单轴压缩条件下水泥土细观结构的试验研究

为了探讨单轴压缩条件下水泥土微细结构内部变化规律及对其工程特性的影响,通过单轴压缩条件下不同养护温度及不同土料的水泥土微细结构变化试验,研究水泥土受荷时微细结构的演化规律。利用Geoimage软件提取水泥土微细结构形态参数并进行定量分析,研究孔隙面积比例、颗粒分布分维、颗粒圆度、颗粒定向度、孔隙定向度和欧拉数的演化特性及其对水泥土的密实度,凝聚力,抗压性能的影响。证实土样虽未破坏,但其细部结构形态和参数均发生了明显变化,该变化对水泥土的工程特性影响显著。     

沧州典型地面沉降区土体压缩与固结特征研究

近年沧州市地面沉降主要发展于其市区地下水位降落漏斗中心及邻近郊县的水位漏斗区域.本文以沧州市区钻孔土样为研究对象,通过常规物理测试及不同压力等级下的高压固结试验,分析了土样各物理指标之间的关系,颗粒结构与土体压缩的关系.对土体在不同深度和压力变化下的压缩变形、压缩系数及固结特征进行了研究,得出压缩系数和固结压力在双对数坐标下能呈现出很好的线性关系.对沧州地区以粘性土压缩变形引起的地面沉降研究提供数据支撑.     

工程粘性土微观结构分析技术

粘性土的微观结构是决定土的工程性质的一个十分重要的因素。土的微观结构的研究程度与所用的观察手段密切相关(Mitchell,1993)。本文是作者主持和参加的三个国家自然科学基金资助项目“粘性土微观结构图谱”、“粘性土微观结构的三维定量研究”和“粘性土在变形过程中内部结构变化的无损伤动态研究”的部分成果的总结,反映了我国在地质工程领域中土结构分析技术的一些最新进展。这些进展包括供扫描电镜(SEM)分析用的处理高含水量土样的新技术一冷冻刀切干燥法:测定粘性土颗粒间胶结物化学成分的EDX技术和无损伤探测土体内部结构的CT技术。下面就上述技术作一简单介绍。     

湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨

湛江市地处海滨地带,滨海沉积的粘性土较发育。粘性土是该地区工程建设地基的主要基础持力层。对粘性土物理指标变化与压缩模量的相关性探讨,找出土的物理性质与土的力学强度的关系,从各种关系中总结出各因数的相关性,对工程建设持力层的选择有着重要的实际应用意义。     

土体微细结构变化过程的试验研究方法

提出了一种新的岩土材料微细结构光学图像测量方法。实现了常规土工三轴实验与岩土材料微细结构的联合测试,获得了土体在荷载作用过程中微细结构变化清晰的图像序列,不仅可以定量研究土体在荷载作用下微结构的变化情况,还可利用数字图像相关技术对微细结构图像序列进行相关分析,得出土颗粒在荷载作用下的微观位移场,为建立土体合理的本构关系模型提供试验依据。     

三轴压缩条件下黏性土微细结构变化的试验研究

工程土体在宏观上所表现出来的非连续性、不均匀性和非确定性等复杂特性,取决于土体微细结构的非连续性和非确定性。在前人相关研究的基础上,通过微细结构观测试验,获取黏性土在受力条件下微细结构特征量的变化情况,研究黏性土在连续受力过程中结构参数变化规律,并将其与土体宏观物理力学性质相结合,从而解释和把握基于细观结构层次上的工程土体特性。     

一种测定粘性土微观结构定向性的新技术——D/MAXⅢA型全自动织构测角仪

粘性土微结构定向性研究是掌握粘性土的工程性质的一个重要方面。本文介绍了岩组学中的一项新技术D/MAXⅢA型全自动织构测角仪的功能、结构、测试原理和结果解析,并首次将其应用于粘性土微结构定向性研究,取得了一些较为满意的成果。通过对某地膨胀土样的试验研究,表明这项新技术能全方位地定量地反映粘性土样微观结构的定向性特征,研究成果较好地解释了土的成因,受荷历史以及工程性质。这项新技术的应用将大大有助于提高粘性土微观结构定向性研究的水平。     

