膨润土热传导性能时效性试验研究

在不同初始条件下试验研究了静置时间对高庙子钠基膨润土GMZ07和MX80膨润土压实样热传导性能的影响。在保持试样干密度和含水率不变情况下,将不同初始状态试样分别静置1、5、30、60、100 d,随后采用热探针法进行热传导系数测试,并对部分试样进行压汞试验。试验结果表明：GMZ07和MX80膨润土的热传导系数均随静置时间的增长而减小,静置早期热传导系数减小较快,随着静置时间延续,热传导系数逐渐趋于稳定。在相同干密度下,静置时间引起的热传导系数减小量随含水率的增大而增大。结合压实膨润土试样的微观孔隙结构变化,认为膨润土热传导系数随静置时间发生变化的主要原因是：试样静置过程中,蒙脱石发生水化膨胀,部分土中水转变成热传导性能较差的惰性水,导致膨润土的热传导系数减小。     

基于ANSYS的液压卡盘胶筒的应力分析与优化

针对以往液压卡盘的胶筒在设计中用经验方法确定的安全系数难于保证胶筒结构的可靠性问题,通过有限元分析方法,对胶筒式液压卡盘的胶筒进行了应力分析,确定了对胶筒应力、应变有较大影响的因素。结果表明,在保证足够夹紧力的前提下,减小胶筒外直径,胶筒长度相应增加,并适当增加胶筒肩部倒角,可以有效改善胶筒的受力条件,提高胶筒使用的可靠性,从而可简化卡盘的结构,提高卡盘的可靠性。     

饱和度对玄武岩微波响应的影响试验研究

岩石的微波处理效果受诸多因素影响,其中水是一种良好的吸波介质,能提高岩石的微波吸收能力。为探索饱和度对微波照射后岩石响应特征的影响效果,以不同饱和度的玄武岩试样为研究对象,以升温特性、波速与孔隙度变化以及动态抗拉强度等为参考指标,开展了3 kW功率微波照射的破岩试验。从细观与宏观角度的分析结果表明：（1）水的存在影响了微波照射过程中岩样的升温特性,照射的前15 s内,饱和度低于75%组明显促进了升温速率,而饱和度达到100%则作用相反,升温速率低于干燥组;15～30 s随着含水率的减少与蒸发吸热,含水试样升温速率降低;30～45 s内水分蒸发完毕,含水试样的升温速率接近干燥试样。（2）饱和度差异导致玄武岩在微波照射后发生不同程度的波速与孔隙率的变化,波速降幅范围为8.18%～17%,孔隙率增长范围为18.71%～43.65%,损伤效果并未随饱和度升高而增强。（3）同样照射条件下,50%饱和度组在蒸汽压力和热应力共同作用下快速达到强度极限,试样直接发生破坏。其余组试样大多未发生明显细观损伤,最终动态抗拉强度差距不明显。     

Efficiency assessment of the energy consumption and economic indicators in Beijing under the influence of short-term climatic factors: based on data envelopment analysis methodology

In this paper, the data envelopment analysis (DEA) method is introduced to analyze the input–output efficiency of energy consumption and economic indicators in Beijing city under the influence of short-term climatic factors. Total energy consumption, fixed asset investment, average temperature, precipitation, sunshine hours, average wind velocity and the average pressure being employed as the input variables, gross domestic product (GDP) and per capita disposable income being employed as the output variables, effective technology and the validity of the scale of DEA of 31 decision-making units (DMUs) under the influence of the short-term climatic factors are analyzed, and the inefficient DMUs are improved. Empirical analysis shows that both energy consumption and economic growth are sensitive to short-term climate condition, and the reasonable employing of extreme climatic conditions is a question worthy of consideration. This study provides effective basis for the scientific and reasonable arrangement of Beijing city’s short-term climatic resources and energy–economic development.     

Experimental evidence on formation of imminent and short-term hydrochemical precursors for earthquakes

The formation of imminent hydrochemical precursors of earthquakes is investigated by the simulation for water–rock reaction in a brittle aquifer. Sixty-one soaking experiments were carried out with granodiorite and trachyandesite grains of different sizes and three chemically-distinct waters for 6 to 168 h. The experimental data demonstrate that water–rock reaction can result in both measurable increases and decreases of ion concentrations in short times and that the extents of hydrochemical variations are controlled by the grain size, dissolution and secondary mineral precipitation, as well as the chemistry of the rock and groundwater. The results indicate that water–rock reactions in brittle aquifers and aquitards may be an important genetic mechanism of hydrochemical seismic precursors when the aquifers and aquitards are fractured in response to tectonic stress.     

