纳米硅粉水泥土的强度特性及固化机理研究

将性能优异的纳米硅粉作为外掺剂应用于水泥土改性研究。通过室内试验，探讨了纳米硅粉水泥土的强度特性。试验表明，一定掺量下的纳米硅粉能够显著提高水泥土的各个龄期强度。结合试验测试和理论分析，探讨了纳米硅粉在水泥水化硬化过程中的作用以及纳米硅粉与土之间的作用，在此基础上，分析了纳米硅粉改性水泥土工程性状的机理，旨在为纳米硅粉应用于工程实践开展理论和试验研究探索。     

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。     

水泥土应力-应变特性真三轴试验研究

采用研制的真三轴仪对水泥土进行等小主应力 、等中主应力参数b真三轴试验,研究中主应力参数、小主应力对水泥土应力-应变特性的影响。试验结果表明,相同?3条件下,水泥土应力-应变曲线的初始切线模量、破坏强度均随b的增大而增加,破坏时的大主应变则随b值的增大而减小;水泥土破坏强度与中主应力参数b近似呈线性关系,直线斜率随?3的增加而增大。对于相同b值,水泥土的应力-应变曲线初始切线模量、破坏强度、破坏时的大主应变均随?3的增加而增大;水泥土破坏强度与?3近似呈线性关系,且随b值的增大,线性关系更加明显。随着中主应力和?3的增大,水泥土应力-应变曲线逐渐由软化型向硬化型过渡。破坏应力比则随?3的增加和b值的增加而逐渐降低。获得了水泥土的广义Tresca准则和广义Mises准则模型参数,对比分析表明广义Tresca准则更适用于水泥土。     

SF对水泥土的影响初探

本文介绍了一种新型的软土地基处理剂──硅粉在水泥加固土中部分取代水泥后的试验结果，掺入硅粉后水泥用量可大幅度减少，水泥土强度有很大提高。对水泥土中ＳＦ的作用进行了探讨。     

纳米硅水泥土工程特性的试验研究

选取纳米硅作为水泥土的外掺剂 ,在大量试验的基础上 ,深入地研究了纳米硅水泥土的强度和变形特性。试验结果表明 ,纳米硅对水泥土强度的增强作用明显 ,对强度而言存在一合理的掺量范围 ,并应用正交试验和方差分析方法定量地分析了各影响因素对强度的贡献大小。最后讨论了水泥土的破坏应变、变形模量等指标与围压、抗压强度间的关系和统计规律     

环境侵蚀下水泥土的强度及细观破裂过程分析

研究了环境侵蚀下水泥土的细观破裂行为,利用中国科学院武汉岩土力学研究所的岩石破裂过程细观力学试验系统,对在各种侵蚀环境中侵蚀一定时间的水泥土细观试件进行了一系列破裂过程试验,实时观察并用显微数码摄像系统记录了水泥土试件的细观破裂全过程,得到了水泥土的应力-应变关系曲线及其对应显微图像。研究结果表明,环境侵蚀后水泥土的细观破坏特征主要有两类,即弹塑性破坏和脆性破坏。细观试验是研究环境侵蚀下水泥土破坏过程的有效手段。     

纤维水泥土力学性能的试验研究

为了解加入纤维对水泥土力学性能的影响,对素水泥土及纤维水泥土进行了无侧限抗压和疲劳试验。研究结果表明,添加纤维可小幅度提高水泥土的抗压强度;与素水泥土相比,纤维水泥土在达到应力峰值时的应变明显增大,破坏后的残余强度也有所提高;纤维的加入提高了水泥土的延性,减少了裂缝的开展,改善了其力学性能;添加纤维后水泥土抵抗疲劳的能力明显增强;掺入纤维对水泥土抗疲劳能力的提高程度远大于其对水泥土无侧限强度的提高程度;水泥土的应力水平和疲劳寿命之间具有单对数线性关系;在循环荷载作用下水泥土表现为低应力性破裂特征。     

纳米硅粉水泥土的工程特性及固化机理初探

将具有优异特性的纳米硅粉作为外掺剂应用于水泥土,基于室内试验,分析了纳米硅粉水泥土的强度和变形特性;在此基础上,探讨了纳米硅粉水泥土的固化机理,重点分析了纳米硅粉外掺剂在水泥土中的作用机理.     

纳米硅水泥土弹塑性有限元分析

试验表明水泥土中掺入适量的纳米硅材料可以大幅度地提高水泥土的抗压强度。在试验的基础上,得出纳米硅水泥土的屈服条件后,采用相关联的流动法则和塑性功硬化条件,建立了纳米硅水泥土的弹塑性本构关系方程。在此基础上,以空间轴对称为研究对象,采用三角形截面的圆环单元,应用虚功原理建立了轴对称条件下纳米硅水泥土有限元方程,用增量刚度法求解,且用Matlab软件编制了有限元程序,在三轴试验条件下验证了该程序的合理性。以某机场水泥土搅拌桩地基处理方法作为工程背景,应用不同纳米硅掺量的水泥土作为地基处理的新材料,与传统水泥土进行了比较,计算结果表明,纳米硅作为水泥土外加剂用于地基处理可有效地减少地基沉降,提高地基承载力,在相同上覆压力下纳米硅水泥土处理后的地基沉降小于普通水泥土材料。     

