静偏应力下湛江结构性黏土的动力特性

针对天然强结构性湛江黏土,通过开展不同静偏应力影响下的不排水循环加载三轴试验,对循环荷载作用下的动变形、动强度和动孔隙水压力特性以及与土结构性间的内在联系进行系统性的试验研究。结果表明,结构性黏土在循环荷载作用下的突然破坏,具有脆性破坏特征,静偏应力越大,土体破坏应变越小。湛江黏土的临界动应力随静偏应力呈先增大、后减小的变化规律,在静偏应力较小时存在峰值。分析认为,静偏应力对结构性黏土动力特性的影响存在分界值,小于该值时静偏应力对土体的压密作用提高了土体的临界动应力和动强度,抑制了土的变形发展;当静偏应力继续增大,则土体结构损伤,动荷载下的临界动应力和动强度均呈下降趋势。结构性土的动孔隙水压力低于一般黏土,静偏应力的存在导致孔压在土体破坏后出现负增长,初始剪应力使结构性土体产生剪胀势。     

氯盐和冻融耦合下水泥土的强度和破坏特征

为了研究氯盐侵蚀和冻融循环耦合下水泥土无侧限抗压强度和破坏特征, 进行了不同浓度氯化钠溶液下的水泥土冻融循环试验, 得到了冻融前后的冻融腐蚀因子、 体积变化率和变形模量, 分析了微观结构特征。结果表明： 在氯盐侵蚀和冻融循环耦合下, 水泥土的无侧限抗压强度、 冻融腐蚀因子均随着冻融循环次数的增加而呈现下降趋势; 氯盐浓度越高, 水泥土的无侧限抗压强度、 冻融腐蚀因子下降的幅度越大。随着冻融循环次数的增加, 在同种浓度溶液中, 水泥土的体积变化率增大, 变形模量减小; 氯盐浓度增大, 水泥土体积膨胀变大, 内部结构松散, 抵抗变形的能力减弱。相同冻融循环次数下, 氯盐溶液产生的损伤要大于清水中的损伤, 随着氯盐溶液浓度的增加, 水泥土内部微观结构损伤越严重。     

重金属Cu2+驱动下红黏土土体压缩变形机制

采用浓度为0、2.5、5.0、10.0g/L的CuSO₄溶液配制污染土,开展固结试验、热分析试验和扫描电镜(scanningelectronmicroscopy,简称SEM)试验,分析红黏土受重金属Cu²⁺污染后的压缩变形特性机制。结果表明：红黏土的压缩系数和总压缩变形量的变化与土中孔隙水(自由水、弱结合水、强结合水)含量的变化趋势相同,都随着Cu²⁺浓度的增加呈现先降低后升高的趋势。黏土中土颗粒之间的结构连结主要以吸附水膜接触为主,Cu²⁺改变了土中孔隙水的水膜厚度,导致孔隙水的含量发生变化;水膜变薄,土颗粒间的距离缩短,土体的结构强度越高,土体抵抗压缩变形的能力就越大。随着Cu²⁺浓度的增加,土体微观结构由松散的块状、片状单元体逐渐演化为面-面接触的叠聚体;当Cu²⁺浓度增至10.0g/L,开始出现鳞片状的单元体,单元体间的接触方式以点-点接触和边-面接触为主,土颗粒间的凝聚力变差,土体结构稳定性降低。     

动荷载作用下水泥土的疲劳寿命分析

采用荷载控制、非对称正弦波动荷载对水泥土进行疲劳载荷试验。在动荷载的作用下,水泥土表现为低应力性破裂特征。通过试验结果分析,提出水泥土应力空间的疲劳破坏准则,建立了水泥土3参数幂函数疲劳寿命模型。分析了影响水泥土疲劳寿命的主要因素,结果表明：动荷载应力水平越高,水泥土的疲劳寿命越短,反之越长;水泥土的龄期越长、水泥掺合比越大,水泥土的疲劳寿命越长。     

