黏结强度对异质土界面强度与变形特性影响试验研究

我国黄土高原地区黄土沉积覆盖于新近系三趾马红土之上,形成具有胶结的异质土界面。为研究黏结强度对黄土–三趾马红土界面抗剪强度与变形特性影响,开展其剪切力学试验研究,探讨界面间黏结强度对界面破坏模式、界面变形与抗剪强度特性影响规律。结果表明:(1) 有无界面黏结导致异质土界面试样破坏模式不同,界面黏结增大了试样沿界面间的滑动阻力,试样剪切破坏更趋于剪断模式,剪断面损伤程度也越高;(2) 异质土界面剪应力–剪应变曲线均呈应变软化型,有无界面黏结导致界面试样剪切变形特征不同,有界面黏结试样剪切破坏位移大,峰值强度后剪应力降低幅值大,试样脆性剪断破坏特征越显著;(3) 剪切过程中异质土界面产生明显的竖向剪胀变形,有界面黏结试样竖向剪切位移小,且其随界面粗糙度、法向应力变化幅值小;(4) 异质土界面抗剪强度呈非线性变化,界面黏结存在显著提升了界面试样抗剪强度。当异质土界面间粗糙度较低时,黏结强度对界面试样抗剪强度提升幅度大;当异质土界面间粗糙度高时,黏结强度对界面试样抗剪强度的提升幅度下降,此时界面抗剪强度主要受控于界面两侧土体抗剪强度。      

碱污染红土的抗剪强度特性及碱土作用特征研究

考虑碱浓度、养护时间、干密度、含水率等影响因素,通过室内直剪试验,研究碱污染红土的抗剪强度特性,分析碱与红土的相互作用过程。结果表明:碱污染引起红土抗剪强度减小,碱浓度从4%到16%,抗剪强度减小程度逐渐增大;试样的养护总体上降低了碱污染红土的抗剪强度,随养护时间延长,抗剪强度呈先减后增再减的变化趋势;16%碱浓度时抗剪强度降低程度为35.0%,养护10d时抗剪强度降低程度为16.8%,碱浓度的影响大于试样养护时间的影响。碱污染红土的抗剪强度随干密度的增大而增大,随含水率的增大而减小,含水率的影响大于干密度的影响。碱污染引起红土的抗剪强度发生变化,其碱土作用特征可以从水解作用、侵蚀作用、胶结作用、溶解作用几个方面进行解释。     

干湿循环下云南加砂红土物理力学特性研究

针对不同加砂比例的云南红土,在相应最优含水率及最大干密度的初始条件下,采用土工试验与相关理论研究相结合的方法,运用Excel分析试验数据,揭示干湿循环作用与加砂红土物理力学特性变化之间的关系。结果表明:在干湿循环过程中,不同加砂比例的红土比重均呈先上升后下降的趋势,干密度均呈上升趋势,抗剪强度及抗剪强度参数均呈下降趋势,并最终都在循环10次左右趋于稳定。在干湿循环次数一定条件下,加砂比例越大的红土,其黏粒降幅越小,粉粒和砂粒增幅也越小,裂隙数量越少,土样越密实。抗剪强度及抗剪强度参数降幅最大的是加砂比例为15%的红土,降幅最小的是加砂比例为10%的红土。     

冻融作用下土石混合体-混凝土界面强度劣化、孔隙结构演化及颗粒运移研究北大核心CSCD

土石混合体-混凝土界面在寒区工程广泛分布,其界面处颗粒骨架受冻融影响塌陷、重组,极易诱发界面强度劣化,是影响寒区工程安全运营的难题。解析冻融影响下界面的强度行为,揭示界面强度与孔隙结构和颗粒骨架的互馈效应,是解决此难题的关键。开展土石混合体-混凝土界面室内直剪试验,借助NMR分层测试及PFC数值模拟,获取界面区抗剪强度参数及孔隙结构演化特性,明晰界面颗粒旋转运移特征;基于分形维数理论,定量评价界面孔隙结构变化,阐释冻融下界面强度劣化机理。即强度骤降阶段界面处土石颗粒受冻胀挤压,其有序排列被打乱,联结、互锁作用弱化,此时孔隙体积、分形维数均增大,界面整体性下降;反翘阶段界面处大块土颗粒分裂重组、骨架塌落,形成块石为核、黏土在外覆盖的包裹体结构,孔隙内部复杂程度降低导致抗剪强度小幅提升;随冻融次数增加,碎石外土颗粒剥落,界面区孔隙体积及颗粒旋转量缓慢增大,界面逐渐脱黏劣化。研究成果对工程构筑物孕灾机制具有指导价值。     

