不同龄期下粉煤灰水泥土的UU抗剪强度试验研究

针对不同养护龄期对于粉煤灰水泥土抗剪强度影响的问题,采用不固结不排水三轴剪切试验从宏观力学的角度分析养护龄期对粉煤灰水泥土的影响,结合SEM试验和XRD试验从微观角度分析试样内部结构与物质成分。试验结果表明:从宏观角度分析,粉煤灰水泥土的应力-应变曲线呈现应变软化型,试样的抗剪强度随养护龄期的增加逐渐增大且28 d的抗剪强度最大,同时,由于试样内部各物质之间的反应随养护龄期的增加而持续进行,龄期越长试样内部各物质之间的胶结作用越强,致使试样的内摩擦角和黏聚力随养护龄期逐渐增大;从微观角度分析,试样内部生成的结晶物质(钙矾石)与胶凝物质(C-S-H凝胶)等填充试样内部的大孔隙且相互黏结,导致试样愈加密实,抗剪强度增大。本文旨在为粉煤灰等材料固化黄土的抗剪强度提供试验依据,为粉煤灰等工业副产品在工程中的应用提供参考,对粉煤灰的利用和环境保护具有参考意义。     

Cu(Ⅱ)污染作用下膨胀土的胀缩时程效应研究

为探讨Cu(Ⅱ)对膨胀土胀缩特性的影响,针对初始状态相同的膨胀土试样,采用浓度为2.5 g·L-1、5.0 g·L-1、10.0 g·L-1的CuSO₄溶液以及去离子水进行处理,开展一系列重金属Cu(Ⅱ)污染作用下的胀缩性试验,并运用Does Response模型对胀缩时程曲线进行描述;利用马尔文激光粒度测试,分析了污染前后膨胀土的粒径分布特征。结果表明:膨胀土试样的膨胀率、收缩速率、竖向收缩率及膨胀含水率皆随Cu(Ⅱ)浓度的增大而增大,但膨胀土试样的损失含水率并不随Cu(Ⅱ)浓度的变化而变化;试样的无荷载膨胀时程曲线可分为快速增长、变减速及缓慢增长阶段;膨胀土的收缩过程可分为缓慢收缩、快速收缩与收缩稳定阶段;Does Response模型不能完全适应无荷载条件下的膨胀时程曲线,但能较好地描述收缩时程曲线;随着Cu(Ⅱ)浓度的增大,未污染膨胀土颗粒在80 μm处的粒径分布峰值消失,在47 μm处的粒径分布峰值往小粒径方向偏移,说明胶结物逐渐溶蚀,引起部分膨胀土大颗粒分解,依附在土颗粒表面的水膜面积增大,膨胀土吸水能力增强,进而导致高浓度环境中的膨胀土胀缩性较高。     

纳米SiO2和石灰改良黄泛区粉土的力学特性研究

为探究纳米SiO₂和石灰对黄泛区粉土的改良效果,通过击实试验、无侧限抗压强度试验、扫描电镜试验和XRF试验等系列试验,研究纳米SiO₂和石灰掺量对黄泛区粉土压实性、抗压强度、水稳性等力学特性的影响,分析改良粉土的微观结构及固化机理。结果表明:纳米SiO₂改良土的最大干密度和最优含水率随纳米SiO₂掺量的增加而提高,纳米SiO₂改良土中掺加石灰会降低最大干密度,但会提高最优含水率;纳米SiO₂与石灰联合使用改良效果优于单独掺入纳米SiO₂,1.5%纳米SiO₂-2%石灰改良土的无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角提升最为显著;与素土和纳米SiO₂改良土相比,纳米SiO₂-石灰改良土的水稳性得到显著改善;在纳米SiO₂改良土中,纳米SiO₂主要起到填充土颗粒之间孔隙的作用,纳米SiO₂与石灰联合使用可在土中形成胶结物质、发挥黏结与填充作用、大幅提高土的强度。     

