筋土界面特性宏细观分析试验仪器研制与应用

为了更全面地分析筋土界面相互作用特性,改制了一台可视加筋土界面特性宏细观分析的试验仪器,可开展不同土工合成材料与填料的直剪和拉拔试验;该仪器改进了试验箱的尺寸,可方便两种试验的对比分析,增加了图像摄录系统,可进行试验过程的细观分析。使用新研制仪器分别进行了土工合成材料（土工格栅和土工布）加筋尾矿砂的直剪和拉拔试验,试验结果表明:两种试验条件下,土工格栅与尾矿的界面参数（似黏聚力和似摩擦角）及似摩擦系数均比土工布与尾矿的界面参数和似摩擦系数大;直剪试验下筋材网孔的有无对筋-尾矿界面参数均有较大影响,拉拔试验下筋材网孔有无对筋-尾矿界面参数似黏聚力的影响较为显著,对似摩擦角的影响较小。随着宏观变量法向应力的增加,细观参数孔隙率减小,平均接触数增加,反映在宏观上的现象就是填料颗粒被压密,筋材需要克服的阻力增大。该试验仪器能够较好地分析筋土界面宏细观特性,获得关键技术指标以用于加筋结构的设计。      

基于人工地震波作用下大跨度悬索桥多点激励地震响应分析

为研究大跨度悬索桥在多点激励作用下的地震响应规律,在已有的功率谱模型基础上提出了改进的功率谱模型,并将其应用到人工地震波合成过程中。以某水库上主跨720 m双塔单跨悬索桥为研究对象,用Midas civil建立全桥有限元模型,采用大质量法进行不同波速多点激励地震响应分析。结果表明:大跨度悬索桥在多点激励作用下的主塔内力响应、主塔位移响应及主梁位移响应均受行波效应、衰减效应、不相干效应及衰减后地震波叠加效应影响,且最终的响应值由衰减后地震波的叠加效应与衰减效应的共同作用决定;500 m/s多点激励下衰减后的地震波叠加加强效应与衰减效应共同作用后,对主塔轴力响应、主塔塔底顺桥向剪力响应、左塔上横梁处剪力和弯矩响应的加强效果最大;各波速多点激励下,主塔顶顺桥向位移响应相对变化率均大于零且几乎保持不变,主梁两端顺桥向位移响应相对变化率在1 000 m/s波速取得最大值,主梁竖向位移响应在500 m/s取得最大值并随波速的增加逐渐接近一致激励情况。     

单轴压缩条件下冻土的动态损伤和分形演化规律

基于损伤和分形理论, 对单轴压缩条件下冻土的力学性质进行了研究。建立了损伤变量和分形维数随应力变化的数学经验表达式,并作出了其动态演化曲线。通过演化曲线可以看出,分形维数与损伤变量随应力的递增均呈非线性增加,但分维的变化较平缓;损伤变量在初期变化相对平缓,在后期变化速率明显加快。因此,该研究有助于进一步认识冻土的损伤破坏过程和力学性质。     

基于因素空间的露天采坑边坡稳定性评价

影响露天采坑边坡稳定性因素具有复杂性和模糊性,采用数学及力学的分析方法较难有效评价其稳定性。根据露天采坑的实际工程特点,在现场勘查和研究的基础上,确定了包括地形地貌、地质构造、岩体性质、赋存环境4个一级评价指标,17个二级评价指标,建立了基于因素空间的露天采坑边坡稳定性评价模型。首先利用层次分析法和熵权法计算主客观权重,赋予露天采坑边坡稳定性影响因素的组合权重。进而利用未确知测度理论构造测度函数,计算评价边坡稳定性的单因素测度矩阵,通过因素合成完成因素空间的降维,生成合因素测度向量。最后采用置信度识别准则实现对露天采坑边坡的稳定性评价,并以辽宁齐大山露天铁矿东帮典型边坡剖面为例,将因素空间评价结果与极限平衡法和有限差分法计算结果进行对比分析,对所建边坡评价模型的可靠性进行验证。结果表明：因素空间模型评价结果与现场情况基本吻合,且与极限平衡法、有限差分法计算结果相一致,验证了所建因素空间评价模型的准确性与科学性;综合分析了因素空间评价结果和其他方法计算结果,给出了4个边坡剖面的防护及治理建议。因素评价模型简化了边坡稳定性评价过程,提高了模型评价结果的精度,可为同类型地质条件露天采坑边坡稳...     

离子侵蚀下注浆结石体劣化机理分析

针对水泥-水玻璃注浆结石体(C-S结石体)在离子侵蚀环境下劣化机理研究较少之问题,通过无侧限抗压强度试验,分析了C-S结石体在3种不同浓度的硫酸盐、氯盐及二者混合液侵蚀后,不同龄期条件下的宏观力学性能变化规律;采用SEM、EDS和XRD相结合的方法观察C-S结石体细观结构及化学成分变化,揭示C-S结石体离子侵蚀损伤机理。研究结果表明：(1)侵蚀时间少于28 d时,离子溶液对C-S结石体强度增长并未产生明显影响;(2)侵蚀时间28 d到90 d时,高浓度离子溶液中C-S结石体劣化显著,SO₄^2-离子溶液浓度20 g/L时,C-S结石体90 d强度值仅为28 d强度值的2.43%;(3)C-S结石体受离子侵蚀后,Ca2+离子析出,破坏了内部的溶解动态平衡,导致其内部发生改变,无侧限抗压强度大幅度折减;(4)C-S结石体受离子侵蚀影响主要以SO₄^2-侵蚀为主,相同离子浓度侵蚀损伤程度为：SO₄^2->SO₄^2-&a...     