Experimental study on the influence of vegetation on the slope flow concentration time

Due to the steep slope of mountainous watersheds and large changes in vegetation coverage degree, flood response processes after rainstorms are complicated. The flow concentration time of the slope is a key parameter for the simulation of flood processes. The most widely used flow concentration time formula currently in the distributed hydrological model is T?=?L^0.6n^0.6i^?0.4S^?0.3, which is derived from the kinematic wave theory (Melesse and Graham in J Am Water Resour As 40(4):863–879, 2004; Lee in Hydrol Sci 53(2):323–337, 2008). The flow confluence time T is characterized by the constant exponent of the slope length L, roughness n, effective rainfall intensity i and slope S, and the influence of vegetation on the flow concentration time is implied by the roughness. In this study, a series of heavy rainfall slope surface confluence tests under different slopes and vegetation coverage were carried out, a vegetation coverage factor, C, which was introduced, a statistical analysis method was used, and the vegetation coverage index was fitted. The results showed that the types of vegetation have a certain influence on the flow concentration time of slope, and the flow confluence time under turf vegetation was larger than the flow confluence time under shrubs vegetation; especially in the slope of the larger slope, the relative impact is more significant; at the same time, the influence of vegetation coverage on the flow concentration time of slope was more significant; no matter the condition of turf or shrub, the slope confluence time increased obviously with the increase in vegetation coverage. The index of vegetation coverage factor C varied with the slope and rain intensity. In general, the index of vegetation coverage factor C increased with the decrease in slope and decreased with the increase in rain intensity. In regard to the turf vegetation coverage index, when the slope is 45° and 30°, the decreasing trend of the vegetation coverage index a₀ is obvious with increasing rainfall intensity. When the slope is 15°, the vegetation coverage index a₀ also decreases with increasing rainfall intensity. When the slope is 5°, the vegetation coverage index a₀ basically has no change. In regard to the shrubs vegetation coverage index, when the slope is 45° and 30°, the decreasing trend of the vegetation coverage index a₀ is obvious with increasing rainfall intensity. When the slope is 15°, the vegetation coverage index a₀ also decreases with increasing rainfall intensity. When the slope is 5°, the vegetation coverage index a₀ basically has no change.

     

Experimental investigation into the influence of stratification on the passive earth pressure

In this paper, the effect of inhomogeneous soil condition on the passive earth pressure is studied by using model tests. The model tests are carried out with two soil layers. The tests are compared with the corresponding results for homogenous soil. The shear band formation is identified with Particle Image Velocimetry measurements.     

锚杆锚固对节理岩体剪切性能影响试验研究及机制分析

为研究锚杆锚固对节理岩体剪切性能的影响规律及锚杆抗剪作用机制,开展不同锚杆倾角及不同法向应力作用下加锚节理岩体室内剪切试验研究,探究加锚节理岩体在法向力及剪切力作用下的变形和受力特征,对比分析节理岩体锚固前与锚固后的剪切变形规律,讨论锚杆倾角、节理面法向应力等因素对节理岩体抗剪性能的影响。试验结果表明,锚杆锚固能够有效地增加节理面的黏聚力和内摩擦角,提高节理岩体的抗剪强度;锚杆倾角对加锚节理岩体的抗剪强度及剪切变形规律有重大影响,较大的锚杆倾角有利于发挥锚杆的"销钉"抗剪作用;节理岩体施加锚杆后其剪力–位移曲线存在弹性阶段、屈服阶段及塑性变形阶段3个区段;在锚杆倾角相同的条件下加锚节理岩体的抗剪强度随节理面法向应力的增加而增大。分析试验后试件破坏形态可知,加锚节理岩体中锚杆的屈服破坏主要发生在节理面附近的区段,岩体材料由于锚杆横向的挤压作用,也会在节理面附近发生局部破坏现象。     

