含砂量对水泥土强度影响的试验研究

天然软土尤其三角洲地区的淤泥或淤泥质黏土常含砂,以含细砂或粉细砂为主,系统研究水泥土强度与含砂量的关系,为水泥土性能改良、强度设计及水泥土搅拌法施工提供直接依据。选取珠江三角洲两处典型的淤泥、淤泥质黏土,按天然含水率配制试验用土,掺加不同含量的细砂制成含砂水泥土试件,养护到不同龄期,对其进行无侧限抗压强度试验,得到了水泥土强度与含砂量及其他关联影响因素关系的变化规律。主要结论是：细砂颗粒在水泥土中起到了细骨料的作用,有利于提高水泥土强度;考虑水泥土的含砂量、水土质量比、水泥掺入比和实际水灰比等因素,得到了含砂淤泥水泥土强度估算公式;在不含砂淤泥水泥土中掺入2 %干细砂时其强度约提高25 %,掺入15 %~25 %干细砂则可提高40 %~60 %。     

干密度对路基性能的影响研究

通过滤纸法试验,测得3种干密度下的土-水特征曲线,拟合得到3种干密度下的Van Genuchten模型参数,分析干密度对土-水特征曲线及Van Genuchten模型参数的影响。通过室内回弹模量试验,分析压实度和含水率对回弹模量的影响,并建立回弹模量与压实度和含水率之间的关系式。基于水力耦合机制,结合试验结果建立地下水位变化作用下的路基湿度及变形的动态响应模型,计算地下水位从-6 m上升到-3 m后,路基的含水率和回弹模量分布以及路基的变形。计算结果表明,干密度对土-水特征曲线Van Genuchten模型参数产生显著影响,饱和体积含水率随着干密度的增大线性减小,残余体积含水率随着干密度的增大线性增大,参数a与进气值的倒数线性相关,参数n随干密度的增大线性增大;回弹模量随着含水率的增大而减小,随着干密度的增大而增大;地下水位上升导致路基土的含水率显著增加,回弹模量明显下降,引起不可忽视的路基变形;不同填筑压实度下,地下水位变化引起的路基变形差异很明显,控制路基土的压实度是提高路基土性能的有效途径。     

城市地铁转弯段施工对近邻桥基的影响研究

结合北京地铁10号线国贸站转弯段施工对邻近桥基影响的这一实际工程问题，运用ABAQUS软件，在对施工过程进行动态模拟的同时，重点研究了施工过程中19-3号桥基的变形和受力性态以及桩土相互作用机理，并将部分计算结果与量测结果进行了比较，取得了一系列的成果。研究表明，施工期间桥基没有工程安全隐患，既有的施工方案是合理可行的。     

有机质含量对水泥土强度影响的室内定量研究

采用对盐城泻湖相软土掺入不同含量的有机质作为试料土,进行了大量的水泥加固室内试验。对试验结果进行了分析,提出了不同有机质含量软土水泥加固后的室内无侧限抗压强度的预测公式,同时建立了不同有机质含量的试料土经水泥加固后的室内强度比与有机质含量之间的定量关系,该定量关系式可以有效地对有机质含量在5.5 %～17.5 %的水泥加固后的无侧限抗压强度进行定量的预测。     

水动力学条件对复氧过程的影响研究

通过水槽实验对紊动水体复氧规律进行了研究.将氧通量理论应用于紊动水体复氧过程的研究,得到了紊动水体表面传质系数.数值模拟研究了实验流场分布和紊动特性,得出了紊动水体表面传质系数与流速和紊动动能的关系式.不同工况的实验资料验证表明了紊动复氧理论的合理性和可靠性.     

泄洪雨雾入渗对雾化区边坡的影响分析

泄洪雨雾入渗导致的边坡稳定问题随着高坝大库的建设越来越突出,对此类问题的研究和认识大多停留在对岩土体强度降低和荷载增加两者之一上,对渗流和应力变形的耦合作用认识和应用不足。本文通过理论分析,对泄洪雨雾入渗的渗流分析中入渗边界条件重新做了界定,并指出了存在的问题;同时对应力变形计算中渗流荷载的增加和岩土体在非饱和区的强度变化,提出了自己的观点,并指出存在的误区。最后作者通过某一水电工程泄洪雾化区边坡的渗流和应力变形作了计算,得到了合理的计算结果。     