滨海盐渍土改良试验及钉形搅拌桩承载力评估

针对滨海盐渍土地区水泥土搅拌桩地基处理问题,通过室内试验研究了含海盐量对土体塑液性指标等物理参数的影响,以及对三轴剪切强度力学参数的弱化作用;此外,通过不同材料配合比的改良试验,研究了水泥盐渍土强度随含盐量等变化的规律,表明水泥土含盐或者浸泡海盐水,对于强度都有弱化影响,水泥、粉煤灰固化剂都可以一定程度抵消海盐的不利影响,而且后者效果更明显。在上述试验基础上,从水泥土材料强度、桩-土侧摩擦与端部阻力、P—S计算曲线等方面,综合计算评估钉形水泥土搅拌桩单桩以及复合地基承载力特征值,表明固化剂改良的搅拌桩处理后,含盐软基能满足承载能力设计要求。在钉形的异形桩的承载力理论计算以及工程验证等方面,仍有待进一步深入。 更多还原     

水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究

开展对水泥土搅拌桩软土地基土体试样的GDS（Global Distribution System）共振柱试验,研究不同剪应变、围压、水泥土置换率对土体动力特性的影响。结果表明,水泥土搅拌桩软土地基土体的动剪切模量G和阻尼比D随剪应变? 变化趋势与软黏土一致,在小应变范围内围压和置换率对土体的动剪切模量G和阻尼比D的影响显著,随着剪应变? 增大,围压和置换率的影响减弱;水泥土搅拌桩软土地基土体的最大动剪切模量Gmax与围压表现出良好的线性关系,围压越大,提高水泥土的置换率对土体最大动剪切模量Gmax增强效果越明显。研究结果可为地区水泥土搅拌桩软土地基土体动力参数的取值提供一定的参考。     

新型GS固化土与水泥土的力学特性对比研究

GS(Gypsum-Slag)土体硬化剂是一种由水泥、钢渣、矿渣和脱硫石膏及其他外加剂组成的新型土体固化材料。将GS土体硬化剂和水泥两种固化剂固化土作为研究对象,通过室内无侧限抗压强度试验和电镜扫描试验,研究固化土的应力-应变曲线以及土质、固化剂掺量、龄期对固化土力学性能的影响,观察其微观结构,进而对比分析GS土体硬化剂和水泥的特性,并进行现场试验加以验证。研究结果表明：相比水泥土,GS固化土应力-应变曲线存在明显峰值;GS固化土和水泥土的强度均随着掺量和龄期正增长,且GS固化土的长期强度更高;GS固化土和水泥土变形模量分别是其抗压强度的31.11～77.24倍和23.24～71.62倍;GS固化土现场成桩的完整性优于水泥土。相比水泥土,GS固化土具有强度增长快、后期强度高、经济效益好的特点,可较好满足地下工程和路基工程等土体加固应用需求。     

水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究EI北大核心CSCD

开展对水泥土搅拌桩软土地基土体试样的GDS(Global Distribution System)共振柱试验,研究不同剪应变、围压、水泥土置换率对土体动力特性的影响。结果表明,水泥土搅拌桩软土地基土体的动剪切模量G和阻尼比D随剪应变γ变化趋势与软黏土一致,在小应变范围内围压和置换率对土体的动剪切模量G和阻尼比D的影响显著,随着剪应变γ增大,围压和置换率的影响减弱;水泥土搅拌桩软土地基土体的最大动剪切模量G_(max)与围压表现出良好的线性关系,围压越大,提高水泥土的置换率对土体最大动剪切模量G_(max)增强效果越明显。研究结果可为地区水泥土搅拌桩软土地基土体动力参数的取值提供一定的参考。     

硫酸钠对水泥土的强度及微观孔隙影响研究

通过不同含量的硫酸钠水泥土抗压强度测试,分析硫酸钠对水泥土X射线衍射（XRD）物相成分改变的化学反应过程,对比分析经Image-ProPlus6.0（IPP）软件处理前、后的微观扫描电镜试验（SEM）图像,计算放大200倍下SEM图像的孔隙平均直径分布规律,探讨硫酸钠对水泥土宏观强度与微观孔隙的影响规律。结果表明,硫酸钠充分参与了水泥土的固化过程,促进了Ca(OH)2、CaSO4、CaCO3与C-A-S-H等水化产物的生成;水泥土强度随硫酸钠含量增加而增大,在含量等于9g/kg时达到最大值;硫酸钠使水泥土的孔径分布发生改变,放大200倍下水泥土微观图像孔隙率随着硫酸钠含量的增大呈减小趋势;当硫酸钠含量小于9g/kg时,生成的水化产物使水泥土的结构呈现较强的粒状-镶嵌-胶结结构,对强度有利,当硫酸钠含量较大时,水化产物产生的膨胀力大于胶结力,使其强度下降。     