云母影响水泥软黏土强度的试验研究

软黏土具有压缩性强、承载能力低的特点,实际工程中多用水泥作为固化剂对软黏土进行加固。云母是软黏土中较为常见的一种片状矿物,其含量和颗粒大小会影响水泥加固后的软黏土即水泥软黏土的强度。通过无侧限抗压强度试验和直接剪切试验研究云母含量及目数对水泥软黏土抗压强度及抗剪强度的影响,提出了云母含量、目数与水泥软黏土抗压强度、抗剪强度指标值之间的关系。试验中云母目数设定为10,20,40,80目共4个梯度,云母含量设定为0%、8%、16%、24%、32%共5个梯度。试验结果表明,云母含量的增加以及云母目数的减小会导致水泥软黏土无侧限抗压强度和抗剪强度的降低,且其对无侧限抗压强度的不利影响更为显著。含10目32%云母的水泥软黏土的强度减少量最大,此时无侧限抗压强度为0.33 MPa,是不含云母水泥软黏土的25.5%;黏聚力为76.5 kPa,比不含云母时减少了12.24 kPa;内摩擦角由不含云母时的23.71°降低至21.77°。云母自身的片状形态及其对水泥水解水化作用、离子交换作用的阻碍是造成水泥软黏土强度降低的主要原因。     

橡胶颗粒改良粉煤灰土的动力特性试验研究

对橡胶颗粒改良粉煤灰土的动强度、动模量、黏聚力和内摩擦角进行了动三轴试验研究,并将试验结果与粉煤灰土的动力特性加以对比,分析表明：粉煤灰土及橡胶颗粒改良粉煤灰土在同一围压下动强度均随破坏周数的增加而减小;在同一破坏周数下动强度随着围压的增加而增加;粉煤灰土的黏聚力为203.73 kPa,内摩擦角为11°;橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力为227.26 kPa,内摩擦角为17°,橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力增大了23.53 kPa,提高了11.55%;粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量高于橡胶颗粒改良粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量。研究表明,橡胶颗粒改良后的粉煤灰土具有动强度高、黏聚力和内摩擦角大的特点,从而说明橡胶颗粒改良后的粉煤灰土可以作为季冻区路基冷阻层材料     

含橡胶纤维钙质砂的渗透和固结特性试验研究

珊瑚岛礁常年处于复杂的海洋动力环境中,岛上堤坝围堰、基坑等构筑物的地基渗透变形甚至破坏会导致地基承载力失效的可能性变高。为探究橡胶纤维固化钙质砂的渗透特性和固结特性,采用常水头渗透试验和固结试验研究不同纤维含量下钙质砂的渗透规律和固结变形规律,并设置含纤维玻璃珠对照组。钙质砂具有颗粒形状极不规则、多棱角、内孔隙多等特点,为进一步研究颗粒形状的影响,采用高速动态图像粒度分析仪对钙质砂和玻璃珠的颗粒形状和粒径进行分析。试验结果表明,纤维含量对钙质砂试样渗透特性几乎无影响,但是含纤维玻璃珠试样中,随着纤维含量的增加,渗透系数先增加后减小。由于形状不规则橡胶纤维的加入,一定程度上填补了钙质砂之间的孔隙;钙质砂试样存在 800 kPa 的压力阈值,当压力超过800 kPa后,其压缩模量增幅变缓;不同纤维含量试样的e-lg p曲线可以用Harris模型表示,钙质砂组的材料系数 C= 5,玻璃珠组材料系数C= 3,此外,材料参数a、b与纤维含量有较好的线性关系。提出了合理的预测模型指导地基加固,具有十分重要的理论价值与工程实际意义。     

比表面积对土冻结特征曲线影响的试验研究EI北大核心CSCD

土冻结特征曲线受土颗粒比表面积的影响显著。目前关于冻结特征曲线与比表面积关系的研究一般以天然土为研究对象,无法完全排除干密度、总含水率等其他因素的干扰,所获得的试验结果较为离散。将青藏粉质黏土和膨润土以不同比例混合,人工配置具有不同比表面积的土样,对土样开展低温核磁共振测试和冻结温度试验,结果表明:与常见的3段式冻结特征曲线不同,混合土样的冻结特征曲线分为4段,即过冷段、快速下降段、缓慢下降段和稳定冻结段。随着比表面积增大,快速下降段中未冻水含量变化幅值减小,缓慢下降段中未冻水含量变化率增大,而稳定冻结段中最终未冻水含量增多;在冻结温度试验获得的温度-时间曲线中,恒温段持续时间随比表面积的增大而缩短,相应的冻结温度则降低;通过分析横向弛豫时间T_(2)分布曲线随温度变化的规律,发现比表面积大的土样结合水相对含量高,而结合水受土颗粒束缚作用强、冻结温度低,从而导致比表面积大的土样难以冻结。这是比表面积对冻结特征曲线产生影响的根本原因。     

