总磷对黏土物理力学性质影响的试验研究

通过室内试验,考察了去离子水及不同浓度总磷溶液对黏土物理力学性质的影响,并通过土体矿物成分含量及微观形貌分析,对总磷溶液与黏土作用机制进行了初步探讨。结果表明,总磷对土体物理力学性质影响明显：黏土塑性指数随着总磷溶液浓度的增大而减小,有效黏聚力先增大后减小,有效内摩擦角则随着溶液浓度的增大而增大;各浸泡条件下,黏土应力-应变关系曲线变化规律基本一致,均呈应变硬化现象,土体剪切峰值随总磷溶液浓度的增大先增大后减小;总磷溶液与土体间相互作用主要包括离子交换作用、胶结作用及微生物分解作用,并同时受到孔隙液介电常数及黏滞性的影响,这些作用通过改变黏土的矿物成分含量,使其微观形貌及孔隙特征发生明显变化,最终导致土体的宏观力学特性改变。     

硫酸盐对麦积山砂砾岩风化影响的试验研究

麦积山石窟砂砾岩在盐分参与下出现粉化、剥落等现象,这大大加速了石窟岩体的风化进程。通过对砂砾岩进行毛细迁移及循环劣化试验,研究了硫酸盐在砂砾岩中的运移规律,分析了盐分参与下砂砾岩的破坏特征,并得出了其产生的结晶压力。结果表明:硫酸钠结晶使砂砾岩发生显著破坏;硫酸盐在砂砾岩中的运移呈现一定的规律性;硫酸钠溶液的浓度达到0.95～1.13 mol/L区间时,砂砾岩开始破坏,并且得出试验条件下结晶压力理论最大值可以达到33 MPa。     

饱和红层泥岩填料累积变形特性及安定界限研究

最优含水率下红层泥岩作为高速铁路路基填料的适用性已经在西南地区得到了初步验证,但饱和状态下红层泥岩填料的累积变形特性仍不明确。为此,开展了不同围压及动应力下饱和红层泥岩填料的动三轴试验,讨论了围压和动应力对填料累积变形特性的影响。结果表明：不同动应力幅值下,饱和红层泥岩填料的等效模量随振次增加,先迅速减小后趋于稳定。稳定后填料的等效模量具有应力水平相关性,随围压增大而增大,随动应力比增大而呈指数减小。不同动应力幅值下,填料变形可分为塑性稳定型、塑性蠕变型和增量破坏型3种类型。填料应变随振次增加而不再处于稳定阶段的应力状态定为塑性稳定界限应力状态。动应力进一步增加后,填料应变速率发生突增,对应的应力状态为塑性蠕变界限应力状态;塑性稳定与塑性蠕变界限应力状态对应的动应力比均低于静强度,且随围压增加呈指数衰减的规律。基床表层如用红层泥岩作填料,应考虑降雨的影响,并采取排水和改良措施以提高路基稳定性。     

饱和场地土动力特性试验研究

在工程实际中认为饱和度超过80 %即为饱和土,但在室内土工试验中制作的土样饱和度达95 %以上,后者经过试验测定,动力参数与前者实际上有一定差异。在50,100,200 kPa三种固结压力下分别对饱和度为95 %,92 %,88 %,83 %的饱和土样进行了循环单剪试验,得到了4种土样在3种固结压力下的最大动剪模量Gdmax和最大阻尼比Dmax,以及动剪模量比G/Gdmax-? 和阻尼比D/Dmax-? 归一化数值,并进行了对比分析。结果表明：在同一固结压力下,土样的Gdmax,Dmax,G/Gdmax随着饱和度增大有相对递减的趋势,而阻尼比D/Dmax数值随着饱和度加大而逐渐增加;随着固结压力的增大,4种土样的Gdmax,Dmax以及G/Gdmax-? (? 为动剪应变)数值上差异逐渐减小。最后对此种现象进行了讨论并分析其产生的原因。     