地铁振动荷载对下穿越盾构开挖面孔隙水压力的影响

盾构穿越饱和砂土地层中的运营地铁时,在地铁列车振动荷载的作用下开挖面前方土体中会产生超孔隙水压力,影响开挖面稳定,通过动三轴试验对不同类型砂土在地铁列车振动荷载的作用下的超孔隙水压力增长规律进行了研究。研究表明,随着地铁列车振动荷载振幅的增大,超孔隙水压力逐渐增大,当振幅不大于10 kPa时,超孔隙水压力的增加并不明显;开挖面支护力减小,会使振动荷载对超孔隙水压力的影响增强,而且这种影响对土体竖向应力卸荷比土体水平应力卸荷更为敏感;在饱和松散细砂地层中,地铁列车振动荷载对超孔隙水压力的影响最为显著;地铁列车振动荷载引起的开挖面超孔隙水压力绝对数值不大,但能使泥水盾构泥膜承受的压力差至少减小约33%。     

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。     

超细水泥对固化软土早期抗压强度影响的试验研究

为研究超细水泥含量对水泥固化软土的早期力学性能的影响,本文通过在普通水泥中加入不同掺量的超细水泥组成复合水泥固化剂用以固化软土。具体研究不同超细水泥掺量、不同初始含水率、及不同养护围压条件下,复合水泥固化剂对固化软土早期抗压强度及刚度的影响。采用自制K₀围压养护装置(施加不同轴向压力的方式)、无侧限抗压强度仪(UCS)、X射线衍射仪(XRD)、电镜扫描仪(SEM)和低场核磁共振孔隙测试仪(NMR)等试验手段获取复合水泥固化软土不同龄期的抗压强度、刚度及微观结构的变化规律,并揭示其固化机理。研究结果表明:(1)相同轴向压力作用下,随着超细水泥掺量的增加,固化软土的抗压强度和弹性模量均有提高,其中复合固化剂中的活性颗粒发生水化反应生成大量胶凝产物用以黏聚土颗粒和填充孔隙,惰性颗粒用于填充土颗粒间的孔隙;(2)随着含水率的提高,固化软土中孔相对发育,从而使固化软土结构致密性减弱,抗压强度降低;(3)在K₀围压养护7d时,固化软土的抗压强度和弹性模量随着轴向压力的提高而增加,表明养护围压对软土颗粒的压缩作用能提高固化软土的密实性,同时围压对固化软土产生有效应力,与水化产物共同促进固化软土形成密实的土骨架,进而使其在7d内具有较高的抗压强度。基于试验结果,建立轴向压力、含水率和超细水泥掺量等多因素的固化软土强度预测公式,并提出复合水泥固化软土结构模型,为工程实践提供理论基础。     

软土深层搅拌桩的水泥土抗腐蚀性室内试验

结合深港西部通道填海区深层搅拌桩在滨海地下水环境中施工的需要,对水泥土在自来水、地下水、海水及Na2SO4溶液环境下的抗腐蚀性进行了室内研究,研究表明以纯水泥为固化剂的水泥土在腐蚀性地下水环境中的抗腐蚀性能较差,增加矿渣、粉煤灰的含量,能增强水泥土抗腐蚀性;分析了固化剂中矿渣、粉煤灰掺入量对水泥土抗压强度及抗腐蚀性的影响规律,即固化剂掺入比不变的情况下,用矿渣、粉煤灰替代部分水泥能大幅度提高水泥土的抗压强度,同时改善其抗腐蚀性;得出了抗腐蚀性能良好的水泥土配方,即矿渣、粉煤灰的质量占固化剂的40%～60%,可供同类工程借鉴.     