电极布置形式对电渗效果影响的试验研究

以提高电渗效率、改善电渗效果为目标,通过室内模型试验研究了长方形、梅花形和平行错位3种不同电极布置形式对电渗排水效果的影响。试验采用铝管电极,并保证各组试验处理面积、外加电压和处理时间一致。通过比较分析各试验排水量、电流降低率、裂缝开展和能耗系数得到以下结果：电极长方形布置时,裂缝最为规则、排水效果一般;电极平行错位布置时,排水效果最好,电流降低率最大,但从能耗系数的角度来评判仍然表现最好;电极梅花形布置时,裂缝开展最复杂,且产生了纵截面贯穿裂缝,严重影响了后期的电渗效果,但在裂缝大量开展前,其电流降低率极小。总结室内试验的结果,建议优先采用电极平行错位布置形式进行电渗处理。     

不同近岸河床组成情况下岸坡崩塌试验

在弯道水槽中开展6组试验,分别用非黏性土及黏性土填筑河床,研究相同水力作用下近岸河床组成对黏性岸坡崩塌的影响规律。研究发现,在试验给定的岸坡及河床组成情况下,非黏性河床凹冲凸淤且总体表现为淤积,近岸河床及凹岸岸坡冲刷强度大,凸岸附近床面上泥沙掺混较明显;黏性河床及凹岸岸坡均被冲刷,河床主流区冲刷强度比近岸河床及凹岸岸坡大。相较于黏性河床,非黏性河床近凹岸处较易冲刷,水流结构重新调整,凹岸坡脚处水流流速及紊动能可增至2倍左右,环流强度可增至11倍,加速了岸坡崩塌及崩塌体的分解输移;非黏性河床近凹岸坡脚处变形以及凹岸岸坡崩塌量均相对较大,岸坡崩塌强度为河床淤积强度的2~4倍,崩塌物质可充分补给河床的泥沙来源;经水力冲刷后非黏性河床组成情况下形成的河道滩槽高差相对较小,河道横断面相对宽浅。     

生物酶改良淤泥质土的时效强度试验研究

工程中使用水泥石灰等材料加固淤泥质土,由于土中的腐植酸有机质会阻碍水泥胶凝物质的形成,影响加固土长期强度。利用生物酶加固能够有效减小受有机质影响,但加固的时效特征却并不清晰。为探究生物酶固化剂加固淤泥质土的物性指标随时间变化规律,选择两种生物酶加固剂（泰然酶、E3酶）作为研究对象,开展加固土样的不排水不固结三轴剪切试验、光学显微与电镜扫描结合的细观结构测试等进行试验分析,研究结果表明：掺入两类生物酶以及各自改良配方后,土试样抗剪强度相较原状土最低各自提升了316.2%与287.3%。细观结构上泰然酶改良土体形成了板片状的致密结构,通过提高原土体内摩擦角达到增加抗剪强度,E3酶改良土表面则形成不规整的类球状或团聚状结构,强化了颗粒间的黏结作用,提高黏聚力以达到加固的目的。同时生物酶的效能发挥在时间尺度上为非单调增长,从第7天开始生物酶加固土样强度相较空白对照组具有优势,到60天强度逐步接近空白对照组,其作用效果存在明显的强化期（7~60 d）和衰落期（60~90 d）。研究成果对生物酶加固淤泥质土的工程问题解决具有较好的应用价值和理论意义。     

含反射裂纹沥青路面的动力响应分析

考虑了沥青的黏弹性,结合动力学理论,以动态应力强度因子 (dynamic stress intensity factor, DSIF)为表征参量,主要探讨含裂缝沥青路面结构在垂直载荷作用下的动力学特性,其中包括车辆行驶速度、阻尼比、基层回弹模量等因素对 的影响;同时考虑车辆对路面的水平载荷和垂直载荷共同作用下对 的影响。结果表明：车辆高速运行对道路影响要比低速运行影响小;随着阻尼比的增加, 值降低; 的大小对基层模量很敏感,基层模量越大, 值也越大;当有水平载荷与垂直载荷共同作用时, 的峰值有较大提高,而且对道路体系剪应力和拉应力影响显著。     