高应力下砂土与钢材界面单剪试验研究

疏排水沉降引起的竖直附加力导致了华东地区多个立井井筒破裂,高应力下土与结构界面剪切特性研究是解决这一工程问题的关键。在自行加工、改造的高应力单剪仪试验系统上进行了一系列单剪试验。试验数据分析表明高应力下砂土同钢材界面剪应力-剪切位移关系可用非线性弹性-理想、塑性本构关系描述;高应力下界面的强度准则符合无粘聚力的莫尔-库仑公式表示。     

垃圾填埋场复合衬垫剪切特性单剪试验研究

针对垃圾填埋工程中复合衬垫的界面抗剪特性,利用改进的叠环式单剪仪,对由砂土-无纺型土工布-土工网格-土工膜-夯实粘土组成复合衬垫进行了整体剪切试验研究。重点讨论了复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线、相同剪切应力下各个界面的位移大小与变化特征和强度特性。研究结果表明：复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线在低法向应力试验中没有呈现明显的软化特征,在高法向应力试验中有硬化现象;随法向应力增加剪切破坏面会发生转移;目前常用的把复合衬垫拆分为单个界面进行研究来确定最危险界面的方法不能够正确地反映填埋场中的复合衬垫在加载过程中的衬垫单元的实际受压变形情况和在剪切变形过程中最危险破坏面转移的情况;复合衬垫界面的抗剪强度包线呈现双曲线性质。     

土工织物与吹填土界面作用特性试验研究

筋-土界面强度参数是加筋结构设计和稳定分析的关键技术指标。拉拔试验能较好模拟现场加筋行为而得到广泛的应用。基于拉拔和直剪试验研究了拉拔（剪切）速率对筋-土界面特性和吹填砂强度特性的影响规律及机制,同时探讨了不同填料界面、筋材类型的加筋效果。结果表明：随着拉拔（剪切）速率的增大,吹填砂-筋材-吹填砂界面的抗剪强度下降明显,而软土-筋材-吹填砂界面以及砂本身强度则变化不大。从强度指标来看,拉拔速率增大,筋-砂界面强度的降低主要表现为似黏聚力的降低,筋-软土界面抗剪强度的增加表现为内摩擦角增大,剪切速率对吹填砂则基本无影响。筋-土界面特性受拉拔速率和正应力的共同影响,与筋材类型和填料特性有关。筋-土界面内摩擦角小于填料摩擦角,但在一定正应力下低速剪切时（如<0.53 mm/min）可获得高于填料的抗剪强度。宜根据似黏聚力大小合理选择摩擦参数进行加筋结构的设计与评价。     

土工格栅与土界面作用特性试验研究

土工格栅与土的界面摩擦特性指标是加筋土工程设计的关键。通过分析土工格栅与土的界面摩擦作用和进行了直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。在两种试验条件下,土工格栅加筋土复合体的抗剪强度均有界面摩擦角φsq和界面凝聚力csq,且土工格栅与土相对位移量的不同,其复合体的强度机理有区别。在拉拔摩擦试验中,剪应力峰值强度对应的剪切变形值高于直剪摩擦试验中剪应力峰值强度的剪切变形值5～10倍以上。两种试验均有其适用性,而土与土工格栅的相对位移较小时直剪摩擦试验较能反映实际;土与土工格栅相对位移较大时土与格栅双面均发生相对位移,拉拔摩擦试验更为合适。随法向应力的增大,直剪摩擦和拉拔摩擦试验的剪应力峰值以及剪应力峰值对应的位移均提高。直剪摩擦的剪切速度小,剪应力峰值强度高,且达到峰值强度的剪切位移大;增加剪切速度,剪应力峰值强度降低,且对应的位移也减少,其原因是界面上的孔隙水压力消散和筋材的应力松弛。应根据具体工程的需要选择直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验确定设计参数。     

砂土-格栅筋土界面特性的本构模型研究

基于砂土与土工格栅、土工织物界面的室内大型直剪试验,分析了两种不同界面的力学性能。试验结果表明,峰值、残余剪切应力与界面剪胀性曲线存在一定的联系,即峰值强度通常会发生在界面相对减缩过程结束和残余剪切强度发生在界面的相对剪胀过程结束。加载过程中由于土工合成材料的逐步磨损、褶皱或者断裂导致了筋土界面强度出现较为明显的强度软化现象,在界面抗剪强度的研究中不可忽略。在试验基础上提出一种能够描述筋土界面力学性能的组合本构模型,该模型包含4个关系式：(1) 峰值、残余强度包络线;(2) 强度峰值前的双曲线模型;(3) 强度峰值后的位移软化模型;(4) 反映剪胀特性的界面剪胀模型。该组合模型的预测结果与直剪试验结果吻合较好,表明所用模型是合理的。     

