果表明:①纤维加筋对土坯的干燥失水过程没有明显影响,但加筋土坯的残余含水率随纤维掺量呈\"先降后升\"趋势;②纤维加筋能显著提高土坯的抗拉强度,但其对抗拉强度的贡献随掺量的参加呈\"先升后缓\"趋势,对南京地区的下蜀土而言,其最优纤维掺量为0.1%,且纤维加筋能有效抑制土坯的脆性破坏模式,改善土坯的残余抗拉强度和韧性;③提高土坯制作时的初始含水率和初始干密度对改善土坯的抗拉强度和纤维加筋效果有较好的正面作用;④纤-土界面的微观力学作用及纤维的\"桥梁\"作用是控制纤维加筋土坯综合抗拉特性的关键因素.     

基于GIS实现黏性土颗粒形态的三维分形研究

利用扫描电镜照片研究黏性土的微观结构是目前应用较为广泛的方法,但多数研究仍以定性为主,定量研究方法十分有限.介绍了利用分形理论定量研究黏性土微观结构的方法,并提出利用图像处理技术结合GIS数据提取技术,通过计算颗粒表面积和体积的方法获取土颗粒形态三维分形维数的方法.该方法简化了颗粒表面积和体积计算过程,提高了分维确定的工作效率.通过对计算图像分形维数的表面积-体积法和面积-周长法进行的对比分析,认为表面积-体积法更能够反应土体的三维特性.