含多裂纹沥青路面的动力响应分析

考虑沥青材料的黏弹性,结合动力学和断裂力学理论,通过有限元数值模拟研究了含多裂纹沥青路面在移动交通荷载作用下的动力特性,考察了裂纹间距变化对动态应力强度因子以及裂纹尖端应力的影响。研究结果表明,在移动交通荷载作用下基层底面裂纹处于Ⅰ、Ⅱ型动态应力强度因子交替控制下;裂纹间距增大,对基底裂纹应力强度因子的影响逐渐减小;表面裂纹尖端在移动荷载距其较近时受压应力,且随裂纹间距增大,最大压应力先微弱减小后逐渐增大;在移动荷载经过表面裂缝时,裂缝尖端经历了方向相反的剪切作用,随着裂纹间距的增大,最大剪应力呈现先减小后增大的趋势。同时对加铺土工布这一阻裂措施利用数值模拟进行了验证。     

沥青混凝土心墙简化解析受力分析模型

沥青混凝土心墙作为堆石坝的防渗结构,其受力安全备受工程领域的关注,对其进行快速简便地受力变形分析具有重要意义。利用薄板小挠度弯曲理论以及里兹法求解了置于Winkler弹性地基上三边固支一边自由矩形薄板在水压力作用下的挠曲变形函数,推导了矩形薄板的变形、内力和应力计算公式;建立了矩形薄板与实际沥青混凝土心墙之间的一一映射关系,将矩形薄板的变形、内力和应力映射到实际河谷断面心墙上,从而建立了沥青混凝土心墙简化解析受力分析模型。借助有限元方法对模型的可靠性进行了验证,最后将该模型应用于工程实例。研究结果表明,此模型有助于快速预估沥青混凝土心墙受力变形,同时研究思路也拓展了沥青混凝土心墙受力变形的计算方法。     

结构性对膨胀土收缩特性影响的试验研究

膨胀土的收缩性明显,容易引发边坡与地基开裂,但有关结构性对收缩特性影响的认识甚少。采用收缩自动试验装置,在恒湿恒温条件下对原状膨胀土和重塑膨胀土开展了收缩对比试验和扫描电镜（scanning electron microscope,简称SEM）测试分析,结果表明：与原状土相比,重塑土在土中水流动阶段的蒸发速率较小,蒸汽扩散阶段收缩稳定速率较慢,最终体积收缩应变量更大;重塑土体积收缩−含水率关系曲线的线性段较长,斜率较大,直线段与稳定段之间的过渡不明显,而原状土则反之;重塑土和原状土的收缩特征曲线（soil shrinkage characteristic curves,简称SSC）在较高含水率段基本重合,随着含水率下降,重塑土的SSC下降更快,对应的含水率范围更宽,最后进入残余−零收缩阶段时,孔隙比明显较小;Chertkov收缩模型适用于原状膨胀土,但不适用于重塑膨胀土。SEM测试结果表明,原状膨胀土较重塑膨胀土具有更强的原生结构性,初始密度与湿度相同情况下,两者颗粒排列、接触方式、胶结状态、孔隙大小与分布特征等微观结构上差异明显,导致蒸发过程中重塑土的水分迁移速率较小、基质吸力较大,是重塑土收缩更剧烈的内在原因。研究结果可为膨胀土边坡的坡面工程防护设计提供参考依据。     

添加氧化铝对微生物修复裂缝影响的分析

微生物修复裂缝技术由于环保经济的特点被广泛关注,但修复效率因混凝土内碱性环境受到很大影响;开展提高该技术的修复效率与效果的研究具有重要意义。探究高碱性环境下Al2O3对微生物钙化的促进作用,然后添加Al2O3对不同裂缝宽度的混凝土试件进行修复,修复中检测浸出液pH值与尿素含量,修复后通过声时值、碳酸钙生成效率、无侧限抗压强度等指标评价修复效果。结果表明：Al2O3能够降低碱性环境对细菌活性的抑制,提升其脲酶活性与碳酸钙转化效率。添加Al2O3使试件浸出液pH值从12降为9,pH值为9时更适合菌种的繁殖,尿素利用率显著提升到81%,提高了碳酸钙的产出率,明显缩短修复时间。添加Al2O3修复试件的声时值接近无裂缝试件,明显优于无添加试件。添加Al2O3后2 mm裂缝试件的碳酸钙生成率为77.32%,远高过无添加试件的20.98%。添加Al2O3修复试件强度恢复远高于无添加Al2O3修复试件,且强度恢复随裂缝宽度减小而增加。因此,混凝土修复过程中添加Al2O3能有效提高修复效率,减少修复时间,为后续实际工程中微生物快速高效修复裂缝提供重要参考。