高压条件下土的冻融试验装置研制及应用

深部土体冻融后的物理力学性质对深部人工冻结工程意义重大. 针对该问题, 在以往土的冻融试验装置的基础上, 设计出适用于高压条件下土的室内冻融试验装置, 并给出了高压条件下土的冻融试验方法. 基于该装置, 对有压条件下兰州黄土在不同冷端温度下的单向冻结特征进行了试验研究. 结果表明: 无压单向冻结过程中土的变形以冻胀为主, 而高压情况下则主要表现为压缩变形. 在有压单向冻结过程中, 试样内部仍然存在着明显的水分重分布过程. 试验分析表明, 该试验装置能够为高压条件下土的冻结特征及冻融作用后土的物理力学性质研究提供技术支持.     

SBPM试验不同长径比颗粒流细观模拟

自钻式旁压试验(Self-boring pressure-meter)具有对原位土体扰动小,测试深度大,能够得到不同深度处土体的应力-变形曲线,在测定地基土性参数和地基承载力上具有广阔的应用前景。然而受分析手段和研究水平限制,目前对SBPM试验不同长径比(length-to-diameter ratio)测定器加载过程中周围土体的细观变形响应研究较少,而土体参数的确定与其变形机制是密切相关的,基于此,应用PFC3D(Particle Flow Code in Three Dimensions)颗粒流程序对不同长径比L/D(6、10、15、20)下自钻式旁压试验进行了数值模拟,对测定器孔应变一定时,周围土体的位移场和应力场分布变化进行了分析研究。试验结果表明:根据长径比的大小,位移场和径向应力场分布可分为两种形式:当长径比L/D=6时,位移场和应力场分布呈"弧形壁灯笼状",测定器周围土体变形在其高度上不符合平面应变轴对称条件,且L/D=6时的土体应力小于后3值(L/D=10、15、20时);当L/D=10、15、20时,则呈"直壁灯笼状",此时在测定器高度上应力分布比前者均匀,其变形基本符合平面应变轴对称条件。径向应力在测定器附近两侧形成近似成对称分布的数个应力集中区。当测定器径向应变一定时,随着L/D的增大孔壁处土体径向应力逐渐呈负指数减小并趋于稳定。     

某硫铁矿尾矿库区土壤对Mn~(2+)、Fe~(x+)、Cu~(2+)的吸附性研究

尾矿库区土壤金属污染严重影响了库区的生态环境,而金属离子在土壤中的危害性大小取决于其进入土壤之后的吸附-解吸、形态转化、迁移等。为了进一步预测和防治土壤金属污染,取某硫铁矿尾矿库区土壤进行室内批淋滤实验,结果表明:淋滤液中金属离子初始浓度越大,越有利于土壤对金属离子的吸附;淋滤液的pH越小,越不利于土壤对金属离子的吸附。土壤对Mn2+的吸附规律更符合双常数方程,对Fex+、Cu2+的吸附规律更符合Elovich吸附速率方程。假设土壤中金属离子可全部溶出,在1∶25土液比的实验条件下金属离子Mn2+、Fex+、Cu2+的持续溶出时间分别为3.28,284.5,1.224d,实际中造成的污染将更加严重。吸附量、吸附速率及分配系数均与淋滤液中金属离子初始浓度及土壤中背景浓度呈正相关关系,土壤中金属溶出时间则与土壤中金属元素背景值呈正相关关系。     

崩塌体水力输移与塌岸淤床交互影响试验

以二元结构河岸崩塌模式为研究背景,在弯道水槽中展开系列试验,研究凹岸坡脚处成型崩塌体在水力作用下输移过程及其对岸坡稳定性与河床冲淤的交互影响。试验成果表明,崩塌体经水力分解破碎呈块状、片状或颗粒状起动,部分随水流带至凸岸或下游,堆积在坡脚附近的崩塌体残留量随水力作用大小及土体特性不同而变化。崩塌体临水面周围尤其上下游端水流紊动强烈易形成较大剪切力区,临坡面上下游端附近剪切力较无崩塌体时减小;崩塌体体积越大,对剪切力区特征的改变也越明显。崩塌体的存在虽不能制止附近岸坡的再次崩塌,但可能抑制崩岸发展及附近河床淤积的程度,崩塌体的粘性或体积越大,这种抑制作用越显著;相同崩塌体抑制附近河床淤积的程度较抑制岸坡崩塌的程度大。     

莱州湾南岸地下咸水污染物示踪运移规律研究

晚更新世以来莱州湾南岸发生了三次海侵,长期的蒸发浓缩作用形成了大范围的地下卤水。受地下淡水过量开采、卤水资源利用及围填海工程等综合因素影响,地下咸水区的地下水流场、水质及周边地质环境产生了改变。选择地下咸水区进行地下水流示踪试验,对地下咸水渗透流速及影响范围等进行探索性试验研究。以粉砂、粘土质粉砂为主的咸水入侵区具有相对统一的地下水流场,示踪剂浓度变化基本符合正态曲线分布。在地下咸水区,示踪剂在随着地下水流运动时,示踪试验相对抽水试验具有速度放大效应。本次试验中,地下水流速0.25~0.38m/d,示踪剂流速0.36~1.09m/d,示踪剂流速是达西流速的2.1倍。     