饱和黏土不排水剪切特性及双曲线模型

采用真空抽吸制样技术制备的饱和重塑黏土,在0.015?3.75 %/min应变速率范围内进行了多组不固结不排水（UU）剪切试验。通过对试验结果的分析,着重探讨了应变速率和约束压力对应力-应变关系及其强度特性的影响。试验结果表明,黏土的应力-应变关系与强度特性基本上不依赖于约束压力,而受应变速率的影响较为显著,强度随应变速率的增加而增长,增长幅度可达70 %,通过对数据的归一化,采用线性拟和建立了不排水强度与应变速率之间的经验关系。进而考虑应变速率对不固结不排水应力-应变关系的影响,对双曲线非线性本构模型进行了研究,详细介绍了模型参数的确定方法,并分别采用静力三轴和扭剪试验结果对模型进行了验证。     

应力历史对饱和砂土力学性状影响的试验研究

三向应力历史条件的影响是准确预测地基变形的重要参考因素之一。针对相对密度为30 %的福建标准砂,利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,进行了复杂条件下应力路径变化的应力控制式单调排水剪切试验。通过控制试验过程的平均主应力保持不变,改变应力历史条件,着重探讨应力历史对饱和砂土剪切强度和应力-应变关系的影响。试验结果表明：当平均主应力一定时,在排水条件下应力历史的改变,对砂土的剪切强度几乎没有影响,但会影响应力-应变特性。弹性轨迹随着中主应力系数和主应力方向角历史的不同而发生变化。引入考虑应力历史同剪切过程之间条件变化的参数,结合试验数据,给出了三维空间中砂土受到应力历史作用后形成的弹性边界的关系表达式。     

含NaCl和Na2SO4双组分盐渍土的水盐相变温度研究

盐渍土相变温度是判断土体中水分冻结与融化、盐分结晶与溶解的重要参数.不同盐分含量相变温度的差异,给盐渍土在降温过程中的水盐迁移过程及变形规律的模拟带来极大的不确定性.通过降温试验,研究了降温过程中氯盐和硫酸盐综合作用盐渍土中水盐相变温度的变化情况.结果表明:全盐量相同时,盐结晶温度随NaCl和Na2SO4比例的不同而不...     

电压对一维电渗排水影响的试验研究

在自制的模型箱中进行一维电渗排水试验,通过监测排水量、电势分布、含水率和电流来研究不同电源电压对电渗排水的影响。试验结果表明：较大的电压会导致排出单位体积水所需的能量消耗较高;较大的电压和较短的电渗时间会导致土体含水率分布异常,两极中间最高,阳极附近最低;排水量的逐渐减小是因为电极接触电阻的增大和电渗渗透系数的减小;电极和土体接触面上存在的接触电阻使得实际用于电渗的电压小于电源输出电压,而且电源电压越大,阳极接触电阻随电渗时间增加的速率越快,但是阴极接触电阻在高电压时缓慢增长,在低电压时迅速增大,而这与电渗排水速率有关。     

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。     

尾矿料的动力特性试验研究

通过对某铜矿的尾矿料进行动三轴和共振柱试验,研究了尾矿材料动力变形特性,提出了简单实用的孔隙水压力模型,给出了能更加准确地预测尾矿材料的动孔隙水压力的公式,并将其与Seed提出的预测公式进行了比较。在不同密度尾矿料的动三轴试验基础上,分析了相对密度对液化特性的影响,得出了相对密度小于70 %时抗液化强度随相对密度的增加而明显增加的结论。在不同围压下进行动三轴试验,结果表明：在相同的液化振次条件下,围压越高,动剪应力比越低。由共振柱试验可知,尾矿料的阻尼比随着动剪应变幅的增大而增大,而动剪模量随动剪应变幅的增大而减小,动剪模量和阻尼比与动剪应变幅的关系受围压影响不太敏感。     

Experimental study on the competitive adsorption of metal ions onto minerals

The study on the competitive adsorption shows that the magnitude order of metal ions adsorbed onto oxide and silicate minerals in near-neutral solution with low ionic strength is in mole/nm² as follows: CaCO₃ > quarte > hydromuscovite > kaolinite > Ca-montmorillonite > goethite > gibbsite. These minerals can be divided into three groups according to their surface equilibrium constantsK _M of the adsorption reactions, which are the function of the dielectric constants ε of the absorbent minerals. The relationships between constantsK _M and mineral dielectric constants ε are described as follows: lgK _M ¹ = 7.813-26.15/ε lgK _M ² = 9.030-26.15/ε lgK _M ³ =11.63-26.15/ε for the adsorption reaction: >SO^- + Mⁿ⁺≥SOM^n-1)+ (n = 1, 2, 3) The first group of minerals include quartz, goethite, 1:1 phyllosilicates and other oxide minerals; the second: gibbsite, brucite and 2:1 phyllosilicates; the third: carbonate, sulphate and phosphorate minerals. The appearance reaction constants have a variation of magnitude ±0.5 for different metal ions with the same mineral. This project was financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 49572091).     