层理面特性对砂岩断裂力学行为的影响研究

层理弱面对层状岩石的力学特性影响较显著，为了研究层理面特性对岩石断裂力学特性的影响，开展了具有不同层理方向的砂岩试样三点弯试验，探讨了砂岩断裂韧度及断裂模式的各向异性。之后基于有限元中的黏聚单元建立了数值模型，采用数值模拟方法研究了层理面强度对各层理角度试样断裂力学行为的影响规律。结果表明：层理方向影响下砂岩的断裂韧度及模式存在各向异性；同一层理方向试样的断裂韧度随层理面强度的增大而增大，且试样的层理面与加载方向夹角越小，断裂韧度受层理面强度变化影响越明显；试样的断裂模式不仅与层理面强度有关，还受层理倾角的控制，层理面与加载方向夹角θ = 0o试样断裂模式基本不受层理面强度影响，θ = 30o试样主要沿层理面张拉或剪切破坏，且沿层理面的破裂长度随层理面强度的降低逐渐增大；层理面强度较大时，θ = 45o试样主要沿层理面张拉破坏，θ = 60o～90o试样主要以贯穿层理的张拉破坏为主；层理面强度较小时，θ = 45o～90o试样均以沿层理面的剪切破坏为主，其中θ = 45o试样沿层理剪切长度最大。另外，通过数值模拟结果分析了层理面强度及方向对试样的起裂角及裂纹扩展路径产生的影响。该研究成果可作为层状岩石断裂力学理论的有益补充。     

小型溶洞对隧道稳定性的影响分析

根据钻探、物探资料,拟建南京地铁3号线滨江路站—五塘村站沿线穿越的灰岩地层中有数量较大的洞径为2～3m的小型溶洞。通过对该地区地质背景的分析发现,岩溶明显受断裂构造控制,溶洞发育规模小但数量多,对开挖后隧道的围岩稳定性有一定的影响。采用数值分析法研究了小型溶洞尺寸、与隧道位置关系等不同因素对隧道围岩稳定性的影响。计算结果表明,当溶洞尺寸和位置变化时,围岩塑性区也发生变化,塑性区面积随着溶洞尺寸的增大而增大。溶洞位于拱肩时塑性区面积最大,对围岩的稳定性影响大,位于拱腰时最小。隧道开挖后拱顶和拱底处最易破坏,相近条件下串珠状溶洞比单个溶洞的危害性要大。     

加筋均质边坡稳定影响因素的敏感性研究

采用正交分析表设计单指标多因素试验,通过荷兰法和瑞典法计算加筋边坡的稳定安全系数。结合20 m高土工格栅加筋边坡算例,分析了各因素对加筋边坡稳定影响的敏感性,按其大小依次为：粘聚力、内摩檫角、地震作用、重度、筋层数、筋材抗拉强度、坡比、筋层间距、地面超载和地下水位。重点讨论了加筋对边坡稳定的影响,并认为在边坡工程中,如果条件许可应优先采用粘聚力高、内摩檫角大的填料,需要加筋时,在总加筋力相等的前提下,铺设多层强度适中的格栅比少量高强度格栅的加筋效果好。     

冻融循环对石灰处置粉质黏土静强度影响研究

以吉林－荒岗高速公路沿线的粉质黏土为研究对象,对不同石灰掺入比的土样试件进行0、2、4、6、8、10、12次冻融循环试验。通过室内静三轴试验,研究了冻融循环作用对石灰处置粉质黏土强度的影响。研究结果表明,石灰处置粉质黏土的应力-应变关系曲线呈应变软化型,峰值强度随围压增大而升高,粉质黏土峰值强度降低幅度值比石灰处置粉质黏土峰值强度降低幅度值大,经历4次冻融后应力-应变曲线峰值强度趋于稳定;冻融作用后石灰处置粉质黏土抗剪强度衰减率比粉质黏土的抗剪强度衰减率小,抗剪强度随围压的升高而增大;同一围压条件下石灰处置粉质黏土弹性模量随着冻融次数增加逐渐减小,经历4次冻融后基本趋于稳定。     

含沙量对草地坡面径流泥沙沉积和水力特性的影响

通过室内模拟试验,在坡度为3°和9°、流量为20和60L/min条件下研究了不同浓度(0～350kg/m3)含沙水流流经草地的泥沙沉积过程及其水力学特性。结果表明,坡面泥沙沉积量随含沙量的增加而增大,3°时泥沙沉积率与含沙量呈正相关,而9°时沉积率与含沙量呈反势。坡度对泥沙沉积影响显著,而在相同坡度条件下,两种流量试验的泥沙沉积量无明显差异。相同坡面坡上部位流速小于坡下部位,且含沙量对坡面流速影响较小。在相同坡度和流量条件下,水流雷诺数随含沙量的增大而减小。3°时水流阻力系数和曼宁糙率均随含沙量的增加而增大,而9°时含沙量对阻力影响不明显,因此在土壤侵蚀较严重地区进行坡面水文过程演算时需考虑含沙量对缓坡糙率的影响。     