冻融循环下初始含水率对非饱和膨胀土剪切特性试验

为探究冻融循环条件下初始含水率对膨胀土偏应力-应变关系和剪切特性的影响,本文对不同初始含水率的非饱和膨胀土进行了不固结不排水三轴剪切试验。结果表明：1）非饱和膨胀土的偏应力-应变曲线的形式随含水率增大由应变软化逐渐转变为应变硬化,偏应力峰值随含水率增大而降低;2）非饱和膨胀土的抗剪强度随初始含水率的增加呈线性下降趋势;3）非饱和膨胀土在第1次冻融循环后偏应力及抗剪强度大幅度下降,在3~7次冻融循环后达到稳定。初始含水率是影响非饱和膨胀土力学性质的主要原因。     

冻融循环下加筋膨胀土边坡稳定性模型试验

控制边坡在冻融循环中的劣化作用,可保障季节冻土区域膨胀土边坡长期稳定。为确定土工格栅对膨胀土边坡在冻融循环过程中的稳定效果与工程意义,本文开展了膨胀土边坡模型试验,对比冻融过程中边坡内土压力、含水率、位移、温度变化。结果表明：土工格栅可约束膨胀土冻融裂缝,使裂缝发育更为均匀一致,同时减小边坡位移;加筋材料能抑制边坡水分迁移与热传导并减小土压力变化;对膨胀土边坡加筋处理可显著降低含水率波动幅值,从而减小膨胀土受含水率变化引发的胀缩劣化;不同于普通黏土,膨胀土边坡冻融循环中呈现冻缩融胀特点,而边坡加筋可有效提升冻土区膨胀土边坡的冻融稳定性,具有工程应用价值。     

青藏高原—沙漠的陆—气耦合及对干旱影响的进展及其关键科学问题

作为世界第三极的青藏高原,是对全球天气气候影响最为显著的自然地貌之一.其巨大陆表深入对流层中部,热力效应直接作用于大气,不但形成了亚洲气候格局,甚至会导致北半球乃至全球气候变异.在青藏高原北部分布着北半球中纬度面积最大的沙漠群,与包括青藏高原在内的其他下垫面相比,沙漠具有地表反照率大、土壤热容量小、含水量低等特点,是地球系统中重要的感热源,同样对全球和区域能量平衡及气候变化和变异具有重要作用.青藏高原及其北部广阔沙漠区域——两种重要的陆地系统组成了全球独有的共生地理单元,它们之间的陆—气耦合必定通过某种过程相互关联.干旱是全球常见且危害极为严重的自然灾害,中国是全球干旱发生最为频繁的国家之一,特别是在中国北方,在气候变化大背景下,干旱也呈多发、加重的趋势.干旱成因复杂,始终是国内外相关领域研究的难点和热点.那么,从高原—沙漠共生地理单元的陆—气耦合过程出发,通过何种机制作用于我国北方干旱的形成和演变?这是一个值得探究的前沿论题.梳理了近年来青藏高原大气科学研究和包括沙漠地区的干旱半干旱陆面过程研究的最新进展,从中凝练出青藏高原和北部沙漠之间的陆—气耦合过程对我国干旱影响研究的关键科学问题,以期对开展相关探索的科技工作者有所帮助.     