保加利亚高等地质及矿业学院K·阿基诺夫博士应邀来我院讲学

今年三、四月份,保加利亚高等地质及矿业学院副教授K·阿基诺夫(Anguelov)应邀来长春地院讲学。讲学的内容有三部分,第一部分为粘性土的微观结构及其成分。在这一部分他重点讲述了四个问题:粘性土成分;结构的研究方法;结构基本单元和结构连结;粘性土微观结构类型和粘土质岩的分类。 关于成分、结构研究方法,他介绍了目前世界上所使用的各种方法,并着重介绍了电子显微镜、x光衍射、热分析等方法在粘性土成分结构研究中的应用和有关注意事项。例如,电镜样品的制备,用     

粘性土微观结构定向性的定量研究

粘性土微观结构的定向性是影响粘性土工程地质性质一个十分重要因素。本文介绍了两种粘性土微观结构定量测试新技术,即D/MAX Ⅲ A型全自动组构测角仪和Videolab图像分析系统;系统地提出了四种评价粘性土微观结构定向性的定量表示方法,即各向异性率、概率熵、粘土矿物定向频率分布函数(F(ф))和粘性土团粒定向频率分布函数(Q(α))。最后对江苏淮阴粘土、粉质粘土和粉土三类重塑固结土的微观结构定向性进行了系统分析。研究结果表明,在相同的固结和制样条件下,由于三类粘性土的粒度和成分不同,其定向性有明显差别,同一试样中,片状粘土矿物的定向性与粘性土团粒的定向性常常是不一致的;选取何种定向频率分布函数评价粘性土的各向异性,应视具体的研究内容和土性来决定。研究成果对于建立各向异性粘性土微观力学模型是必不可少的,具有重要意义。     

软土次固结特性试验研究

为了研究软土的次固结特性 ,进行了一维的固结蠕变压缩试验 ,分析了次固结对固结过程的影响。把饱和粘性土骨架视为粘弹性体 ,提出了一种划分主次固结的方法 ,并以此分析了次固结的作用     

不同级配陷落柱充填体力学特征实验研究

为研究不同颗粒级配陷落柱充填物在不同固结荷载下的力学特性,基于土工固结试验制备不同状态下的相似模拟充填体试样,通过充填体在不同状态下的三轴加载实验、压汞及扫描电镜实验,研究了陷落柱充填体三轴应力状态下的力学特征及微观结构演化机制。结果表明：充填体具有明显的塑形特征,其应力-应变曲线可以划分为4个阶段：孔隙压密段、稳定变形段、变形破坏段和类蠕变阶段。充填体偏应力随Talbol指数n呈先增加后减小的趋势,充填体三轴抗压强度与Talbol指数之间符合二次多项式关系,均满足较高的拟合度并且偏应力强度达到最优的Talbol指数分别为0.71、0.65和0.64;偏应力随着固结荷载的增加而线性增加,增长率随着固结荷载和Talbol指数的增加呈逐渐减小的趋势。结合压汞和扫描电镜测试结果,固结荷载和Talbol指数的变化改变了颗粒间的接触状态,影响着岩土体试样的偏应力强度;随着Talbol指数的增加,充填体内颗粒间的相互作用增强,初始承受的外荷载比例增大,骨架结构效应更加显著,偏应力则主要来自岩土颗粒的接触应力集中。通过力学强度和微观结构特征研究在宏观和微观尺度上解释了充填体的颗粒级配效应提供参考。     

砂土压缩过程中微观结构提取技术研究

对砂土压缩过程中微观结构的提取,有利于认识其在压缩变形和破坏中的微观机制。为实现对砂土压缩固结过程中微观结构的固定、提取和量化,本文设计了一种砂土压缩过程中微观结构提取技术,其主要由环氧树脂胶注入装置和改进的固结仪砂样采集盒两部分组成。在砂土压缩固结试验中,采用步进电机推动注射器中蓝色环氧树脂胶,通过预设的硅胶软管,从透水石底部进入压缩中的砂样。待环氧树脂胶固结后,制作薄片,并用光学显微镜拍摄得到其微观结构图像。应用该技术,能实现砂土在压缩过程中微观结构的固定和提取。本文对3种不同粒径和级配的石英砂进行压缩和固化试验,以介绍该提取技术。在获取其微观图像后,进一步采用PCAS软件对微观结构进行定量分析。     