土体密实状态对土-水特征曲线影响规律研究

土-水特征曲线（SWCC）是非饱和土力学中的一个重要概念。在众多影响土-水特征曲线的因素中,土体密实状态（文中用孔隙比表示）的影响最为常见并且十分重要。以毛细管模型和Childs（1950年）提出的统计学假定为基础,分析了孔隙比发生改变时土-水特征曲线上的点的变化规律,并以此为基础提出了一种以两条已知初始孔隙比的土-水特征曲线为基准,预测具有任意初始孔隙比土体的土-水特征曲线的计算方法。通过与试验结果对比,验证了该方法的合理性。由于测量土-水特征曲线比较费时,利用该方法预测具有不同孔隙比的土-水特征曲线,可减少试验测量的工作量,从而使土-水特征曲线在实际应用中更加方便、实用。     

各向异性损伤对地基承载力影响分析

应用耦合损伤的滑移线法,求解平面应变条件下的极限荷载问题,推导出考虑各向异性损伤的平面应变问题应力场的滑移线解,针对平顶钝角楔体极限荷载的滑移线场进行了详细推导,绘出滑移线场图,推导出极限荷载的公式,分析了各向异性损伤对浅基础极限荷载的影响,即损伤对地基承载力系数Nq影响很大;损伤越大,地基承载力系数Nq值越小,且随着D1,D2的增加,Nq越接近最小值。     

岩石受力状态对弹性波传播速度影响的初步研究

岩石所受的三向应力状态对其弹性波传播性质有一定的影响，此认识为所做的以泥质砂岩、泥岩和硅质胶结的坚硬砂岩为试样的实验所证实。为保证岩石中存在微隙，对部分试样还作了高温预热处理。实验结果表明，泥质砂岩和泥岩的Ｖ＿ｐ／Ｖ＿ｓ值几乎保持不变，但坚硬砂岩的Ｖ＿ｐ／Ｖ＿ｓ值曲线却在应力达破坏荷载的９０％左右时出现下凹现象，经热处理的硬砂岩的这一下凹现象则更突出。     

不同应变速率下泥页岩力学特性试验研究

为了揭示泥页岩在不同应变速率下的力学特征,为页岩气的开采提供科学指导,分别在5×10-4/s、1×10-4/s、1×10-5/s、 1×10-6/s四种不同应变速率下对页岩开展单轴压缩力学试验。研究表明,应变速率对页岩的弹性模量、峰值强度、破裂形态等具有显著影响,应变速率从高到低,弹性模量和峰值强度都呈逐渐降低趋势,但下降速度逐渐放缓,两者与应变速率负对数大致呈幂函数关系,而采用平均值拟合时则相关性较高,相对而言,弹性模量的应变率效应更显著;应变速率对破裂形态的影响极为明显,在高应变速率下页岩迅速劈裂为较少的大块,整体构架丧失,随着应变速率降低,破裂过渡为劈裂为主,伴随局部剪切破坏,达到最低应变速率时主要呈劈裂破坏,但同时形成较多横向分布裂纹,即低应变速率下破坏均匀且形成纵横切割试样的网状裂纹,页岩的应变速率在整体上对破裂方式影响最为显著,主要表现为低应变速率下的破坏更均匀、更易形成裂纹网。因此,该特性对于确立页岩力学参数及设计压裂方案具有重要启发作用。     

基于统一强度理论分析不连续面对岩体强度的影响

基于统一强度理论,对含有结构面的岩体,在平面形式下引入材料统一强度参数ct,φt,推导了含单个节理裂隙岩体材料的统一强度公式,即考虑中间主应力的岩体破坏强度公式,并分析了其有效范围。运用硅藻质软岩和石膏的三轴试验结果,验证了所建立的公式的正确性,并分析了具有不连续面岩体的强度随中间主剪应力作用系数b的变化。结果表明,岩体强度随b值的增大而增大。根据岩土材料统一强度参数的确定方法,计算并分析了b值对强度参数的影响,从而说明强度参数随着b值的变化而变化。     