裂隙含水层水文地质参数反演——以黑龙江七台河市应急水源地为例

为了获取裂隙含水层水文地质参数,以黑龙江省七台河市应急水源地为例,在抽水试验和示踪试验基础上,利用数值模拟软件GMS(Groundwater Modeling System)建立地下水流数值模型和溶质运移模型。通过研究溶质运移单域模型和两区模型,发现在裂隙含水层中两区模型能更好的描述穿透曲线的拖尾现象。实例研究表明利用数值模拟方法反演的含水层参数与解析法结果很接近,数值模拟的水均衡误差为0.024%,参数可靠性较高。研究发现该地区裂隙连通性较好,可作为应急水源地。     

群孔抽水试验与同位素分析在煤矿水文地质勘查中的应用

田庄煤矿主采煤层为石炭系太原组16上及17煤层,威胁煤层开采的地下水水源主要为十下灰、十三、十四灰和奥灰含水层。其中十三、十四灰含水层水力联系密切,可按同一含水层看待。十下灰岩水为16上煤的直接充水水源,十三、十四灰灰岩水和奥灰灰岩水为16上及17煤层的底板间接充水水源,在构造地段有可能转化为直接充水水源。在研究煤矿群孔放水试验的基础上,全面分析了氢氧同位素资料,结果表明井田内十下灰和奥灰含水层有各自的补、径、排系统,正常情况下水力联系较弱;十三、十四灰含水层与十下灰和奥灰含水层均发生着水力联系,在采掘及导水断层的影响下,其含水层间地下水联系变得更加密切。两种研究的结论基本一致,增加了成果的科学性和可信性。     

采用贯入仪监测填土干容重方法

自1985年以来,我们水工团一直在修水库,由于水库位置座落于山前冲积平原,地质条件十分复杂,土的类别很多。为了土坝防渗可靠,系采用粘土或壤土筑坝,检查土的压实密度(干容重) 一向是采用环刀法室内试验。按水利电力部之规范要求,粘土的压实干容重控制指标为1.6g/cm3,壤土为1.7g/cm3。由于施工面广,取样数量多,试验时间长,每压实一层作试验,检查干容重最少也需3h。有时压实密度达不到控制指标,还得补压,耽误时间更长,平均每天只能填筑一层。 我们用贯入仪检查干容重,最多半小时把整个断面的干容重试验作出,提高功效一倍。 在单独使用贯入仪之前,首先将两种方法作对比试验：在平常环刀取土样的位置,按使用贯入仪说明,将贯入仪贯入,记下刻度,环刀取15个样,贯入仪同样贯入15次,然后各分成三组,计算每组的平均干容重及平均刻度,每组的平均干容重与平均刻度相比,得出一个参数,然后将三组的参数平均,得出一个有代表性的数据,可作为固定参数,将贯入仪三组的平均刻度与固定参数相乘,则是能达到控制的干容重指标,但此刻度只能算上限的,也就是说,贯入仪上的刻度能达下面计算的数据。与固定参数相乘,达到的控制指标,刻度大,干容重值更高,那就更理想,刻度小,干容重值就低。 2 供水管井成井工艺分析研究 2.1 钻探工艺：沙漠地区含水层岩性十分松散,井壁易坍塌。因此,在钻探工艺上要选用优质泥浆护壁,一次性成井。另外,各种材料要及时到位,终孔后,为防止井壁坍塌,井孔报废,必须立即下管填砾。 2.2 井管(滤水管)：一般采用钢管比较好,强度高。水泥管在粉细砂地层成井,接头易涌砂,强度低,事故率高,不宜使用。滤水管采用打眼缠丝,缠丝间距 0 .8～1.5mm为宜,孔隙率要求大于25%。沉淀管下部做成锥形,且底部封口焊死。     

渐进坍塌型崩岸的力学机制及模拟

针对渐进坍塌型崩岸,从土力学和河流动力学两方面理论出发,建立了岸坡稳定的力学模式,结合室内概化模拟试验和数值计算,分析了岸坡稳定或破坏的力学机制,揭示了缓坡出现崩岸的原因。结果表明,岸坡坡脚未受水流冲失时,若坡内渗流出逸坡降小于渗透破坏的临界坡降,岸坡处于稳定状态,当坡脚被水流冲失后,渗流渗径缩短,水土结合处坡面出逸坡降增大,大于临界坡降时则出现渗透破坏,引起局部小幅度土体崩塌,其后部土体失去支撑而陆续产生失稳破坏,随着时间的延长,土体崩塌现象逐步向后发展,最终导致岸坡整体崩塌破坏。     

非饱和粉煤灰抗剪强度试验研究

为避免基质吸力量测所带来的困难,通过寻找总应力抗剪强度指标与含水率w之间的关系,建立类似于饱和土的抗剪强度公式,对实际工程具有较强的应用价值。在制件过程中采取相应措施消除压实度和龄期等因素的干扰,确保试验结果能够真实反映含水率对抗剪强度的影响。在普通三轴仪上进行非饱和粉煤灰的抗剪强度试验,得到其总应力强度指标随含水率的变化规律。其中,非饱和粉煤灰的粘聚力c值随含水率的增加呈先增大后减小的二次抛物线变化,内摩擦角φ值随含水率的增加呈线性衰减。通过引入含水率,建立了非饱和粉煤灰总应力强度公式,公式中的含水率易于确定,抗剪强度计算简单,便于实际工程应用。