敦煌莫高窟围岩稳定性及环境保护

本文在对莫高窟遗址现场地质调查，洞窟岩体试验分析资料基础上，介绍了莫高窟场地的地质条件，洞窟围岩的岩石学特征及工程性质，分析了洞窟岩体可能的变形破坏方式及已有加固工程建筑物的变形特征。本文还就遗迹环境保护问题行进了简要说明。     

砌块干密度对回填施工接缝砌块体系的膨胀特性影响研究

通过室内模拟试验,采用膨润土粉末对压实膨润土砌块之间的接缝区进行二次填充,利用自主设计的刚性壁膨胀仪,以砌块干密度为基本变量,对恒体积条件下不同干密度砌块接缝以及砌块顶部的膨胀应力进行监测,分析接缝密封后砌块体系的膨胀特性。试验表明:经二次填充后的含接缝砌块体系,其膨胀应力优先向接缝区域发展,径向膨胀应力发展快于轴向,有利于砌块接缝区域的封闭。在相同接缝充填的条件下,随着砌块初始干密度的增大,砌块体系接缝区域的最终膨胀应力增大,到达最大膨胀应力时间缩短,接缝区域愈合速度加快。由于接缝的存在,砌块区膨润土吸水膨胀后首先对接缝内孔隙进行充填,轴向应力降低,产生“应力补偿”现象。砌块干密度越低,应力补偿现象越明显。根据砌块的轴向应力曲线将砌块轴向应力发展过程分为3个阶段:快速增长阶段、稳步发展阶段和应力调整阶段。其中快速发展阶段主要受砌块初始干密度的控制,而稳步增长阶段则受到水分迁移、侧壁摩擦力以及接缝愈合速率的影响更多。相较于完整样,含充填接缝的砌块体系膨胀应力分布状态趋向于等向应力分布,提高了整个屏障体系的均质化程度。     

酒精湿化法调配压实膨润土缓冲回填材料含水率研究

压实膨润土砌块在我国高放射性废物处置中发挥着缓冲回填工程屏障的作用。然而,膨润土材料塑性极强,水分极易拌和不均,易导致压实砌块干缩开裂,显著降低了砌块质量。提出一种采用酒精代替纯水来湿化膨润土的新方法,以提高压实膨润土质量。对比喷水法,酒精湿化法中酒精浓度设计在5%～35%间。通过分析膨润土与酒精混合物的混合效率、黏附质量损失率、混合物中团聚体的含量、压实样干缩前后强度、干缩裂纹规律、干燥效率、膨胀性等指标综合评价酒精湿化压实膨润土样的适用性。试验结果表明：在相同含液率情况下,随酒精浓度增大,所得膨润土样的混合效率明显提高,黏附质量损失率及团聚体含量明显降低;压实样内团聚体与干缩裂纹及试样质量间具有较好对应关系。此外,酒精湿化法所得压实样在压实方向密度分布更均匀,干缩裂纹数量及宽度明显变小,风干试样剪切强度及膨胀性均与加纯水试样较为接近,压实样均匀性与完整性明显提高。新方法及相关成果可供我国高放废物缓冲回填砌块制备参考。     

压实粘土里衬的渗透性

本文综述了近年来压实粘土里衬的渗透试验资料，分析了室内与野外压实土渗透系数不协调的原因，认为水力缺陷是影响野处粘土野衬渗透性的主要因素，指出了固体废物处理场压实粘土里衬获得低渗透性的主要施工对策。     

