纳米SiO2和石灰固化滨海石油污染土试验研究

利用纳米SiO₂(nano-SiO₂,简称NS)和石灰固化滨海石油污染土,通过一系列界限含水率试验、无侧限抗压强度试验和pH试验研究了NS和石灰对滨海石油污染土固化效果的影响;通过扫描电镜试验和X射线衍射试验进行了典型改良石油污染土的微观结构和矿物学分析。结果表明：对于5%含油率的滨海石油污染土,NS-石灰联合能够显著提高石油污染土的强度,在3%石灰改良石油污染土中分别掺入1%和2%NS,石灰改良石油污染土的7d饱和无侧限抗压强度分别达到421、727 kPa,为不掺NS的3倍和5倍多。同时,NS的加入降低了单独采用石灰改良石油污染土的p H值,减小了石灰对环境的危害。扫描电镜试验和X射线衍射试验也证明,与单独掺入石灰相比,NS-石灰联合时,NS加速了石灰的水化反应,促进了水化硅酸钙的生成,使得滨海石油污染土的强度大幅提高。     

石灰改良粉土的冻胀特性试验研究北大核心CSCD

粉土因毛细水发育表现出较强冻胀特性,在冻土区建设中需关注其冻害问题。土中掺入石灰是一种常见的化学土质改良方法,但石灰对粉土的冻胀特性影响尚不清晰。为研究石灰改良粉土的冻胀特性和效果,进行了开敞系统下的一维冻胀试验,分析不同掺灰量下的温度场、变形场和水分场变化规律和机理。研究发现:土样随掺灰量增大,其冻结深度先增大后减小,冻胀量和补水量持续减小,而冻胀率先减小后增大,各指标呈不同变化规律,冻胀特性复杂;一定条件下提高掺灰量可减小冻结深度和冻胀量直至低于素土,土样抗冻性提高;而随着掺灰量变化,石灰改良粉土的冻胀率始终高于素土,土样抗冻性改良不显著。因此,在实际工程中,不能仅通过单一指标评价石灰改良粉土的效果,需结合冻结深度、冻胀量和冻胀率三个指标,综合评价石灰对粉土抗冻性的改良效果。     

高含盐粉土的力学特性试验研究

高含盐粉土不仅含盐量较高,而且黏粒含量极低,粉粒含量高,级配不均匀,导致难以压实,强度低。为了了解此类特殊粉土的力学特性,在室内物理化学性质分析的基础上,进行原位旁压试验和原状土样的三轴试验,充分分析了高含盐粉土的力学性质。高含盐粉土的可溶性盐含量高达2.9%,主要是高硅、铝,水溶盐以Cl－和Na+为主,属氯盐碱性土。旁压试验结果表明,临塑压力可取350 kPa、极限压力可取500 kPa、旁压模量Em可取1 750 kPa、剪切模量Gm可以700 kPa作为参考值。室内力学试验进一步分析表明,该土体具有较强的剪胀性,在轴向应变达到12%左右时,试样达到稳态状态。围压150 kPa下的峰值强度能达到600～800 kPa,残余强度也能达到450～550 kPa。     

石灰-偏高岭土改良遗址土强度劣化特性的冻融循环效应

中原地区处于季冻区,周期性冻结与融化对遗址土体结构有显著影响。为探究石灰偏高岭土(L-MK)在抗冻融循环方面替代天然水硬性石灰(NHL)用于土遗址修复工作的可行性,以石灰、偏高岭土和遗址土为主要原料,对经历不同冻融循环次数的L-MK改良土试样分别进行质量损失测试、无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,系统研究其强度特性的冻融循环效应;并取部分试样进行X射线衍射(XRD)、热重(TG)、电镜扫描(SEM)等微观试验,揭示L-MK改良土强度劣化规律的内在机制。结果表明：试验配合比下,L-MK改良土的抗冻性能优于NHL改良土,偏高岭土掺量的增加有助于提高L-MK改良土强度;随着冻融循环次数的增加,L-MK改良土应力-应变曲线的应变软化特征呈减弱趋势,无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度单调衰减,但经历30次冻融循环后L-MK改良土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度分别高于NHL改良土3.79倍和1.16倍以上。这与L-MK及NHL改良土生成的水化产物(CSH和C₄AH₁₃等)受冻融循环的影响规律基本一致。     