基于支持向量机的膨胀土胀缩等级预测

膨胀土的胀缩等级判定对膨胀土地区工程建设具有重要的意义。为此,本文提出了一种基于支持向量回归机（SVR）模型的膨胀土胀缩等级预测方法。基于肯尼亚“蒙内铁路”沿线膨胀土的土工试验数据,以土体自由膨胀率作为预测目标,构建了包含两种不同预测指标体系的膨胀土胀缩等级预测模型。模型I以液限、塑限、塑性指数、3种不同粒径的颗粒含量（< 0.075、0.075～0.25、0.25～0.5）、土的类型为输入参数,模型II以液限、塑限、塑性指数、粒径< 0.075的颗粒含量、土的类型为预测参数。两个模型在预测时采用Linear、Polynomial、RBF和Sigmoid核函数进行训练。结果表明:（1）当预测采样次数达到1000次时,训练模型均趋于稳定;（2）整体而言,模型I的预测精度要优于模型II,模型I中采用RBF核函数建立的模型给出了最高准确率86.6%,其次为Linear核函数（准确率82.9%）和Sigmoid和函数（准确率75.1%）。模型II中采用RBF核函数建立的模型给出了最高准确率77.4%,其次为Linear核函数（准确率74.3%）和Sigmoid和函数（准确率72.9%）;（3）采用Linear函数、Sigmoid函数和RBF函数作为核函数模型对44组未知胀缩等级的土样预测时,模型I中三者预测结果相同的数量占比为73%,其余组土样的预测胀缩等级相同或相邻,不存在“越级”现象,模型II中三者预测结果相同的数量占比为68%,不存在“越级”现象。最后,通过与模糊层次分析法评价结果对比,进一步证明了本文研究结果可为肯尼亚等类似地区工程建设中膨胀土的胀缩等级预测和处理提供依据。     

非饱和土粒间毛细作用的微观不连续变形分析

非饱和土粒间毛细水作用是其基质吸力的主要来源。本文基于二维非连续变形分析算法(DDA),建立了一种能够模拟不同饱和度下毛细水分布状态及计算土水特征曲线的扩展DDA算法。该算法首先通过反复迭代的方式来计算出不同饱和度下毛细水弯液面的半径,并利用圆心轨迹交汇法确定粒间毛细水弯液面与颗粒的搭接位置,从而确定各个颗粒表面被毛细水浸湿的区域。而后利用Young-Laplace方程计算出各个浸湿区域毛细负压的大小,并将其与表面张力添加到传统DDA算法控制方程中。为验证该算法,参照真实黄土中含量最多的粗颗粒建立一理想黄土微观土骨架模型,模拟了不同饱和度下土体中的毛细水分布状态,并获得了土水特征曲线。将模拟结果与实测的土水特征曲线进行对比分析,结果显示预测值和实测值基本一致,该方法能够从微观上揭示非饱和土粒间吸力作用的本质。     

冻融循环下钢渣粉水泥改良膨胀土室内试验研究

膨胀土遇水膨胀失水收缩,是一种不良的工程地质土体。本文采用水泥、钢渣粉和NaOH改良膨胀土,对其经受不同冻融循环作用次数的冻融循环试验,并将冻融试验后的改良膨胀土及未改良膨胀土进行体积、自由膨胀率、无侧限抗压强度等物理力学性质测试,同时进行微观电镜扫描分析,研究冻融循环作用下钢渣粉水泥改良膨胀土的物理力学特性变化规律。试验结果表明,在冻融循环作用下,改良后的膨胀土与未改良膨胀土相比,体积变化率明显降低。随养护龄期的增长,改良后的膨胀土在冻融循环作用下体积膨胀变小,随冻融循环次数的增加,体积变化率趋于平稳,自由膨胀率降低。冻融循环作用下,钢渣粉水泥改良膨胀土(ES-SSP-C)试样的无荷膨胀率较低,改良后的膨胀土较未改良膨胀土具有较好的抗膨胀性能,掺NaOH活性激发剂的钢渣粉水泥改良膨胀土(ES-SSP-C-SH)抗膨胀性能效果最为明显。     

硬土软岩滑坡近水平滑移的离心机模型试验研究

中国西北地区存在大量的新近纪硬土软岩滑坡灾害,为研究该类滑坡的变形特征,开展两组离心机模型试验模拟滑带劣化引起滑坡变形破坏的全过程,获取模型坡体土压及位移的实时变化曲线。研究表明,当软弱带强度降低时,硬土软岩滑坡的上部滑体呈块体状滑动,在快速运动滑动过程中,滑体呈现块状平移,不会彻底解体、液化;硬土软岩滑坡中前部出现水平应力集中,导致下伏滑带塑性流动变形,诱发其中前部上覆滑体的水平运动,并向滑坡后缘扩展,最终形成多级水平滑动。