基于内外功率比的非直线坡面型边坡的稳定系数研究

在边坡稳定性上极限分析中, 由于考虑了材料的理想弹塑性本构关系与相关流动法则, 相比极限平衡法更符合岩土材料的特征。在以往的二维边坡极限分析上限法中, 要求坡面形态为规则的直线, 而无论是天然边坡还是人工边坡, 边坡的坡面形态往往并非规则的直线。此外, 以往的边坡极限上限分析中得到的稳定数N_s=c/γH主要针对土坡的临界高度计算, 且未考虑孔压等外力对边坡施加的外功率。不同于传统极限平衡法采用静力学的平衡条件, 本研究针对非直线型坡面边坡稳定性问题, 假定滑动面为对数螺旋线, 基于极限分析上限定理和虚功原理, 提出了一种边坡发生旋转破坏时旋转中心的确定方法, 推导出了非直线型坡面边坡的重力虚功功率和能量平衡方程的解析解, 并提出了基于内、外功率之比的稳定系数K用以评价边坡的稳定性。通过算例比较了不同形态天然边坡的稳定性和人工削坡对边坡稳定性的影响, 并分析了边坡的坡度(β)、土体的内摩擦角(φ)、黏聚力(c)以及孔压系数(r_u)对稳定系数K的影响规律。对于坡度较大的边坡, 通过削坡改变坡面形态提高了边坡的稳定系数K。稳定系数K随黏聚力的增加而非线性增大, 随孔压系数的增加而降低。当黏聚力相对于孔压系数对边坡稳定性影响更大时, 稳定系数K随内摩擦角的增加而增大; 反之, 稳定系数K则随内摩擦角的增加而减小。以上结果符合对边坡稳定性分析的普遍认知, 验证了模型的合理性。另外, 通过将该方法与传统的Bishop法的计算结果进行对比, 发现安全系数F_s=1与稳定系数K=0的临界状态物理意义相同, 稳定系数K随黏聚力非线性增加, 更符合边坡的渐进破坏过程。      

渗透条件对膨润土改性黄土渗透系数的影响

室内采用柔性壁渗透仪实测了膨润土改性黄土的渗透性能,分别在控制渗透时间、围压和渗透压等条件下探究了各自对改性黄土渗透系数的影响。研究表明,试验初期试样的渗透系数在同一数量级上有较大波动,随着持续时间增加渗透系数趋于稳定,稳定后几乎不随时间发生变化,增大围压和渗透压都可以引起改性黄土渗透系数在同一数量级上降低。因此,在填埋场设计时可以通过预测防渗衬里的围压和渗透压来预留渗透系数的安全储备。     

混合型缓冲回填材料膨胀力试验研究

与纯膨润土相比,混合型缓冲回填材料（膨润土与石英砂混合物）能够实现防渗阻隔能力、热传导性能、力学强度和可施工性能的最佳组合。选用高庙子钠基膨润土（GMZ001）为缓冲回填材料的主料,添加不同比例的石英砂,对掺砂比分别为0、10%、20%、30%、40%和50%的膨润土-砂混合物压实试样进行室内试验。结果表明,混合物的液限、塑限随掺砂率的增大而线性降低;膨胀力随时间呈指数增长。初始含水率较大时,最大膨胀力随初始含水率的增大略有降低。掺砂率一定时,最大膨胀力随初始干密度指数增长。提出了有效黏土密度的概念,建立了一定初始含水率条件下,任意掺砂率和初始干密度的高庙子膨润土-砂混合物最大膨胀力归一化模型,为混合型缓冲回填材料膨胀力的预测与控制提供了依据。     

废轮胎颗粒与黄土混合物压实性能研究

选择废轮胎颗粒以0～50%的掺量与黄土混合,研究了混合土的压实特性,并采用专门设计的环刀击实设备,对环刀击实和标准击实进行了对比分析。试验结果表明,掺量小于20%时混合土的压实特性类似黄土,掺量大于40%时的压实特性类似无黏性土;不同掺量的混合土最大干密度与最优含水率存在幂函数关系,击实能对10%～30%掺量的混合物有效最大干密度影响较小;不同击实能下掺量与最优含水率存在函数关系;混合土存在最佳压实掺量,轻、重型击实能下分别为30%和40%左右。根据室内试验结果,给出了不同掺量混合土击实指标建议值供设计参考。     

土建筑遗址干湿耐久性研究

选择新疆交河故城原状生土试样和重塑土试样进行了干湿循环试验,之后进行了风洞试验和强度试验,研究土建筑的干湿耐久性。试验结果表明,在试样原始含水率比较低的情况下,试样首先经历了一个质量增大的过程,3个干湿循环后,试样的质量变化进入一个相对稳定的范围。随着增湿与脱湿过程中伴随的水分质量的变化,试样质量的整体趋势是减小的。随干湿循环次数增大,原状试样的强度减小,风蚀量增大,即耐久性持续变差。相反,随干湿循环次数增大,重塑样的强度反而增大,风蚀量减小,即耐久性有所提高。重塑样由于重塑过程中其微观结构受到破坏,强度弱化。干湿循环在某种意义上对重塑土起到“陈化作用”,愈合损伤的微结构。初期重塑土强度随干湿循环次数的增加逐渐增强,而后强度逐渐衰减抗风蚀能力减弱。