黏土水泥浆材特性的试验研究

黏土水泥浆材是采空区处治的优选注浆材料,但目前关于优化浆材配比的研究较少。针对毕威高速公路水塘隧道出口段采空区处治工程,提出采用黏土水泥浆液进行注浆处理,并进行室内试验研究,得到了不同配比浆液的凝结时间、结石率、结石密度、结石体抗压强度、渗透系数及冲蚀率等性能指标。试验结果表明,固相比较低的浆液凝结时间较短,抗压强度较高,渗透系数较大;随原浆比重增加,浆液的凝结时间缩短,强度提高且渗透系数降低;偏铝酸钠可有效缩短浆液的凝结时间;最终确定了黏土水泥浆材的配比和原浆比重。本次研究可为高速公路下伏采空区的注浆治理提供设计依据。     

上海黏土压缩回弹变形的微观机理

黏土变形微观机理的研究过去多针对土体加载压缩开展,随着研究的深入,黏土卸载回弹变形的微观机理也逐步得到重视,但目前对此研究还很少。本文采用单向压缩及回弹试验、扫描电镜及压汞试验对上海黏土压缩及回弹变形过程中土体的微观特性及其变化进行了研究。研究结果表明,微观结构参数的变化能反映黏土的宏观变形特征。在加载过程中,随固结压力增加,土体孔隙体积减小,孔隙数量先增加再减小,孔隙平均形状系数的增加先急后缓,孔隙形态分维数先急剧减小后缓慢减小。在卸载过程中,随固结压力减小,孔隙数量增加,平均形状系数略有减小,孔隙形状分维数略有增加。加载压缩过程中,固结压力较小时中、小孔隙体积所占比例变化不大,而当固结压力较大时小孔隙所占比例显著增加、中孔隙所占比例明显减小。在卸载回弹过程中,各级固结压力下小孔隙都占绝对优势,但固结压力较大时中孔隙所占比例较大,而固结压力较小时中孔隙所占比例较小,黏土卸载回弹变形主要是小孔隙体积的少量增加。     

我国红黏土物理力学性能研究现状及展望

采用文献综述研究方法,梳理了红黏土研究成果并进行了评述,对红黏土的物理力学性质进行了归纳和总结,对红黏土的性能改良研究成果进行了汇总,指出红黏土的物理力学性能的差异性根源在于微观结构的个性差异存在,红黏土性能改良的困难在于红黏土的水敏性和热敏性,红黏土性能改良的关键在于控制其含水率。最后指出了研究不足在于普适性理论和知识体系没有构建,改良方法和技术探究应该加强,展望了红黏土性能改良的物理—化学—生物耦合作用的机理及复合技术开发和应用的研究。     

华北克拉通南缘石炭系本溪组铁-铝黏土矿物质来源: 以河南三门峡大安铝黏土矿床为例*

华北克拉通在中奥陶世至晚石炭世期间一直出露地表,经历了长期的风化作用,形成大规模的铁-铝黏土矿,其成矿物源一直是研究的热点,尤其是本溪组底部铁矿和铁质黏土矿与上部铝黏土矿是否为同一来源尚未查清。本研究选取克拉通南缘大安铝黏土矿床作为研究对象,展开微区矿物及元素地球化学组成分析,进一步探讨铁-铝黏土矿物质来源。大安矿床内含矿岩系自下而上包括铁质黏土岩、铝土矿、铝质黏土矿;局部喀斯特高地缺失铝土矿,铝质黏土矿直接覆盖于铁质黏土岩之上。铁质黏土岩在洼地以菱铁矿、黄铁矿和伊利石为主,在隆起区以赤铁矿、伊利石和高岭石为主。铝土矿以硬水铝石、伊利石和锐钛矿为主;铝质黏土矿主要矿物为伊利石。矿物微区分析在黏土矿底部发现大量的碳化硅和少量自然硅、硅铁矿、铬铁矿;区域对比揭示北秦岭造山带内商丹缝合带和二郎坪群中的蛇绿岩为铝黏土矿形成提供了成矿物质。本溪组底部铁质黏土与上部铝黏土矿稳定元素比率(例如Zr/TiO₂、Hf/TiO₂、Nb/TiO₂、Ta/TiO₂)存在明显差异,揭示二者为不同来源: 底部铁质黏土岩和铁矿层为底板碳酸盐岩原地风化的产物;而上部铝黏土矿是异地搬运物,北秦岭造山带在晚石炭世的整体抬升为华北铝黏土矿形成提供了重要的成矿物质。     