Numerical study of the biaxial compressive strength of high strength concrete based on a yield design micromechanical approach

This paper presents a numerical study of high strength concrete microstructure effects on its uniaxial and biaxial compressive strengths. Concrete is first represented as a set of angular aggregates interacting within a cement paste matrix. Then, a yield design kinematic approach is conducted at the mesoscopic scale in order to determine the concrete compressive strength for a given loading path. The proposed model, having a low computational cost, is able to capture the main microstructure effects already observed in literature on concrete uniaxial compressive strength, in particular, the aggregates volume fraction and maximal size effects. Finally, the proposed model also predicts the biaxial failure envelope of high strength concrete and confirms some experimental trends observed in literature.     

干湿循环下原状黄土抗压强度试验研究

黄土是干旱、半干旱条件下形成的,具有特殊结构的土,季节性的降雨和蒸发作用必将引起其力学性质和结构改变,从而造成其强度降低和变形增大的问题。通过单轴抗压强度试验探讨了黄土抗压强度与含水率、干湿循环次数的变化规律,借助SEM图像定性和定量分析了其强度变化的微观机制。试验结果表明：黄土单轴抗压强度随含水率的减小表现为非线性的增大;随干湿循环次数的增加而减小,经历多次干湿循环后趋于稳定;含水率增大和干湿循环次数的增加不仅仅会使得粗颗粒的接触方式改变与胶体物质和腐殖质数量减少,还会使得土体孔隙直径增大,大、中孔隙所占百分比之和明显增多,进而从微观结构阐述了土体宏观强度的变化规律。     

沉积岩的一种各向异性模型

给出了沉积岩的一种各向异性模型。用一个各向异性参数描述这类材料的固有各向异性，各向异性参数和单轴抗压强度是一个分布函数，其分布用一个微结构张量和加载方向表示。建立了一个描述各向异性沉积岩变形过程的全塑性模型。用该模型对这一些三轴试验进行了模拟，结果表明该模型能有效地描述沉积岩的固有各向异性。     

工业副产品木质素改良路基粉土的微观机制研究

为揭示工业副产品木质素与土体间的相互作用机制,将木质素应用于路基粉土改良,通过对木质素及其改良土进行无侧限抗压强度、pH值、微观结构、化学元素、矿物成分和官能团等试验分析,研究不同掺量下木质素改良土的力学性能和pH值变化,对比分析改良前后粉土的微观结构变化,并基于化学分析结果探讨木质素的分子结构及与土体间的相互作用,提出木质素改良土体的机制。试验结果表明,改良土强度随木质素掺量增加而增加,掺量超过一定范围时,土体强度降低,木质素改良粉土的最优掺量为12%,且龄期对土体强度有着重要影响;强度与pH值基本呈线性相关关系;改良土微观结构更为致密、稳定,胶结物质将土颗粒相互联结,且未生成新的矿物;木质素通过水解、离子交换、质子化和静电引力等作用,导致双电层厚度减小,带正电荷的木质素高分子聚合物联结土颗粒并填充孔隙,改良土工程性质得以改善。提出的木质素改良土体机制可为工业副产品木质素的工程应用提供理论参考。     

我国煤炭主体能源安全高质量发展的理论技术思考

【目的】为研究多源煤基固废胶结充填体的力学特性及变形破坏规律,选择5种典型煤基固废,开展了煤基固废胶结充填体(Coal-Based Solid Waste Cemented Backfill,CBSWCB)的单轴压缩、声发射响应及微观结构测试试验。【方法】分析了CBSWCB单轴抗压强度的影响因素和交互作用,建立了基于交互作用的抗压强度影响因素四维空间可视化模型,结合CBSWCB的声发射及微观结构特征,阐明了单轴压缩条件下的力学演化特征及宏观变形破坏规律,从微观角度进一步论证了CBSWCB承载过程中水化反应机理及宏细观联系。【结果和结论】试验结果表明：(1)单轴抗压强度的主要影响因素是质量分数,而炉底渣掺量的影响程度最小。(2)单轴压缩下CBSWCB的宏观变形破坏由塑性、弱劈裂破坏逐渐向脆性、剪切破坏转化。(3) CBSWCB试件声发射参数演化可以分为上升期、平静期、活跃期、稳定期,声发射累计振铃计数曲线呈现明显的“阶梯状”增长,累计振铃计数在上升期和平稳期内缓慢增加,在活跃期急剧增加,在稳定期逐渐趋于平缓。(4)水泥掺量偏低以及多源煤基固废充填材料属性差异导致水化反应程度有限,水化产物数量较少是CBSWCB单轴抗压强度普遍偏低的主要原因。研究结果可为多源煤基固废用于充填开采提供一定参考依据。