饱和黏性土和砂砾石料振动孔压的试验研究

在国内外主要孔压发展模型的基础上,对某土石坝心墙防渗黏性土和坝基砂砾石料饱和试样进行动三轴试验,提出了两种材料的顾淦臣孔压模型,并对砂砾石料的孔压发展规律作了深入地分析,提出了不同固结比Kc时振动孔压比和振次比的函数关系。试验结果表明,动孔压随振动周数和振动强度的增加而增加,随固结应力比或初始剪应力比的增加而减小;无论等压或偏压固结,黏性土均不会出现动孔压ud等于围压力? 3c的液化现象,其孔压比Ru均小于0.5,多数试样Ru = 0.1~0.4;当等压固结Kc =1.0时,砂砾石料最终孔压值均可达到围压;偏压固结Kc ≥1.5后,试样是否达到Ru= ud /? 3c =1.0取决于动应力? d是否大于主应力差（? 1c－? 3c）,即? d是否形成拉应力,使试件伸长,但当Kc很大后,? 1c和? 3c相差太大,需施加非常大的? d才能使其应力应变反向,试样的大变形先于Ru=1.0的应力状态出现,即不可能达到初始液化;固结比Kc对不同土料动孔压的影响是不同的。     

高温-高含冰量冻结黏土强度试验研究

为研究高温-高含冰量冻土的强度特性,分别开展了不同温度、不同含水率的冻结黏土单轴无侧限抗压强度试验。分析了高温-高含冰量冻结黏土在单轴压缩试验过程中的破坏类型、应力-应变关系;单轴抗压强度与温度、含水率之间的关系以及饱和冻结黏土单轴抗压强度对温度的敏感性-含水率关系。研究结果表明：当温度低于-0.9 ℃时,高温-高含冰量冻结黏土存在最不利含水率,在相同的温度条件下,该含水率状态下冻土抗压强度最小;当温度高于-0.6 ℃时,高含冰量冻土随含水率的增加,单轴抗压强度增大。     

不同含水条件下板岩力学实验研究与理论分析

以南水北调西线的板岩为研究对象,进行了不同泡水条件下的三轴压缩实验,通过引入相对吸水率的定义,分析了吸水率变化对岩石强度、弹性模量及泊松比等力学参数的影响,并从微观的角度分析了试样发生变化的机理,得出如下结论：(1)板岩在泡水后三轴抗压强度发生降低,最大降低辐度达46 %左右,抗压强度随相对吸水率的变化可以用函数式来有效的描述;(2)在泡水后,板岩的弹性模量与泊松比随着吸水率的增大而增大,但由于板岩自身各向异性明显,规律性不是特别明显,只能近似用关系式来模拟;(3)理论分析证实：实际泡水条件下的岩样,在受力挤压后,会经历排水与不排水两种过程,随着吸水率的提高,弹性模量与泊松比增大,验证了实验结果;(4)利用微观力学模型初步证实：泡水后板岩颗粒的吸水性与颗粒间毛细管力的减小是造成板岩泡水后发生软化的原因。     

冲击荷载下饱和软土动态响应特征的试验研究

基于现场动力排水固结法加固饱和软土地基工程实践和室内动力固结试验,结合土体压力分析了饱和软粘土在冲击荷载作用下的变形与孔压的发展变化规律。研究表明：冲击荷载引起土体变形和激发的孔压具有不同发展模式,土体变形与冲击击数是对数双曲线关系,而孔压与冲击击数之间仅是双曲线关系。     

