考虑板状颗粒间相互作用的黏土强度时效性的微观解释

为了探寻黏土强度时效性的微观机理,将时效强度与板状黏土颗粒搭接方式和相互作用势能联系起来,颗粒间的相互作用力使颗粒朝着势能较低的位置搭接,当颗粒间相互作用势能最低时,时效强度达到稳定值.提出了可考虑两板状颗粒间夹角θ和距离d影响的颗粒相互作用总势能公式,可用Zeta电位代替表面电位来计算势能,计算结果与实际情况相吻合.通过计算可知:①黏土时效强度与电解质浓度有很大关系,电解质浓度较低时(≤10-3 mol/L),两颗粒相互垂直时的总势能最低;电解质浓度较高时(≥10-1 mol/L),两颗粒相互平行时的总势能最低,时效强度几乎不变,甚至会减小;中间电解质浓度是过渡状态;②两黏土颗粒的稳定搭接方式主要是垂直和平行,两颗粒之间总会趋于向稳定搭接方式转化,这也是时效强度经历一定时间而达到稳定值的过程;③解释了黏土触变强度恢复的原因,即颗粒会一直趋于搭接强度最高的垂直稳定搭接.     

修正Kozeny-Carman方程预估黏土渗透系数的研究

Kozeny-Carman方程具有明确的物理意义被广泛用于粗粒土渗透系数的计算.为了提高其预估黏土渗透系数的准确度,首先建立等径球形颗粒理论模型,量化结合水占据总孔隙的份额,计算结果表明黏土颗粒间的孔隙几乎都被结合水占据,渗透性受到了极大的影响.然后利用界限含水率与结合水含量的关系,得到了黏土液限含水率推求有效孔隙比的计算公式,对常用的Kozeny-Carman方程进行修正.最后借助热失重试验测算出合肥黏土中结合水质量占液限的比例系数α0选取合肥原状黏土的相关物理参数,分别代入未修正和修正后的Kozeny-Carman方程中,将得到的渗透系数计算值与室内试验的实测值进行对比,发现经修正的Kozeny-Carman方程能较为准确地预估黏土渗透系数,具有一定的实用性.     

甘肃某浊沸石尾矿制备陶粒及其性能研究

以甘肃某浊沸石尾矿为原料,凹凸棒石黏土为黏结剂,煤粉为造孔剂,通过高温煅烧工艺制备多孔陶粒,并系统研究了黏结剂添加量、煅烧温度、煅烧时间和煤粉用量等因素对陶粒样品性能的影响规律,得出了优化的制备工艺,并运用SEM、XRD表征手段对样品的微观形貌及物相组成进行检测分析。结果表明：在浊沸石尾矿、凹凸棒石黏土与煤粉的质量比为42.5 GA6FA 42.5 GA6FA 15,煅烧温度1 100℃、煅烧时间30 min、升温速度20℃/min的条件下,制备的陶粒样品的堆积密度692 kg/m3,压裂力116.4 N,吸水率25.3%,筒压强度4.7 MPa,符合国标要求。所制备的浊沸石尾矿陶粒表面多孔,且高温条件下原料中的浊沸石、坡缕石等矿相转化为石英和钠长石。该技术为砂石尾矿综合利用提供了一种有效途径。     

电化学抑制煤系黏土岩泥化的孔隙结构作用机制

为解决黏土岩在煤炭洗选过程易泥化的问题,采用低温液氮吸附法,考察了不同电解质浓度条件下煤系黏土岩孔隙结构的变化规律,分析了煤系黏土岩孔隙结构特征变化与泥化的关联,揭示了电化学抑制煤系黏土岩泥化的结构作用机制。试验结果表明,电化学作用可以改变黏土岩的孔隙类型,显著降低黏土岩的比表面积、孔体积、孔隙分形分维数,减少黏土岩微孔比例,提高其平均孔径。这些变化使煤系黏土岩孔隙水化性能减弱,导致其泥化进程被有效抑制。     

间歇性变围压循环荷载作用下饱和软黏土变形特性

交通荷载由循环加载和间歇停振两部分组成,间歇停振对土体动力特性的影响不容忽视。交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。因此,通过对软黏土开展一系列间歇性变围压循环加载试验,对饱和软黏土在间歇性加载和循环围压作用下的变形特性进行了研究,分析了循环围压和间歇停振阶段排水条件对软黏土累积轴向应变的影响。研究结果表明,不同试验条件下软黏土累积轴向应变增量随加载阶段的变化趋势保持一致,即累积轴向应变增量随加载阶段的增加逐渐减小。累积轴向应变增量随循环围压的增大而减小。间歇停振阶段不同排水条件下,试样累积轴向变形变化规律也有所区别：部分排水条件下,循环加载阶段产生的超孔隙水压力在间歇停振阶段消散,试样累积轴向应变在间歇停振阶段有一定程度的增长;不排水条件下,循环加载阶段产生的一部分变形在间歇停振阶段得以慢慢恢复,试样累积轴向应变有所减小。上述研究成果可加深对间歇性循环荷载作用下软黏土变形规律的认识。