石灰处理土的物理力学性质及其微观机理的研究

本文在回顾前人研究石灰与土相互作用的基础上,对石灰加固土的物理力学性质作了广泛的讨论,并结合宏观性质对加固的微观机理作了比较深入的研究。粉末 x 射线衍射法试验证实了在长期养护或高温养护下,石灰与土反应生成具有凝胶性质的产物--水化硅(铝)酸钙(CSH)微晶体。孔容试验表明,随着时间的增长,石灰与土的生成物在数量上不断增加,其孔径减小。扫描电镜的微观结构研究发现了生成物的强度随时间增长的原因--CSH 的产生和结晶使得土的微结构更加牢固。最后讨论了添加剂在提高强度方面的作用,并结合实际工程应用,讨论了影响石灰加固效果的因素。     

海水腐蚀环境下纳米SiO2改良水泥土动应力及微观分析

为研究纳米SiO₂改良水泥土抵抗动力荷载-海水腐蚀耦合作用效果,通过动三轴、扫描电镜（SEM）、核磁共振试验（NMR）,获取不同海盐溶液浓度和时间下动应力参数及NMR曲线图、SEM图,探究海盐溶液浓度和腐蚀天数对改良前后水泥土的影响。试验结果表明:改良土内部孔隙减少,土颗粒间胶结度提高,土体抵抗动力荷载-海水腐蚀耦合作用能力增强,清水环境下,养护7,14,28 d改良水泥土动强度分别提高了4.8%、6.6%、7.3%;经海水腐蚀后,土体内部结构遭到破坏,土颗粒松动且孔隙增多,水泥土动强度明显下降,腐蚀28 d、清水、1倍、2倍、3倍海水浓度溶液环境下,纳米水泥土相对于普通水泥土动强度分别提高了9.4%、7.3%、6.6%、6.3%。     

江苏沿海粉土物理力学特性与BPNN预测模型

江苏沿海地层以第四系海相或海陆相交互沉积成因的粉土和淤泥质粉土为主,地下水位高,工程性质较差,直接影响电网基础设施工程建设与后期运营安全。根据现场原位测试和室内试验数据,分析了江苏沿海地区粉土物理力学指标的变化范围、变异性以及指标之间的相互关系,土体黏聚力等力学指标的变异系数值在0.5附近,明显大于土体密度、液塑限等物性指标的变异系数;应用BPNN神经网络方法建立了粉土土性指标的预测模型,结果表明该模型预测效果良好,能反映粉土物理与力学性质指标之间的非线性关系,采用均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)两个指标评价,土体压缩指标的预测精度要优于剪切强度指标。     

不同温湿冻融循环条件下粉土剪切特性试验研究

为了探究不同温湿条件下冻融循环作用对压实粉土剪切特性的影响,以郑州黄泛区粉土为研究对象,在-5～5℃和-15～15℃温度幅值冻融循环条件下,对含水率为6.0%、10.0%、14.0%、18.0%以及饱和含水率下的压实粉土试样进行冻融循环,并进行剪切特性试验及微观结构分析。结果表明：冻融循环过程中,压实粉土颗粒间的接触方式、排列组合和孔隙特征发生改变,抗剪强度呈先降低后逐渐趋于稳定趋势;由于土中水发生相变和颗粒间作用力发生变化,土样含水率越大,冻融温度幅值对土样剪切强度及其强度参数衰减作用越明显;相同温度幅值条件下,由于颗粒面胶结以及孔隙间水膜润滑的综合作用,冻融循环过程中压实粉土含水率越高,抗剪强度及黏聚力衰减比例越小,内摩擦角衰减比例越大。     

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。     

粉性土毛管水的力学和工程特性

阐述了毛管水对土体强度、变形和渗流的影响。粉性土既有较高的毛管水头,又有一定的渗透性,水压传递快;毛管水对此类土的地基、基坑和堤坝等工程有明显的影响。研究的主要成果有：①根据试样浸水与否的无侧限抗压强度比较试验及理论分析,证明毛管水张力增高了土体强度,强度增高的数值,试验结果和理论分析相符;②计算分析雨季粉性土地表层毛管水张力消失和土体膨胀的过程;③借砂模试验和电拟试验,分析了毛管水对堤坝渗流流态的影响,毛管水增高了渗流量和出逸点高度;④提出了砂土和粉性土毛管水头hc和渗透系数k新的经验计算式。研究成果可应用于粉性土地基、基坑和堤坝等工程。     