温度对污染土电阻率影响的试验研究

应用二相电极法研制了低频交流电阻测试仪,对南京工业污染土进行了电阻率随温度变化的试验测定。结果表明,随着温度的升高,污染土电阻率降低,电阻率随温度的变化呈良好的对数关系。结合目前应用较多的温度校正Keller和Frischnecht法和Campbell法,提出了最理想校正温度法,并推导出了相应的计算公式。试验证明,对于污染土,最理想校正温度法比Keller和Frischnecht法和Campbell法效果更好,拟合精度更高。     

褥垫层对复合地基承载特性影响的试验研究

通过现场静载荷试验,研究了不同厚度、不同材料的褥垫层对夯实水泥土单桩及多桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明,随垫层厚度的增加,桩身分担荷载的比例逐渐减小,而桩间土分担荷载的比例却逐渐增大,表现为桩土应力比随垫层厚度增加而降低的特点。另一方面,垫层材料性能越好,则调整桩土协调变形的能力越强,即要求设置的褥垫层厚度越薄。对试验的两种材料不同厚度的褥垫层,其最佳厚度为0.2～0.3 m。     

循环往复水流对反滤系统的作用机理研究

通过自行研制的循环往复水流试验装置,研究了不同频率的正弦循环水流对反滤系统的作用机制,建立了与试验模型相一致的定解条件,并求得孔压微分方程的解析解。理论分析表明,土的固结系数与循环往复水流的频率的比值越小,靠近边界处土体的水力梯度就越大,土体内部的水力梯度就越小。试验中,当周期为0.5 min时,边界处水力梯度振幅接近系统平均水力梯度振幅的2倍;当周期为62.5 min时,则基本没有边界水力梯度集中现象。实测结果与理论分析结果较为一致。这种水力梯度边界集中现象,容易加剧渗透边界层的冲刷,降低反滤系统的渗透稳定性,应当在试验研究和工程实践中引起注意。     

EXAFS study on the cause of enrichment of heavy REEs on bacterial cell surfaces

Rare earth element (REE) pattern is a unique geochemical tracer and has been measured for various natural materials. Among these, the REE distribution pattern between bacteria and water exhibits anomalous enrichment in the heavy REE (HREE) part, which can act as a signature of bacteria-related materials in natural samples. In this study, the REE binding site on the cell surface of a Gram-positive bacterium (Bacillus subtilis) responsible for HREE enrichment has been identified using extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) coupled with a study of the variation in REE distribution patterns. The EXAFS data showed that the HREEs form complexes with multiple phosphate site (including phosphoester site) with a larger coordination number (CN) at lower REE-bacteria ratios ([REE]/[bac]), while light and middle REEs form complexes to the phosphate site with a lower CN. The fraction coordinated to carboxylate increased for all REEs with increasing [REE]/[bac] ratio. On the other hand, the enrichment of HREE in the REE distribution patterns of the bacteria was less marked with increasing [REE]/[bac] ratio. This result is consistent with the EXAFS data, because the REE pattern of surface complex with multiple phosphate in a reference material exhibits a monotonous increase for heavier REE, while phosphate surface complex with a low CN and a carboxylate site reach a maximum around Sm and Eu. Based on these results, it is clear that the REE are primarily bound to the phosphate site and subsequently to the carboxylate site on the bacterial cell surface.Regarding the pH dependence in the range (3 < pH < 7), both the EXAFS and REE pattern data indicate that the fraction of REE-carboxylate increased as the pH increases. The results above obtained for B. subtilis were also valid for Escherichia coli, a Gram-negative bacterium, showing that similar phosphate and carboxylate sites are also available in the cell walls of E. coli, or other Gram negative bacteria. In all our results, the variation in REE patterns correlated with the binding site indicated by EXAFS, showing that the REE pattern itself reflects the binding site of the REE at the bacterial surface for various parameters (pH and [REE]/[bac] ratio). Thus, the REE patterns can be used to estimate the binding sites for lower [REE]/[bac] ratios where spectroscopic techniques cannot be applied.The average bond length between the REE and oxygen was compared for various REE sorbed on bacteria, showing that the bond length for HREE (Er to Lu) was much shorter than those extrapolated from the trend between La and Dy, because of the selective binding of the HREE as the multiple phosphate surface complexes. Our results are consistent with the selective enrichment of the HREE at the bacterial cell surfaces, considering that chemical species with a shorter bond length are more stable. Thus, it is clear that the HREE enrichment at the bacterial cell surfaces is caused by the formation of the multiple phosphate surface complexes. Based on these results, it is suggested that materials having such phosphate sites such as bacteria and bacteria-related materials can induce anomalous HREE enrichment in natural systems.