饱和软黏土中埋地管道冻结模型试验研究

为研究软土地区埋地管道在土体冻结过程中的管道受力机理, 开展了饱和软黏土中地埋管道冻结模型试验。通过人工冻结技术, 近似还原了管土受冻过程, 研究了人工冻结过程中土体温度场、 水分场、 位移场分布情况, 以及管道的力学特性。结果表明： 在冻结过程中, 土体温度场的变化直接影响着土中水分场的分布; 在冻结锋面前缘存在着剧烈的水分迁移现象, 大量的水分向冻结锋面迁移, 使得土体产生线性冻胀; 冻胀发展速率受外部荷载的直接影响; 当冻结发展到管道处时, 位于冻胀和非冻胀过渡段位置处的管身出现应力最大值。研究结果对于正冻土中管道的安全评估具有重要的意义。     

冻结饱水单裂隙岩体力学特性试验研究

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式（3）可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1～0.8 mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。     

Experimental and theoretical study of hydration of halide ions

We have studied thermochemistry of the first hydration steps for Cl⁻, Br⁻, and I⁻ in the gas phase both experimentally using high-pressure mass spectrometry (HPMS) and theoretically using density functional theory (DFT) calculations. The highest hydration steps measured experimentally were n = 8 for Cl⁻, n = 7 for Br⁻, and n = 5 for I⁻, all of them being higher than previously reported. Both experimental and theoretical stepwise enthalpies and entropies of hydration for these halides exhibited non-monotonic behavior for successive hydration steps that was not reported in previous HPMS investigations of these reactions. This behavior can be successfully interpreted using halide water cluster geometries obtained from DFT calculations by considering the number of additional hydrogen bonds formed at each hydration step and simultaneous weakening of ion-solvent interaction with increasing cluster size. Results of DFT calculations for surface cluster geometries agree better with experimental results than do the results for interior cluster geometries. We conclude that predominantly surface clusters were observed in our experiments and that small surface clusters have larger number of possible isomers than the interior clusters of the same size. The results for enthalpies of hydration for the studied halide ions lead to the conclusion that ion-solvent interaction is stronger than solvent-solvent interaction for chloride-water clusters. The difference between the two types of interaction diminishes with increasing anion size. The ion-solvent and solvent-solvent interactions are of nearly equal magnitude for iodide.     

Experimental study on rheologic behaviour of debris flow material

In order to describe the flow behaviour of debris flows often rheologic models are used. This study introduces two novel facilities to determine rheologic parameters of different models for debris flow material mixtures containing grain sizes larger than to be measured in standard viscometers. The diameter of the vertically rotating flume (VRF) is 2.5 m, the rectangular cross section has a width of 0.45 m, and the maximum rotational speed is around 30 revolutions per minute, corresponding to a mean speed of the examined mixture of ∼4 m/s. From the measured flow parameters total boundary shear stress and corresponding shear rate of the flowing mixture are derived. The ball measuring system (BMS) consists of a sphere that is dragged at specific speeds across a sample of 0.5 l volume with the help of a small sphere holder. Accordingly torques due to drag exerted on the sphere and its holder as well as corresponding speeds are measured and transformed into values of shear stress and shear rate based on the method of Metzner and Otto. Material taken from fresh debris flow deposits in Eastern Switzerland have been investigated with both facilities. We present results from experiments involving mixtures with different sediment concentrations and with grain sizes up to 5 mm. Although estimated from completely different approaches the rheologic parameters of the independent measurements are generally in reasonable agreement.     

波浪荷载下饱和粉土不排水动力特性试验研究

确保海床场地的动力稳定性是近海工程安全运行的前提。目前针对复杂应力路径对海域环境饱和粉土动力学行为特性的影响研究尚属少见。利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验,模拟波浪的波幅大小和海床深度变化,以广义剪应变γg=5%为液化标准,研究了均等固结条件下循环应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土不排水动力特性的影响。结果表明:CSR与δ值的大小对饱和粉土的超静孔压与变形发展特性影响显著,圆形应力路径(δ=1)循环加载时饱和粉土最易液化;当CSR≤0.050时,饱和粉土不会发生液化;当CSR≥0.065且δ=1时,饱和粉土会发生液化;CSR> 0.150时,粉土易发生液化。γg与孔压比ru的相关性受CSR与δ值大小的影响较小,且γg可表示以r_u为变量的正切函数。以等效循环应力比ESR作为表征复杂应力路径下动应力大小的指标,饱和粉土达到γg=5%所需的液化振次NL与施加的ESR值具有事实上的唯一性关系,ESR随NL的增大而减小。