     

活性MgO碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀性研究

既有研究表明,活性MgO固化土经CO2碳化几小时后其强度能达到甚至超过28 d的水泥固化土强度,碳化反应生成镁的碳酸化合物能有效降低固化土的含水率和孔隙率,提高土颗粒胶结能力。通过室内试验进一步研究碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀特性。采用硫酸钠溶液、硫酸镁溶液浸泡碳化固化土,对浸泡不同龄期后的碳化固化土进行无侧限抗压强度试验和微观测试（XRD,SEM和MIP）,并与硫酸盐侵蚀后的水泥固化土进行试验对比。结果表明：活性MgO固化粉土碳化3 h,试样的无侧限抗压强度可达5 MPa左右,经硫酸盐溶液浸泡28 d后其强度基本保持不变,试样质量变化也不大;而水泥土试样的早期强度（7 d）则有一定增长,随龄期增长,强度大大降低,质量则明显增长。通过对硫酸盐侵蚀前后的碳化土的微观机制分析,发现活性MgO碳化固化土中的镁碳酸化合物的化学成分并未发生明显变化,孔隙结构也未明显改变,从而保证其强度稳定。因此,活性MgO固化粉土碳化后具有比水泥固化土更强的抗硫酸盐侵蚀能力。     

石灰及其外加剂固化天津滨海软土的试验研究

天津滨海软土力学性质较差,不能直接满足工程需要,在软土中加入固化剂能有效提高软土的工程力学性能,但若在固化剂中再添加适量外加剂,又能再次提高固化土的强度。本文以石灰作为主剂,水泥、石膏作为辅剂改良天津滨海软土,以无侧限抗压强度作为固化效果判断标准,同时进行相应的微观结构测试,并对破坏后的试样进行抗压试验。试验结果表明:水泥的最佳掺量仅随石灰掺量不同而变化,如12%的石灰固化土中,水泥掺量不超过3%可以最好地提高石灰固化土强度; 石膏则不能改善土体强度,并且会使土体水稳定性差,遇水开裂。纯石灰固化土及掺外加剂的石灰固化土都是低压缩性土,各种力学性质都得到明显提高,其破坏形式为脆性破坏,破坏后强度很低且不能恢复,在实践中值得重视。微观结构分析表明:固化土中有CSH网状胶凝(水化硅酸钙)、针状钙矾石、无定形文石(CaCO3)、Ca(OH)2晶体等能够填充孔隙、胶结颗粒的物质生成,有效、适量的生成物有利于固化土强度的提高。土体中总孔隙个数及总颗粒个数都随荷载的增加而增多,孔隙面积、孔隙等效直径及颗粒等效直径都随荷载的增加而减少。     

The effect of weathering on pore geometry and compressive strength of selected rock types from Turkey

Weathering processes cause important changes in rock porosity. Besides porosity, distribution of pore sizes is significant for the identification of changes due to rock weathering and its effects on fabric. The formation of secondary porosity in different types of rock taken from different parts of Turkey was examined and the results are presented in this paper. The aim of this study was to observe changes in porosity due to weathering. Effective porosity, mercury intrusion porosimetry, and optical and scanning electron microscopy were used to evaluate the changes in pore geometry of the rocks. Additionally, the dry density, water absorption and uniaxial compressive strength of the rocks at different weathering stages were determined. Analysis of experimental data showed that microstructure of the rocks in relation to weathering is the main feature, which controls their physical and mechanical properties. The study revealed that fabric characteristics, particularly the pore and fracture geometry are very important characteristics for assessment of the behaviour of weathered rock.