循环荷载作用下红黏土累积变形研究

通过GDS动三轴设备对赣南红黏土进行了一系列排水条件下的大次数循环试验,研究不同循环应力比、固结应力比及围压对赣南红黏土累积变形特性的影响。结果表明：在不同固结应力比、固结压力和循环应力比条件下,红黏土的累积应变都呈现出先迅速累积,后增长变缓,最终稳定的趋势;在一定的循环次数之后,不同初始固结应力和不同初始应力比条件下累积应变与循环次数之间的变形规律呈现为线性关系,且初始固结应力和初始固结应力比越小,其线性相关性越好;不同循环应力比下赣南红黏土的平均累积应变速率与循环次数之间也呈现出明显的线性关系。此外,基于以上关系建立了赣南红黏土在长期循环荷载作用下的累积变形预测模型,并通过对比验证了该模型的可行性。     

定向剪切应力路径下冻结黏土变形特性试验

为研究复杂应力路径下冻土的强度与变形特征,采用冻土空心圆柱仪（FHCA-300）对不同负温状态下的饱和冻结黏土开展定向剪切试验,基于不同剪切方向下冻结黏土的轴向和扭剪分量的应力-应变关系,探讨土样的剪切变形特征、各向异性属性以及剪切带的演变规律,并考察温度、大主应力方向角、平均主应力以及中主应力系数等因素对冻结黏土强度的影响。结果表明：平均主应力p值对冻结黏土的应力-应变关系影响显著,尤其是p=4.5 MPa时具有较高的剪切强度,且该值可能为压融临界p值;大主应力方向变化会诱发冻结黏土的各向异性,随着大主应力方向角的增加,冻结黏土剪切强度逐渐降低,并有明显的剪切带产生;中主应力系数的增加使得轴向强度有逐渐降低的趋势,但对剪切强度影响不明显;随着温度的降低,冻结黏土强度逐渐增大,试样发生脆性破坏并出现剪切破裂面,其剪切强度主要取决于冰颗粒和土颗粒的胶结力。     

粉质黏土填料在K30试验加载进程中的变形时间效应状态分析

变形稳定标准和分级加载制度是影响K30试验效率和准确性的关键因素,与加载进程中填土的变形时间效应状态密切相关。开展了3组最优含水率下压实系数K分别为0.90、0.95和1.00填土模型的小型平板载荷试验,获得了不同荷载作用下填土变形时程曲线和弹塑性变形数据,讨论了在K30试验加载进程中填土变形状态的变化及其对加载稳定时间的影响。试验表明：良好压实的粉质黏土填料,在K30试验进程中的变形以弹性为主,处于缓慢收敛状态,随着加载级数增加,塑性变形比例逐渐增大,变形时间效应呈现出由微弱进入明显状态的演化趋势,变形1.25 mm对应于缓慢收敛中的微弱时间效应亚状态;“变形速率不超过0.01 mm/min”变形稳定标准分级加载时间随时间效应指数呈加速增长规律,能在保证试验精度的基础上提高试验效率;以最大荷载下填土变形时间效应不应超过显著状态、变形量不小于1.25 mm为约束条件,针对5级加载、0.04 MPa荷载增量的加载制度,可得K30试验的适宜范围为60～160 MPa/m。     