水泥土在侵蚀环境中的试验研究和等效分析

拱北隧道是港珠澳大桥连接线的重要组成部分,隧道基底采用水泥土加固体处理。在加固体所处的环境中,由于地下承压水与海水相连,海水中所含的侵蚀性离子易对加固体产生一定的影响。通过室内试验和理论推导,研究侵蚀环境下水泥土的力学性能和耐久性。自制水泥土试块并模拟侵蚀环境,水泥土试块在侵蚀环境中浸泡时间分别为90、180、270 d,对浸泡后的水泥土试块进行无侧限抗压试验。试验结果表明：在侵蚀环境的影响下,水泥土试块强度的最大值出现在90～ 270 d之间。浸泡时间超过90 d,氯化镁和氯化钠的混合溶液（MCN）使水泥土试块的抗压强度表现出明显的衰减响应。在低浓度（1.5 g/L和4.5 g/L）条件下,MSN中的硫酸镁与水泥土中的3CaO•2SiO2•3H2O充分反应,使水泥土的抗压强度达到最高值,同比情况下对水泥土的抗压强度损伤最小。在相同的浓度下,氯化镁对水泥土试块的抗压强度影响比硫酸镁大。从化学动力学基本原理出发,基于硫酸镁与水泥水化产物的化学反应过程,推导得出侵蚀性溶液浓度与侵蚀时间之间的关系式(C1/C2)β=t2/t1,即当水泥土被侵蚀后达到同等抗压强度时,侵蚀性物质浓度的反应级数次方与侵蚀时间成反比。根据公式,可以通过较高浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较短时间条件下的强度试验结果,预测分析较低浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较长时间条件下的水泥土强度。最后结合试验数据对理论结果进行了验证。     

水泥基渗透结晶型防水材料对硫铝酸盐水泥固化土性能影响及机制分析

水泥土固化过程中Ca2+浓度会随水化反应的进行而逐步降低,导致水泥颗粒未完全水化,固化土强度增长受限,而水泥基渗透结晶型防水材料（CCCW）中活性物质能催化未水化水泥颗粒反应。选择硫铝酸盐水泥（SAC）为胶凝材料、CCCW为添加剂,通过单掺与复掺的方式,结合X射线衍射（XRD）、电镜扫描（SEM）表征,分析了固化土的无侧限抗压强度、水稳定性、耐干湿循环性能及微观结构。结果表明,复掺16%混合料（4%CCCW+12%SAC）的固化土强度是同掺量下单掺SAC固化土强度的1.5倍,且比单掺20%SAC的固化土强度高1.41 MPa;复掺16%混合料（4%CCCW+12%SAC）的固化土泡水2～8 d软化系数平均达0.97,而同掺量下SAC固化土平均仅为0.73;单掺的固化土强度随干湿循环次数增加逐级降低,而复掺混合料的固化土强度呈波浪式发展;CCCW中活性物质能增加固化土中钙矾石生成量并修复微裂缝,钙矾石长径比显著增大,可直接连接两个甚至多个土颗粒,形成三维网状结构,显著提高结晶体的微观加筋、骨架及填充作用,改善SAC固化土强度、水稳定性及耐干湿循环性能。     

疏水材料处理吉林西部乾安地区盐渍土的力学强度试验

为了给吉林西部乾安地区盐渍土边坡水渠工程施工提供理论依据及施工参考,利用新型泥土超疏水乳液（CN）对该区盐渍土进行了处理,研究了不同处理条件下CN对盐渍土土体力学强度的影响,将经过不同处理的素土与CN土无侧限抗压强度进行对比,结果表明：1）在不同含水率条件下,CN土的无侧限抗压强度均有较大提升,且在14.86%含水率时取得最大提升率98.90%;随着含水率的增加,素土与CN土应力-应变曲线均存在由硬化型向软化型的转变,其阈值在最优含水率附近。2）随着压实度的增加,CN土无侧限抗压强度逐渐增强,在90%压实度条件下取得最大提升率130.77%;且CN处理后,原本呈塑性硬化型的素土转变成脆性软化型。3）盐分的增加对于CN土无侧限抗压强度起到了抑制作用,在0.3%含盐量条件下取得最大无侧限抗压强度1.33 MPa;过量的盐分结晶会破坏CN形成的纳米结构疏水膜,使得在高含盐量条件下,CN土的抗压强度低于素土。4）扫描电镜实验对CN土微观机理探讨,CN处理后使得土颗粒团聚呈大颗粒,颗粒表面光滑,孔隙发育减少。结构单元体和孔隙单元体的分析证明了处理后土体连结更为紧密,从而提升抗压强度。     