高吸力下黏性土的抗剪强度和体变特性

非饱和土中土-水之间的相互作用可区分为毛细作用和吸附作用,已有的非饱和土力学特性的研究大都局限于较低吸力、毛细作用占优范围。实践中由于环境的变化,地表土体常经历干湿循环及处在低含水率、高吸力状态,此时吸附作用占优。针对高岭土-河砂配制的非膨胀性黏性土,采用饱和盐溶液蒸汽平衡法,从脱湿和吸湿两种吸力路径下对土体施加高吸力。测试了高吸力下土体的强度和变形特性,试验中选用了0（接近无侧限）、25、50、100 kPa共4组小围压。试验结果表明,高吸力下土体表现为应变软化型破坏和剪胀性。随着围压的施加,土体从沿纵向开裂的张裂破坏过渡为剪切破坏。验证了修正后的Bishop非饱和土强度公式不适用于描述高吸力时峰值抗剪强度的变化,得到了高吸力下峰值抗剪强度可用相对于净应力的临界状态强度和剪胀作用来表示。分析发现,高吸力时土体的抗剪强度和比表面积直接相关,吸力对土体抗剪强度的作用取决于土体集聚体组构的形成和发展程度及其导致的剪胀作用。     

刚性承台—桩群—土共同作用的两种迭代算法

针对现有承台-桩-土共同作用分析方法存在的问题，引进了两种迭代算法，通过理论和算例的比较分析，说明了这两种迭代算法用于承台-桩-土共同作用分析的特点和适用性。使用迭代法可避免满阵矩阵，大大节省计算内存，能在微机上实现对实际工程的共同作用分析。     

中国东部壳-幔、岩石圈-软流圈之间的相互作用带：特征及转换时限

中国东部中—新生代,下部岩石圈存在壳与幔、岩石圈与软流圈两个相互作用带,它们是重要的岩浆源区,在层圈相互作用中,热和物质的交换及其动力学过程是引起中、新生代岩石圈内部层圈间的厚度调整、岩石圈不均匀减薄以及区域构造-岩浆-成矿作用的重要机理。大陆内部的壳-幔作用有3种类型:地幔来源的底侵熔体与下地壳的作用;下地壳拆沉进入弱化(weakening)了的岩石圈地幔二者发生的作用以及陆-陆碰撞深俯冲带的壳-幔相互作用。它们形成的火山岩组合有一定的差别,但源区都含有地壳组分。岩石圈-软流圈的作用带也是重要的岩浆源区,源区是以软流圈地幔为主,基本不含地壳组分。东部岩石圈的减薄时间大体与出现大规模软流圈来源的玄武岩喷发的时间一致,也与上述两类层圈作用转换的时间一致,大约在100Ma以后。     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌与硫化物矿石相互作用的实验研究

实验研究了嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f)与硫化物矿石之间的相互作用,以观察不同矿石矿物发生微生物氧化和形成次生矿物的差异。采用ICP-OES分析了反应前后溶液成分变化,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等分析手段研究了矿石表面形貌的变化和沉淀物的矿物组成。分析结果表明,A.f对同一矿石中不同矿物作用强度存在明显差异,方铅矿、闪锌矿发生强烈氧化分解,而与黄铁矿的相互作用则较弱。这种差异可能与矿物晶体结构有关,在多种矿物并存的情况下,可能发生了原电池反应,作为阴极的黄铁矿受到保护,而作为阳极的闪锌矿、方铅矿的氧化作用得到促进,总体上表现为A.f对矿石硫化矿物的选择性作用。     

高层建筑逆作法施工沉降差控制分析

沉降差控制是软土地区逆作法施工中的关键技术。根据逆作法施工特点,采用上部结构、地基和基础共同作用理论,对算例进行计算,根据结果,分析沉降差与上部结构、地基刚度贡献以及地下连续墙深之间关系,以使逆作法施工控制中有的放矢,减少沉降差带来的负面影响。     

地埋管与土相互作用分析模型及其参数确定

对地埋管道结构分析,考虑管道与土的相互作用问题是非常必要的。其相互作用问题可归结为界面处接触应力的确定,为此,基于地埋管道受力特征的实测结果,建立了地埋管道与土的相互作用分析组合模型,并给出了模型参数的确定方法。由于管与土和管与基床的相对刚度对管土接触面上分布应力的影响显著,在确定其相互作用模型参数时,利用实测结果对其进行了修正,从而,将管道刚度的影响融入到相互作用分析模型中。     

滇西耿马盆地构造—沉积综合分析

滇西耿马盆地位于三江褶皱系保山褶皱带的耿马—澜沧复背斜,面积１９５ｋｍ２,接受广泛的河湖相沉积,为典型的第三系小型陆相盆地。盆地内沉积受构造控制明显,沿边界断层主要发育冲积扇、近岸水下扇沉积,远离断层发育深湖相或半深湖相沉积。耿马盆地的构造样式与沉积展布在滇西具有极好的代表性,故从构造－沉积相互作用角度对其分析,对于指导滇西其他第三系盆地的勘探有重要意义。     