冻融作用下水泥及石灰改良土静力特性研究

为扩大季节冻土区高速铁路路基填料的使用范围,对不同冻融次数、冷却温度和围压下水泥及石灰改良土的应力-应变关系、静强度参数和破坏图像进行了研究。试验结果表明,水泥土的应力-应变关系为加工软化型,冻融作用下石灰土的应力-应变关系为加工硬化型;水泥土以脆性破坏为主,而石灰土的破坏形式为塑性破坏;围压对改良土应力-应变关系曲线形式影响不明显,随着围压的增加,改良土的峰值强度增大;改良土的黏聚力随冻融次数的增加而逐渐减小,而内摩擦角与冻融次数的关系无规律可循;冷却温度对改良土黏聚力的影响不明显;反复冻融作用下水泥土的改良效果要优于石灰土。     

水泥土(砼)抗压试件尺寸表面约束对强度的影响

推导了圆柱体试件和长（立）方体试件,分别在不同表面摩擦力和不同高宽（径）比下基于双剪屈服准则下抗压强度的理论计算公式,并与实验结果比较所得结果与实验结果甚为吻合。其理论计算与实验结果都说明,试件尺寸的不同与表面抹油与否对水泥土抗压强度均有一定的影响。其高宽（径）越大,其强度越低且越趋于一定值。试件上下表面不摸油其抗压强度略高抹油情况。     

一种新的岩浆岩分类定量方法

目前,岩浆岩的超基性、基性、中性、酸性的分类均根据SiO2的含量,但这种单一含量判别标准并不严谨,含量经常与分类不完全对应。使用TraceElem 1.0软件对各种岩浆岩进行逐步判别分析、聚类分析和对应分析研究,据此认为超基性岩由MgO和FeO组成的因子确定,基性岩则由P2O5、Fe2O3、TiO2、CaO、MnO组成的因子确定,中性岩由Na2O和Al2O3组成的因子确定,酸性岩由K2O和SiO2组成的因子确定。岩浆岩的分类宜以SiO2为主、以MgO和CaO为辅,尤其要引入MgO。在SiO2含量相同的情况下,MgO、CaO含量越高,基性程度越强。基于这一分析结果,提出一种新的酸度指数（ADI)计算方法,即ADI=w(SiO2)-0.75w(MgO)-0.23w(CaO),ADI<38.0%为超基性岩,在38.0%～52.0%之间为基性岩,在52.0%～62.5%之间为中性岩,>62.5%为酸性岩。     

Instantaneous Friction Angle and Cohesion of 2-D and 3-D Hoek–Brown Rock Failure Criteria in Terms of Stress Invariants

The Mohr–Coulomb (M–C) failure criterion is one of the most widely used failure criteria in rock mechanics, although it has a number of shortcomings such as neglecting the nonlinear strength observed in rock or the effect of the intermediate principal stress σ ₂. Other failure criteria have been proposed to effectively include in the predictions of failure the non-linear response of rock to confinement or the effects of the intermediate principal stress. The M–C criterion is still widely used, and it is arguably the criterion most used in practice. For example, stability evaluations of shallow rock structures such as slopes and foundations are routinely carried out by estimating a friction angle and a cohesion of the rock mass. To include the dependency of cohesion and friction angle on stresses, efforts are being made to estimate equivalent values of the M–C parameters for the range of stresses applicable to a particular design. The paper suggests a new and convenient approach to find the equivalent friction angle and cohesion from any failure criterion that can be expressed in terms of the Nayak and Zienkiewicz’s stress invariants. To demonstrate the capabilities and application of the methodology, the new approach is applied to two failure criteria: the Hoek–Brown (H–B) criterion and the Hoek–Brown and Willam–Warnke (HB–WW) criterion, 2-D and 3-D failure criteria, respectively. Results from the new method, in terms of equivalent friction and cohesion for the H–B criterion, are exactly the same as the results obtained from Balmer’s theory, which confirms the validity of the new method. The predicted equivalent friction and cohesion for the HB–WW criterion show a dependency on σ ₂, which does not occur for a 2-D failure criterion.     

Experimental investigation on effect of curing stress on the strength of cement-stabilized clay at high water content

The application of cement-stabilized marine clay at high water content (HW-CSC) as land reclamation fill has been receiving increasing attention and popularity. In current coastal development, HW-CSC land reclamation projects begin to advance toward deeper water areas, leading to greater filling heights and thus higher curing stresses acting on the lower portions of HW-CSC. In principle the higher curing stress will improve the strength gain of HW-CSC, but this curing stress effect is not taken into account in current design practice. This study aims to bridge the gap. Fifteen different mixes of HW-CSC are first prepared and cured in consolidation tubes for seven days under various curing stresses. Their strengths and some other post-curing parameters are then tested and analyzed to demonstrate the quantitative effect of curing stress on the strength gain of HW-CSC. Results indicate that the strength gain of HW-CSC is significantly influenced by the curing stress; however, the effect of curing stress cannot be simply replaced by reducing the remolding water content during mixing stage and letting the specimens be cured under atmospheric stress condition. Therefore, it is concluded that the effect of curing stress includes two different components—a consolidation effect and another effect termed the “self-stress” effect in this study. Finally, an empirical relationship accounting for the combined effects of mixing proportion and curing stress is developed for characterization of the strengths of HW-CSCs with different mixing proportions and various curing stresses. The proposed relationship is validated by three independent data groups collected from the literature. This empirical relationship can be helpful in optimization of mixing proportions of HW-CSC used for land reclamation purpose.     