黏土中自升式钻井船插桩对邻近桩基影响的分析方法

自升式钻井船是广泛用于浅、中水域油气资源开发的重要设施,经常紧邻固定式导管架平台进行作业。钻井船插桩就位过程中大量土体被排开,挤土效应会导致邻近导管架平台桩基承受很大的附加荷载,影响平台的正常设计性能,该效应在黏土中尤为显著。针对黏土中钻井船插桩对邻近桩基的影响这一实际问题,现有规范和分析方法存在明显不足。为此,建立了一套数值分析方法,把这一复杂问题分解成相对独立、简单的两个方面进行分析：一是采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）数值方法,计算自由场地插桩周围土体产生的位移场;二是利用桩基水平力与位移关系曲线,即P-Y曲线,采用杆系-土弹簧的传统方法计算土体位移产生的桩体加载。通过与已有离心试验数据的比较,验证了该方法的可靠性和适用性。研究揭示了自由场地土体的变形模式和流动机制,阐明了由于插桩邻近桩基产生的附加荷载变化规律,特别是发现了黏土变形参数 对插桩引起的自由场地土体位移场有显著影响,但对插桩引起的桩基加载影响较小。最后,针对导管架对桩基的桩头约束条件和插桩及导管架自身对桩基的线性叠加加载适用性问题给出了详细说明。     

粒度分布的端元建模分析及检验:以“吉兰泰—河套”盆地西部DK-12钻孔晚第四纪沉积物为例*

端元建模分析能够从复杂的多峰分布特征的沉积物中提取出具有不同沉积动力过程的端元,但是,由于沉积物的粒度分布还受到沉积环境等多种因素的影响,该方法的有效性及获得的端元组分的地质意义有待其他环境代用指标的进一步检验。以位于“吉兰泰—河套”盆地西部磴口次级隆起区的DK-12钻孔晚第四纪沉积物为例,采用BEMMA算法对该钻孔沉积物的粒度资料进行了端元建模分析,并以黏土矿物组合和前人的孢粉组合数据作为检验指标,结合该地区的区域地质背景,对获得的4个端元进行了综合检验分析,认为获得的沉积物粒度端元具有明确的地质意义,其中EM 1为远源粉尘、EM 2为近源的风成沙、EM 3和EM 4为河流冲积沙。     

南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中有机质的分布和降解状态的差异

利用气相色谱法对南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中正构烷烃(n-alkanes)和脂肪酸进行测定和分析,结合粒径、比表面积(specific surface area,SSA)、有机碳(OC%)、碳稳定同位素(δ~(13)C)等参数研究有机物来源和降解状态,并对其影响因素进行分析。研究结果表明:沉积物主要以粉砂为主,平均粒径分布范围在10.97—517.21μm之间,选取的16个站位的比表面积平均值为8.05m~2/g,最大值是S23站位的24.46m~2/g,最小值是S29站位的1.73m~2/g,OC%含量在0.15—1.18之间,δ~(13)C值为–23.05‰—–21.24‰。沉积物中正构烷烃碳链的分布范围是nC_(14)—nC_(33),低碳数峰群以nC_(16)、nC_(18)为主峰碳且具有偶碳数优势,高碳数峰群以nC_(29)为主峰碳。脂肪酸的碳数分布范围是nC_(14)—nC_(30),低碳数单峰型分布,短链饱和脂肪酸(short chain saturated fatty acids,SCSFA)和单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)的含量占总脂肪酸含量的70%以上,长链饱和脂肪酸(long chain saturated fatty acids,LCSFA)的含量不到10%,据此说明这两个区域有机质均以海源输入为主。在有机物保存和降解方面,海南岛附近海域有机质载荷(OC/SSA)和δ~(13)C之间的正相关,表现了良好的陆源和海源的有机物更替,但是珠江口附近海域系列样品却未见相似过程。不仅在物源更替方面,在有机质降解特征上珠江口附近海域中的有机物与海南岛附近海域和南海陆架深水区也有很大的差别。海南岛附近海域和南海陆架深水区有机质的降解符合一般规律,随着水深的增加降解程度逐渐变大,然而珠江口附近海域随着水深的增加有机质却越来越"新鲜"。结合前人对珠江口附近海域黏土矿物组成的研究,本文认为珠江口附近海域沉积物中有机质之所以会出现上述"异常"可能是因为该研究区域黏土矿物对有机质选择性吸附所导致。