土结构动力相互作用影响的TMD控制研究

对均质剪切梁—埋置刚性基础—粘弹性半空间模型应用子结构方法, 对垂直入射 SH 波, 导出了调频质量阻尼器( TMD)控制时结构反应的解析解。 通过设置 TMD 将上行波完全吸收, 实现对结构的控制, 由此得到 TMD 参数的频率依赖性。 进而选择确定的TMD 参数, 控制相互作用体系的第一振型。 通过算例, 对无控、全控和主控三种工况下的结构反应及控制效果进行了比较分析。     

硅酸盐岩斜坡水岩化学作用

综合采用现场调查、结构体物理-水理参数的高精度测试及室内试验等研究方法,对硅酸盐岩斜坡的水岩化学作用问题进行了探讨。结果表明,新鲜硅酸盐岩结构体结构致密、孔隙度低、孔隙细小,多属不透水介质。硅酸盐岩斜坡区的水岩化学作用主要发生于非饱和带和水位变动带,地下水多年最低水位以下的饱和带所占份额很小。饱和带内的水岩化学作用只能发生于结构体表面,是一种结构面开度逐渐增大、结构体逐渐变小的缓慢溶解过程。非饱和带及水位变动带水岩化学作用初期的溶解液主要是水气转化的凝结水,所形成的腐岩保留原岩结构、构造和体积,是一种等容转换过程。旱季时,气态水分子扩散到硅酸盐岩结构体表面内侧一定宽度范围内的微孔隙系统之中凝结为液态水并溶蚀造岩矿物;雨季时,入渗降水在结构体表面形成的薄膜水流接受结构体粒间溶液中的溶出组分并将其携入饱水带。当上述过程循环到一定程度时,结构体就会转变为腐岩结构体。覆盖有一定厚度的残坡积土层和植被盖层的硅酸盐岩斜坡有利于水岩化学作用的发生。     

碎屑储集岩成岩演化过程中流体—岩石相互作用特征——以塔里木盆地西南坳陷地区为例

塔西南坳陷不同时代碎屑储集岩成岩环境经历了由酸性向碱性演变的过程,成岩环境地球化学性质的这种转变直接控制了发生在碎屑岩成岩体系中的流体—岩石相互作用特征。酸性成岩环境形成于烃源岩—储集岩系统中有机—无机反应最活跃时期,主要分布在早成岩阶段A、B期和晚成岩阶段A期,当古地温小于90℃,Ro值在<0.5%～1.3%之间,酸性的孔隙介质与骨架颗粒之间主要发生蚀变、溶解和氧化硅沉淀作用。当古地温达到90℃以上,Ro值在1.3%～>2%时,有机质脱羧基停止,有机酸发生分解,CO2来源减小,使孔隙流体性质由酸性向碱性变化,成岩环境呈碱性,这时晚期含铁碳酸盐矿物交代作用最为活跃,同时伴随自生伊利石和绿泥石沉淀、陆源伊利石重结晶成绢云母、高岭石向伊利石或绿泥石转变等作用。成岩环境在其演化过程中,由于孔隙流体性质的转变,破坏了早期成岩环境的物理化学平衡状态,使旧的成岩反应停止,新的成岩反应开始,从而形成多种矿物蚀变→交代→溶解→沉淀过程,导致碎屑储集岩结构和孔隙组合特征上的差异,流体-岩石相互作用的强度和范围决定了碎屑储集岩的储集性能及分布特征。     

焦家金矿床水-岩反应过程及成矿流体组分变化规律

在野外和室内岩相学观察的基础上,详细剖析了蚀变-矿化时序,结合热力学数值模拟方法与定量结果,厘定了水- 岩反应过程中矿物的沉淀次序、流体组分的存在形式、迁移行为、浓度变化和矿物形成机制以及组分之间的化学反应,为 进一步研究水-岩反应与金矿化的关系奠定了基础。研究结果显示反应初期K+由流体带入围岩形成钾长石化,随着反应的 进行,H+浓度持续降低而Fe2+和Al3+含量升高,绢云母和石英大量沉淀,钾长石消失;反应后期各类硫化物开始沉淀,石英 持续沉淀贯穿整个反应过程。成矿流体中SO42-,HS-,Fe2+的含量对蚀变矿物组合影响很大;水-岩反应过程中硫酸盐 （SO42-） 减少生成等量的HS-并伴随着含三价铁矿物的沉淀,可能是焦家金矿床硫化物沉淀的一种重要机制。整个反应过程 中溶液pH值持续升高是原岩中Ca,K,Na,Mg等与溶液中H+发生交换反应的结果;同时pH值的升高也会降低金的溶解度 致使金沉淀。上述研究成果对于理解岩石中的矿物共生组合、生成顺序及蚀变分带的成因机制提供了新的依据。