固化盐渍土核磁共振微观特征

采用核磁共振技术,对不同配比的水玻璃、石灰+粉煤灰及石灰+粉煤灰+水玻璃的固化盐渍土的微观特征进行检测,结合无侧限抗压强度试验,分析了各固化方案的盐渍土固化效果,讨论了强度成因的微观特征机制。结果表明,不同固化土的孔隙特征有较大差异。石灰+粉煤灰固化盐渍土大孔隙减少;石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土孔隙总体积减少,但同时有大孔隙生成;水玻璃固化盐渍土孔隙总体增多,但随水玻璃浓度增大,孔隙体积有所减小。石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土抗压强度远大于其他固化方案,但是其孔隙结构并不是最优,说明颗粒间的胶结情况对固化效果的影响远大于孔隙特征。     

侵蚀影响下水泥土的力学性质试验研究

港珠澳大桥拱北隧道地处沿海地区,其地下水与海水相连,隧道基底采用粉体喷射搅拌法和高压喷射注浆法等方法进行加固,加固产生的水泥土在海水侵蚀性离子作用下其强度和稳定性会发生变化,从而对工程安全产生影响。根据上述两种施工工艺,制作内部含侵蚀物质和不含侵蚀物质的两种水泥土试块,配制多种不同浓度的单组分的化学溶液来模拟海水侵蚀环境,将制备的水泥土试块置于侵蚀溶液中进行预定时间的短时（≤28 d）浸泡,通过无侧限抗压试验、电镜扫描以及离子色谱测定,分别得到了单组分侵蚀溶液短时浸泡下水泥土试块无侧限抗压强度、微观结构随侵蚀溶液浓度和侵蚀时间的变化规律,以及侵蚀环境中离子浓度随侵蚀时间的变化规律。基于海水化学成分,配制多种不同浓度的双组分的化学溶液来模拟海水侵蚀环境,将制备的内部含侵蚀物质的淤泥质土水泥土试块置于侵蚀溶液中进行预定时间的长时（≥90 d）浸泡,通过无侧限抗压试验得到了双组分侵蚀溶液长时浸泡下水泥土试块无侧限抗压强度变化规律。试验结果可为临时性及长期性水泥土工程的设计及安全维护提供一定参考依据。     

滨海相软土中搅拌桩强度特征分析

连临高速江苏段路基地层为滨海相软土,该软土层具有含水量、含盐量高及压缩性大的特点,路基采用水泥土搅拌桩进行加固。针对这一问题,对滨海相软土中水泥土搅拌桩的强度特征进行了研究。室内试验结果表明,该路基中水泥土强度随水泥掺量的增加而增大。在饱水状态下,28 d内水泥土强度有所增大,28 d后几乎不变,但水泥土强度随含水量的增大而减小,由于下部土层中含水量和含盐量高,导致桩身水泥土波速和强度具有上部大、下部小的特点,试验结果与现场钻探取样试验结果一致。      

滨海岩溶地区海咸水入侵动力学系统研究

我国滨海岩溶地区岩溶系统的形成具有其独特的动力学过程。其中，既有自然环境条件下形成的岩溶特征，又有人类活动的地质效应——海咸水入侵的影响和改造。目前，海咸水入侵对滨海岩溶系统的影响和改造正在加剧，并将逐渐成为主导因素。防治滨海岩溶区海咸水入侵的根本，就是要查明咸-淡水过渡带中碳酸盐岩溶解、沉淀的动力机制。其中，混合溶蚀作用是关键。开展咸-淡水过渡带碳酸盐岩溶解、沉淀动力学的野外现场定位观测和室内动态模拟实验研究，并在查明咸-淡水过渡带碳酸盐岩溶解、沉淀动力机理的基础上，建立滨海岩溶地区碳酸盐岩溶解、沉淀系统动力学模型是十分必要和迫切的。研究各种因素综合影响下，滨海碳酸盐岩的混合溶蚀作用，将有利于查明滨海岩溶形成机理，进而为解决滨海岩溶地区海咸水入侵问题开辟一条新的途径。