土体强度与变形尺度特性的理论与试验分析

土体是一种颗粒介质,其强度与变形特性具有显著的颗粒尺度效应。采用胞元土体模型和三轴抗剪试验分析了土体强度和变形的尺度效应特性。根据土体中不同尺度颗粒间相互作用表现出的聚集和摩擦效应,提出了“基体-增强颗粒”土体胞元模型,胞元体由基体和增强颗粒组成,其中基体由微小土颗粒集成,而增强颗粒为砂粒,宏观土体则简化为由许多胞元体构成的介质。引入广义球应变和广义等效应变,基于应变能导出了考虑颗粒尺度效应的应力-应变关系以及屈服应力计算公式;同时,针对增强颗粒不同粒径和体分比的土体进行一系列三轴不排水抗剪试验,给出了应力-应变和屈服应力尺度效应的测试结果。试验和理论计算结果均表明,土体强度和变形的尺度效应随增强颗粒的体分比增加以及粒径的减小而增强,由此反映出土体强度和变形显著的尺度效应;土体强度和变形尺度效应的理论预测结果与试验具有较好的一致性。     

活性白土负载AlCl_3催化剂对脱除芳烃中微量烯烃反应的性能研究

以临安活性白土为载体,研究负载AlCl3的改性颗粒白土对脱除工业芳烃中微量烯烃的活性,对颗粒白土的制备条件及负载前后颗粒白土的脱除活性进行比较,并利用XRD,TG-DTA,BET,FT-IR等技术对颗粒白土的结构和表面酸性进行表征的结果证明AlCl3的负载量和焙烧温度对颗粒白土的结构和活性有显著影响,经过改性可以提高白土使用寿命。     

冻融与动载耦合作用下路堑边坡变形机制研究

川藏铁路穿越区地质、气候、环境等条件复杂,其建设及运营期间将面临着大量尚未解决的科学技术难题。针对高寒山区岩体在遭受长期冻融循环作用,且耦合长期列车动载作用,岩体的损伤演化规律,及其对路堑边坡应力状态及变形趋势的影响,将是川藏铁路减灾防灾急需解决的关键问题之一。基于此,本文通过实测数据分析,得到交通振动传播规律,即随距离轨道越远,速度峰值越小,同时竖向速度大于水平方向,基于此建立Z向等效荷载模型;通过室内岩石冻融循环试验,发现随冻融次数增加,岩石峰值强度、弹性模量均产生明显弱化现象,如峰值强度、弹性模型降低,压密段变长。对比PFC^2D数值模拟分析,可见：在早期冻融阶段,边坡变形主要以竖向位移为主,随着冻融循环次数增多,边坡水平位移增加量大于竖向;冻融与动载耦合条件下,加速边坡水平变形,易发生边坡破坏失稳。研究成果可为川藏铁路及类似工程运营期边坡风险防控提供一定的科学依据与理论支撑。     

成层土中桩土相互作用的颗粒流模拟

以上海某桩基工程项目为背景, 使用颗粒流方法研究了成层土情况下的桩土相互作用过程。在考虑土层成层分布基础上, 将桩-土相互作用以平行连接模型来表征, 以颗粒接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、平行连接模量、平行连接刚度比、平行连接法向强度、平行连接切向强度作为平行连接模型的细观力学性质参数, 以土的黏聚力和压缩模量作为黏结强度和刚度比的取值基础, 以现场单桩竖向抗压静载荷试验所得荷载-位移曲线作为确定细观力学参数的基本标准, 开发了相应桩-土作用过程颗粒流模拟的二维颗粒流代码, 得到了不同土层的细观物理力学性质参数, 分析了竖向荷载作用下桩-土的相互作用过程与土粒的移动特征。结果表明, 不同土层中颗粒位移特征不同, 黏土颗粒位移明显大于砂土, 不同土层的桩-土粒接触力也不相同, 砂质粉土的摩擦系数和刚度较大, 所承受的接触力也就较大, 力链传递方向主要是法向方向。研究结果对分析成层土中桩的荷载传递机理具有一定的参考价值。     

楚科奇海悬浮体含量分布及其颗粒组分特征

对中国第四次北极科学考察在楚科奇海获取的悬浮体样品进行悬浮体及其颗粒组分特征的分析,旨在了解楚科奇海悬浮体分布、成因特征以及其沉积学意义。研究发现,楚科奇海中部悬浮体浓度最低,而在靠近白令海峡的南部海域和中北部海域,中下层海水中发现两个悬浮体浓度高值区。楚科奇海阿拉斯加沿岸和巴罗峡谷底层海水中,悬浮体浓度相对较高。扫描电镜分析结果显示,楚科奇海南部和中北部中下层海水中的悬浮体,主要以硅藻为主,但这两个海域的硅藻优势种明显不同。阿拉斯加沿岸和巴罗峡谷中的悬浮体,以生物碎屑为主。结合楚科奇海温度、盐度资料,楚科奇海南部和中北部高浓度悬浮体分别受经白令海峡夏季入侵的太平洋海水和楚科奇海冬季残留水的控制,而阿拉斯加沿岸和巴罗峡谷中下层的悬浮体,则受阿拉斯加沿岸流的控制。     