     

我国四类衬垫系统防污性能的比较分析

针对力学-化学荷载下压实黏土垫层中一维固结与污染物运移耦合过程,考虑了土体压缩性和渗透性的非线性变化,建立了相应的耦合模型,并利用有限差分法对该模型进行了求解。通过与有限元软件COMSOL Multiphysics计算结果和已有解析解计算结果展开对比分析,对所建耦合模型正确性进行了验证。基于所建模型,比较研究了两种假定情况下力学荷载p_u和渗滤液中污染物浓度C_b对耦合过程的影响。结果表明：当忽略非线性压缩和渗透特性时,力学荷载p_u的增大会使污染物运移速率降低;但当考虑非线性压缩和渗透特性时,p_u的增大会使污染物运移速率增大,这主要是由于污染物运移过程会受对流和扩散作用的综合影响。污染物浓度C_b的增大会使沉降量增大,超孔隙水压力值减小,也会使得污染物运移速率降低;相比于忽略非线性的情况,考虑非线性情况下C_b对沉降量、超孔隙水压力和污染物运移速率的影响会减弱。

     

寒区大坝心墙土料冬季冻融与防控监测

掺混石蜡基相变材料的相变黏土为寒区黏土心墙冬季施工过程中防冻控温问题的解决提供了新途径,但关系到其筑坝服役性态的渗透和力学特性尚需深入研究。基于三轴渗透-压缩试验,研究了相变黏土在不同应力和变形状态下的力学和渗透特性。研究结果表明：相变黏土的应力-应变曲线为硬化型,剪胀现象不明显,其强度指标与其相同初始干密度条件下的纯黏土较为接近,但刚度指标存在差异,分析认为在相同初始干密度下,非极性石蜡基相变材料掺入会显著增加土体的脆性,但对其他力学指标影响较小;相变黏土的渗透系数总是小于相同条件下的纯黏土,表明疏水性的石蜡基相变材料能够显著提升土料的抗渗性;以孔隙比和偏应力水平为变量,建立的回归模型能够很好预测相变黏土在不同应力和变形状态下的渗透系数,可为相变黏土作为心墙筑坝所用的普通黏土的替代材料提供依据。

     

不同粘性均质土坝漫顶溃决实体试验研究

为进一步研究土石坝漫顶溃坝模型与原型之间的相似性问题,从均质黏土坝在水流冲刷作用下的起动极限状态分析入手,提出调整筑坝压实度来降低缩尺模型坝的抗冲刷能力,进而达到漫顶溃坝过程相似性优化的设想。基于黏土的抗剪强度及黏聚力会随着压实度的降低呈非线性减小,以某土石坝工程的漫顶溃坝分析为原型,开展了不同压实度和几何比尺条件下的均质黏土坝相似漫顶流槽试验。结果表明：采用与原型黏土坝相同筑坝密实度的模型坝溃决过程与原型完全不相似,模型与原型之间的差异性会随着几何比尺的增加而愈发明显;适当减小黏土模型坝的压实度能够显著提升模型坝与原型在溃坝形态、溃决时间等溃坝过程相似性。

     

突发堆载引起软土地铁盾构隧道大变形整治研究

下部地层注浆是盾构隧道过大沉降的常用治理措施。结构性软黏土地层中注浆引起的超孔压在注浆后持续消散,导致隧道抬升后因地层固结而发生沉降,进而降低隧道抬升效率。为预测下方地层注浆引起的盾构隧道纵向变形,提出了考虑土体结构性的盾构隧道底部注浆抬升量—沉降量两阶段计算方法。应用于宁波地铁2号线注浆抬升案例,隧道抬升效率计算值约51%,与同为软黏土地层的上海地铁2号线某区间盾构隧道实测抬升效率非常接近。此外,针对注浆参数、地层参数与隧道参数开展了参数分析,结果表明：隧道最终抬升量及抬升效率与土体基床系数、注浆体积呈正相关,与地层屈服应力成负相关;随埋深比增大,注浆区域隧道最终抬升量减小,而抬升效率变化甚微。计算方法可以为软黏土地层运营盾构隧道注浆抬升设计提供理论支撑。

     

考虑黏土非线性特性的锥尖系数小孔扩张计算方法

当前规范中根据静力触探结果解释黏土不排水剪切强度采用的是推荐的锥尖系数,但该系数存在经验性取值的问题,更重要的是当前锥尖系数均是基于理想弹塑性土体模型导得,未考虑土体应变应变的非线性特性。为此,首先在ABAQUS有限元软件中模拟了圆锥贯入过程,评估锥尖阻力q_c,饱和黏土采用双曲线硬化弹塑性模型,并使用ALE重划分技术防止网格发生畸变。有限元结果表明：土体刚度、锥面粗糙度和破坏准则等因素均影响着锥尖系数。同时在有限元中模拟了不排水圆孔扩张过程,得到球孔扩张极限承载系数的表达式。随后建立了锥尖阻力与球孔极限扩孔压力之间的等效换算关系,最后对工程实例进行了计算分析。