青藏高原典型冰碛土的物理力学特性研究

在被称为世界屋脊的青藏高原,更新世全球冰河期发生了多次冰川作用,留下了大量冰川遗迹。作为冰川遗迹之一的冰碛土,属于特殊的工程岩土,具有成分复杂、结构混杂、物理力学性质变化大的特点,容易和坡积物、残积物等第四系堆积物混淆。在建的亚丁机场位于稻城海子山,场址地基土为稻城冰帽消融所形成的冰碛土,具有青藏高原冰碛土的典型性。为了掌握冰碛土的特殊物理力学性质,揭示其和冰川演化之间的关系,通过对亚丁机场场道地基的勘察,完成了典型冰碛土粒度成分分析、现场及室内物理力学性质测试,以及冰碛土ESR测年。研究表明,亚丁机场场址的冰碛土形成于375ka B.P. ; 由于大小混杂、颗粒级配良好(Cu=8.05,Cc=1.09),在后期多次冰川的压实作用下,表现出密度高、空隙比小、地基变形模量和承载力高的特性,平均前期固结压力达到290kPa,可作为高原重大工程的天然良好地基。     

膨胀土掺石灰对土的工程特性影响机制探讨

结合工程实践,通过对南阳膨胀土特性研究,尤其是对2∶8 灰土垫层和原状膨胀土做了对比试验,并探讨了膨胀土掺石灰对土的工程特性的影响机制。     

土、岩及接触面力学特性研究

我国西北陕甘地区是中国乃至世界典型的黄土分布区,土、岩交界地层是浅埋破碎围岩中常出现的一种地层条件。一般地,土、岩交界地层形成年代较短,其上覆土层孔隙大、较松散;而岩层的性质差异较大,有泥岩、页岩以及风化程度不同的花岗岩。这一独特的地质特征不仅使得隧道围岩力学性质的发生显著变化,而且水文地质条件也发生了显著的变化,导致交界处含水量明显增大。在过去的实践中,土、岩交界地层并没有引起人们的广泛注意,从而导致了许多塌方以及围岩变形过大的事故。在宝天高速公路黑岭隧道的实践中发现,土、岩交界面段围岩的最大变形达到35 cm左右。隧道之所以出现塌方和围岩变形过大,原因在于没有正确的认识土岩交界地层条件下,围岩的变形规律和开挖后围岩应力的转移,从而导致按常规设计方法提供的支护措施与实际的围岩压力不相匹配。     

粉土改良膨胀土的路用性能与现场试验

为探究粉土对膨胀土的改良效果,对不同粉土占比改良膨胀土进行了胀缩特性、路用性能和微观结构测试。研究表明：掺入粉土改变了膨胀土土体颗粒成分及结构,抑制了膨胀土的胀缩潜势;随着粉土颗粒的增加,膨胀土的密实度和无侧限抗压强度均先增大后减小,最大干密度在粉土占比为40%时达到1.889 g/cm³,无侧限抗压强度在粉土占比为10%时最大,加州承载比(CBR)值持续显著提高,回弹模量呈下降趋势,均满足规范要求;验证了粉土改良膨胀土的可行性,确定了最佳配合比为粉土掺量40%。为便于现场施工,并考虑现场拌和均匀程度,先掺入3%低剂量石灰对膨胀土进行“砂化”,降低膨胀土黏性使其破碎。在此基础上,采用粉土掺量40%对膨胀土进行改良后用于高速公路路堤填筑,并开展了现场压实度、CBR值、弯沉值等测试。现场试验结果表明：现场填筑联合改良试验段和单一石灰改良对照段整体压实质量良好,但试验段压实度易受粉土均匀程度影响而降低;试验段路基CBR值和路基弯沉与对照段相当,粉土改良有效弥补了相对于对照段减少的2%石灰所提供的强度。     

膨胀土工程特性及其石灰改性试验研究

系统地开展了弱、中膨胀土及石灰稳定土的物理力学试验.试验表明:中膨胀土具有较强的吸水膨胀软化特性,其CBR值低于3%,不能满足路基对填料的强度要求,用作路基填料必须改性;当压实含水量控制得当,弱膨胀土CBR可满足规范要求,其压实含水量宜按最优含水量+(3～4)%控制;用石灰对中膨胀土改性效果显著,能有效抑制其胀缩潜势和提高土体强度,能满足路堤填筑的要求.中膨胀土石灰改性的质量掺合比宜按5.0%控制.     