北极新奥尔松全新世冰碛物物理化学特征及环境意义

冰碛物是全球的一个主要粉尘源,联系着全球气候、大气气溶胶、海洋元素和生产力的变化。过去对粉尘,特别是沙漠、黄土的研究主要集中在中纬度地区,但对来自高纬度的冰川粉尘研究较少。为了解现代高纬度冰缘环境下冰川作用、搬运作用和化学风化对冰碛物的物理化学性质的影响,本文以北极新奥尔松Austre Lovénbreen冰川（简称A冰川,下同）深度小于5cm的冰碛物（包括小冰期冰碛物和冰沼土）≤2mm组分为对象,测定了小冰期（Little Ice Age,简称LIA）冰碛物和冰沼土的粒径、磁化率以及元素组成。研究表明：1）A冰川冰碛物粒径组成以砂级为主（>63μm）、粉砂级次之（2~63μm）、粘粒最少（ < 2μm）。A冰川冰碛物大部分呈双峰或多峰特征,LIA冰碛物典型双峰峰值为10~30μm和100~200μm;冰沼土为30~60μm和300~450μm。近岸LIA冰碛物和冰沼土相对冰川末端LIA冰碛物具有较粗的平均粒径及较高的正偏度,表明其在沉积之后受搬运作用影响损失了细组分。2）A冰川冰碛物磁化率介于5.5×10^-8~11.4×10^-8m³/kg之间,平均值为7.7×10^-8m³/kg。LIA冰碛物磁化率与总铁含量呈正相关,主要受母岩和搬运作用制约,未受成壤作用影响。3）A冰川冰沼土与LIA冰碛物相比,富Si,但贫Al、Fe、K、Ca、Mg等元素;LIA冰碛物平均化学组成与洛川黄土和上部大陆地壳（Upper Continental Crust,简称UCC）非常接近。A冰川冰碛物CIA平均值为58.57,反映冰缘环境较弱的化学风化条件。A冰川冰碛物CIA值集中分布在UCC至黄土的平均化学组成风化趋势线上,证明了黄土粉尘起源于由一系列的冰川和高山作用产生的沉积物的可能性。分析结果表明,在弱风化的冰缘环境下,CIA值能从整体上反映LIA冰碛物和冰沼土的化学风化差异,但对沉积年龄小的LIA冰碛物而言,搬运作用引起的粒度组成差异和相应的不同矿物类型和含量的改变或是CIA值变化的主要原因。

     

黑河绿洲区耕作影响下的土壤粒径分布及其与有机碳的关系

选取黑河绿洲区典型土壤类型为研究对象,分析耕作对土壤粒径分布及其与土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳关系的影响。结果显示:非耕地(灰钙土、灰褐土、栗钙土)转变为耕地后,改变了10～50μm粗粉粒、50～250μm细砂粒、250～1000μm粗砂粒的含量,对<5μm的粘粒含量影响小。而风沙土变为耕地土壤后,土壤颗粒出现了细化现象。土壤粒径分布的变化也波及到了土壤颗粒与有机碳的关系,耕地与非耕地中存在异同点。相同之处在于,以50μm作为分界点,土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳与<50μm的粉粒、粘粒土壤颗粒含量呈正相关,与>50μm的砂粒呈负相关。不同之处为:耕地中土壤有机碳仅与5～10μm、10～50μm、50～250μm有关;非耕地中土壤有机碳与<1μm、1～5μm、5～10μm、10～50μm、50～250μm、250～1000μm的含量有关。分析表明,耕作是引起土壤活性有机碳增加及土壤有机碳与土壤粒径之间的关系发生变化的内在原因。     

山区公路弃渣颗粒组成与休止角的统计分组特征及工程应用

山区公路土石混合弃渣颗粒组成的复杂性和人工堆积特征造成其工程特性难以准确测定和量化分类。利用工程大数据统计分析为量化分类提供标准和界限依据,细化弃渣分类为弃渣工程科学设计及安全防护提供支撑。依托山区高速公路多个核心弃渣场多部位多阶段土石混合弃渣的颗粒组成和天然休止角测量,形成土石混合弃渣基本特征大数据;利用工程数据统计分析山区公路弃渣的颗粒组成与休止角的分组特征,所得主要结论如下：（1）山区公路弃渣具有显著的分组特征,利用粗细比k将弃渣分为土类弃渣（k＜0.3）、土石混合弃渣（ k为 0.3～1.4）和石类弃渣（k＞1.4）。（2）山区公路土石混合弃渣细粒占比较低,以粗粒为主。弃渣粗细比为N（0.85,0.338 9）正态分布,休止角为N（37.64,3.057 8）正态分布,土类弃渣休止角＜32.6º,土石混合弃渣休止角为 32.6º～42.7º,石类弃渣休止角＞42.7º,分类及参数建议解决了取样代表性难题和结果离散性问题。（3）根据无黏性土边坡稳定性系数计算公式,结合弃渣分类和不同等级弃渣场安全系数标准,计算得到不同类弃渣控制坡率,土类弃渣控制坡率 ≤1:2,土石混合弃渣控制坡率 ≤1:1.75,石类弃渣控制坡率 ≤1:1.5,经跟踪检验,发现建议坡率下弃渣边坡中长期稳定可以得到有效保障。上述研究可以为山区公路弃渣场动态设计提供基础数据,具有较强的工程类比价值,有利于形成地区经验值。     

人工鱼礁礁体与不同粒径底质间最大静摩擦系数的试验研究

通过平面拉动法分别测量了5种不同开口比人工鱼礁礁体模型对5种不同粒径大小底质间的最大静摩擦系数,分析了不同粒径底质以及礁体不同开口比的最大静摩擦系数变化规律。试验研究表明:最大静摩擦系数与底质粒径大小呈强负相关(r=-0.964,P<0.01);控制底质粒径时,最大静摩擦系数与礁体质量呈弱负相关(r=-0.265,P<0.01),与礁体开口比呈弱正相关(r=0.245,P<0.01);礁体本身的设计属性如开口比是最大静摩擦系数的主要影响因子。对于新设计礁型在进行礁体稳定性校核时,应根据礁体开口比和实际海域底质泥沙的粒径组成,选取适当的最大静摩擦系数。