水泥改良风积砂负温动力性能与流变特征研究

为研究水泥掺量对风积砂改良效果影响及不同负温、频率下的改良风积砂动力特征,开展了单轴、动力循环加载和蠕变试验。通过单轴试验获得了不同水泥掺量的改良风积砂7、28 d单轴抗压强度,并结合冻胀量随时间变化规律确定了最优水泥掺量;通过动力循环试验测定了不同次数的滞回曲线,确定了改良风积砂动弹性模量衰减、动损伤和阻尼比的演化规律;通过流变试验确定了能够描述滞回曲线流变特征的西原模型参数,建立了屈服前后滞回曲线的演化方程,并给出了每个循环内的时间划分标准。研究发现：（1）电镜观测显示水泥在风积砂颗粒间形成絮状连接结构,增加颗粒间的黏结强度,有效抑制动力损伤发展;（2）负指数模型可以描述改良风积砂动弹性模量衰减特征,阻尼比随加载次数增加逐渐变大,最终趋于某一定值,掺入水泥可以有效控制阻尼比发展;（3）提出了考虑围压影响的改进西原模型,根据实际加载特征建立了滞回曲线的加载方程,最小二乘原理可以对流变参数进行识别。     

稻壳灰-地聚物固化土力学特性及机理分析

为了研究绿色环保新型流态固化土在狭窄肥槽回填等工程问题中的应用,提出稻壳灰联合地聚物固化工程渣土形成流态稻壳灰-地聚物固化土。采用无侧限抗压强度（UCS）试验、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析（EDS）等测试方法,研究稻壳灰的掺量与粒径对稻壳灰-地聚物固化土的无侧限抗压强度（UCS）的影响规律,并探讨了稻壳灰掺量与粒径对其微观结构影响规律。结果表明:稻壳灰-地聚物固化土的净浆流动度与稻壳灰的掺量、粒径呈负相关关系,其凝结时间与稻壳灰掺量呈正相关关系,但与稻壳灰的粒径呈负相关关系;稻壳灰-地聚物固化土UCS值随着稻壳灰的掺量增加、粒径降低而显著提高,当稻壳灰的掺量增加到10%后,强度提升效能降低,初步判定稻壳灰的最优掺量为10%;固化过程中产生水化硅铝酸钠（N-A-S-H）和水化硅酸钙（C-S-H）2种凝胶,起到填充内部孔隙和胶结土颗粒的作用,使整体结构趋于完整,是稻壳灰-地聚物固化土强度提升的根本原因。研究成果可为稻壳灰在流态固化土的工程应用提供理论依据。     

辽西地区冻风积土水分迁移特征的研究

对辽西地区的风积土进行了冻结过程的水分迁移试验,获得了含水量随温度和时间的变化规律;基于连续介质力学和热力学理论,建立了冻结过程中水分迁移的动力学模型,并采用差分解法进行了数值模拟分析;借助于扫描电镜从微观上研究了冻结过程中试样内部土颗粒的排列变化,从而揭示风积土的水分迁移特征。研究结果表明：时间和温度决定了水分迁移的充分性,温度的变化随深度的增加而具有衰减性,并且在冻结峰面附近形成一个冻结含水量峰值;在靠近顶端的一定深度内,冻结后的含水量并没有持续增加,反而有减小的趋势;通过扫描图像可以看出,土颗粒的重新排列直接反映了水分迁移的状态。     

辽西地区风积土冻融特征的试验研究

针对辽西地区的风积土进行了单向冻结试验,研究了土样在冻结过程中的温度变化规律和温度梯度对冻胀的影响;分别针对封闭系统和开敞系统进行了有外加荷载和无外加荷载作用下的冻融试验,对在一定温度条件下荷载和水分对风积土冻融性质的影响进行了试验研究,获得了温度、外荷载和水分对冻融影响及其冻融演变规律。研究结果表明,温度和温度梯度是影响土体冻胀的主要因素,而外荷载主要对融沉的演化过程和最终冻胀量产生影响,水分的迁移则主要对冻胀的演化过程产生影响。     

流态地聚物固化土强度特性及其强度预测

地聚物胶凝材料能够替代水泥基胶凝材料作为固化剂应用于狭窄肥槽回填等工程问题中,有效降低水泥生产过程中的污染及能耗,但目前对于流态地聚物固化土胶凝材料的研究较少。采用3种新型绿色胶凝材料联合碱激发剂固化工程渣土形成流态地聚物固化土,通过对比其无侧限抗压强度,探究每种胶凝材料对于固化土强度特性的影响,同时建立强度预测模型,分析不同因素对于强度的影响程度。研究结果表明：固化土的强度随着碱激发剂模数的增加先提高后降低;固化土强度随着高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰、稻壳灰掺量的增加均呈上升趋势,随着稻壳灰粒径的增长呈下降趋势;碱激发剂模数增至1.2、GGBS掺量增至10%、粉煤灰掺量增至8%和稻壳灰掺量增至11%时,固化土强度提升最为显著;强度预测模型预测结果的平均相对误差仅为5.57%,预测结果较为精准;预测模型中各层权值的计算结果表明养护龄期对于固化土强度影响最大,稻壳灰粒径影响程度最小。研究结果可以为固化土在实际工程的应用提供理论支持。