石灰改良弱膨胀土击实特性试验研究

本文以拟建安康机场弱膨胀土为例,用石灰作为改良剂,对这种石灰改良膨胀土开展了一系列击实试验研究。试验样品来自于安康拟建机场跑道区和挖方区的膨胀土,采用CSK-V1型多功能电动击实仪进行重型击实试验。试验结果表明,石灰掺量、含水量、余土高度、焖料时间对干密度有一定的影响,其规律为:石灰掺量越高,最优含水量越大,最大干密度越小;在最优含水量附近,随着石灰掺量的增加,含水量对干密度的影响减小;在击实功、掺灰量、含水量一定时,余土高度越大,干密度越小;最大干密度随着焖料时间以一定的趋势减小,焖料时间48h以后变化不大;同一种石灰掺量时干密度的主要影响因素顺序是:含水量、焖料时间、余土高度。最后,还通过扫描电镜试验,从微观角度对石灰改良土和击实试验结果进行了描述与分析。     

非饱和击实粉土的强度和屈服特性研究

由于吸力量测技术的困难,对京―九线粉土在不同含水率下击实并进行三轴不排水剪切试验,研究其强度和屈服特性,为非饱和击实粉土力学模型的建立提供依据。试验结果表明：该击实粉土在剪切过程中,在最优含水率干侧击实的土样具有较高的强度,应力-应变关系曲线呈软化趋势,土样先剪缩后剪胀,湿侧击实的土样具有较低的强度,应力-应变关系曲线呈硬化趋势,土样不断剪缩;随着试样击实含水率的增加,击实粉土的强度和屈服应力不断减小,水对土体具有一定的软化作用;不同击实含水率下,土样在q-p平面内破坏时的屈服轨迹为近似平行的斜直线,含水率对临界状态线的斜率没有影响;含水率对击实粉土抗剪强度的贡献表现为土体的似黏聚力的增加,似黏聚力与含水率之间呈乘幂关系,得出以含水率为变量的击实粉土强度计算公式,可在实际工程中推广应用。     

3种生物聚合物改良粉土的持水特性研究

针对黄河流域水土流失防治,以往多采用水泥等灰色材料进行加固筑堤,但生态环境破坏严重。为响应黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略,采用环境友好的生物聚合物对黄河流域典型粉土进行改良,通过WP4C仪测量生物聚合物改良粉土的持水特性,并从微观角度分析了生物聚合物改良粉土持水特性的机制。研究结果表明,与未改良土相比,生物聚合物改良粉土饱和含水率增大,孔隙比增大,持水能力显著提高。黄原胶、结冷胶、瓜尔胶改良粉土的持水能力均随着掺量的增加而增加,结冷胶改良的效果优于黄原胶、瓜尔胶。其机制为生物聚合物颗粒经过水合作用形成水凝胶,填充颗粒间孔隙,增加颗粒之间的黏结性。而且黄原胶、结冷胶改良粉土中形成类似蜂巢结构的孔隙空间,为其提供储水空间,进而提高改良土的持水特性。上述研究结果可为生物聚合物安全、科学地应用于黄河流域水土流失的防治提供科学依据。     

熔融SiO2中原子自扩散性质的分子动力学模拟

研究地幔熔体中元素的扩散性质有着重要的意义,因其影响着元素的交换和分馏过程。SiO2 作为地幔组成的重要组
分之一,其物理化学行为对于地幔动力学过程有着重要的意义。本文研究了SiO2 熔体中元素的扩散机制和自扩散系数与
压力的关系,采用Morse stretch 势场对含有4500 个原子的熔融SiO2 体系进行了分子动力学模拟,计算了硅氧自扩散系数在
3000 K 温度下随压力的变化。模拟结果显示,在0.0001~40 GPa的压力区间,硅氧元素的自扩散系数均先上升后下降,在
17.5 GPa 时达到最大值,O 原子的扩散速率略高于Si 原子。硅氧元素的扩散方式为缺陷控制运移机制,其中硅原子的五配位
结构的形成是关键,为导致扩散系数随压力增大而上升的主要原因,扩散系数的最大值意味着SiO2 熔体中5 配位硅形成机
制的改变。本文也计算了单位［SiO2］的平均体积和压力的关系,结果与实验很吻合。