富铁橄榄石的高温变形实验研究

利用高精度Paterson气体介质变形装置对(Mg0.5,Fe0.5)2SiO4和(Mg0.7,Fe0.3)2SiO4橄榄石集合体进行了高温三轴压缩变形试验。首先用人工合成了纯铁橄榄石Fe2SiO4,然后用合成的纯铁橄榄石与天然圣卡罗橄榄石按一定比例混合烧结合成了含铁量分别为50％和30％的富铁橄榄石集合体Fo50和Fo70。三轴压缩蠕变变形试验在温度1223-1473 K和围压 300 MPa的条件下进行,差应力为10-300 MPa,应变率为10-7-10-4s-1,每个试件的最大变形量为20％．利用三维非线性方法对蠕变数据进行拟合,得出的流动律中,Fo50应力指数为4．1,活化能为499kJ／mol;Fo70应力指数为4．3,活化能为510kJ／ mol。将实验结果与Fo90圣卡罗橄榄石集合体的强度进行对比,发现含铁量的增加使橄榄石的强度明显下降,Fo50橄榄石集合体比Fo70的粘性低一个量级,Fo70比Fo90的粘性低一个量级。从而得到了含铁量对橄榄石的粘性(强度)影响的初步试验结果。     

森林沼泽区富含有机质样品中金的存在形式及对分析的影响

为探讨中国东北森林沼泽地区富含有机质样品中金偏低的原因,采用了王水溶矿法和四酸溶矿法的AAS分析来测定样品中的Au。用四酸溶矿法驱除硅胶,明显地提高金的测定值,特别是对含量大于10-9的样品,2种分析方法的差别更大。通过以上研究发现,在森林沼泽区的富含有机质样品中,金除以有机质结合形式存在于介质中,还可能以胶体或纳米形式存在于样品中,并被SiO₂胶体所包裹,在高浓度有机酸的保护下,金能在水溶液中呈活动形式做长距离迁移;但用王水溶矿法不能测定出这种被SiO₂胶体包裹形式的金。     

多年冻土区水泥稳定砂砾基层抗冻性能研究

多年冻土地区路面使用过程中的许多病害与基层状况直接相关.水泥稳定砂砾作为我国传统的半刚性基层材料,在多年冻土地区公路路面结构中得到了普遍运用.为研究水泥稳定砂砾不同水泥掺量、不同养生龄期下的抗冻性能,通过提出合理的抗冻试验方法分别进行了水泥稳定砂砾冻融温度、冻融时间、冻融次数、试件的养生龄期及抗冻指标方面的试验研究. 结果表明：水泥剂量越高,水泥稳定砂砾冻前、冻后的抗压强度值越高,说明其抗冻性能越好;水泥稳定砂砾从28 d开始抗压强度、冻融后抗压强度及冻融后劈裂强度都明显增加,证明水泥稳定砂砾从28 d开始已具有一定的抗冻性. 提出的抗冻试验方法和指标要求适合多年冻土地区半刚性基层材料,有一定的实用价值.     

靖宇县玄武岩区矿泉水特征组分H2SiO3成因实验——以王大山泉为例

以靖宇县典型泉岩样为实验材料,结合野外实际情况,考虑pH值和CO₂影响因素设计了矿泉水中H₂SiO₃实验,对实验结果进行了化学动力学分析,并利用matlab建立数学模型分析了矿物反应的机理。结果表明:1)仅考虑pH值的情况下:初始pH值近中性(pH=7.25)时,实验溶液中H₂SiO₃释放量较小,反应难以发生;初始pH值为碱性(pH=8.10)时,实验溶液中H₂SiO₃缓慢增加,平均释放速率为3.08 mg/(kg·d)。2)在考虑pH值和CO₂情况下:初始pH值为碱性条件时,通入CO₂能够较快促进H₂SiO₃产生,平均释放速率可由4.29 mg/(kg·d)升高为12.00 mg/(kg·d);初始pH值为弱酸性(pH=6.64)时,实验溶液中H₂SiO₃增加较快,通入CO₂,溶液中H₂SiO₃释放速率稍微增加。3)实验溶液中H₂SiO₃释放规律符合Stanford一阶反应动力学模型。靖宇县矿泉水中H₂SiO₃主要来自偏硅酸矿物(斜长石、镁橄榄石、辉石)的反应。在中性条件下,玄武岩矿物很难反应;在碱性条件时,主要是玄武岩矿物的水解,反应缓慢;在弱酸性条件下,主要是玄武岩矿物与H⁺和CO₂的反应,反应强度较大。