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关键词： 土力学   石英砂   颗粒形状   弯曲元   剪切波波速   状态参数  

摘要： 天然砂土的形状往往差异较大，为研究剪切波在不同形状砂土中的传播特性，首先选取3种不同形状的石英砂开展颗粒形状分析；其次，采用安装有弯曲元系统的三轴仪对砂土试样进行剪切波速测试及三轴剪切试验，获得3种石英砂的剪切波波速及其临界状态线。试验结果表明：（1）在相近的孔隙比和围压下，随着整体规则度OR降低，石英砂试样的剪切波波速Vs逐渐增大；（2）基于临界状态土力学中的状态参数，提出计算石英砂剪切波波速的归一化模型，并采用文献中的数据对模型进行验证，发现其预测精准度较好；（3）在上述模型的基础上，提出采用剪切波波速预测不同形状石英砂剪切特性的新方法。上述成果为用原位剪切波波速判别复杂形状砂土层的剪切失稳特性提供依据。

关键词： 土力学   硫酸盐渍土   降雨作用   地表能量   水–热–盐迁移   盐冻胀变形   模型试验  

摘要： 为明确降雨作用下硫酸盐渍土水–热–盐迁移及其变形特性，以甘肃河西地区的气候环境特点以及盐渍土类型为背景，在自主研发的室内底板–大气双控温模型箱内部制作硫酸钠盐渍土天然场地的几何相似比模型(1∶6)，首次结合地表能量收支平衡特征研究无降雨和有降雨2种工况下硫酸钠盐渍土内部多物理场耦合变化的特点。研究结果表明：降雨作用会导致反射短波辐射、入射长波辐射以及地表温度减小，地表净辐射以及地表蒸发速率增加，且增加趋势与降雨量相关。受降雨作用影响，土体内部含水量和电导率增加，土体热通量和温度降低。并且，降雨作用导致硫酸盐渍土内部的放热时间增长。此外，降雨作用对硫酸盐渍土内部水–热–盐各物理场的影响随着深度的增加逐渐减弱。一年四季交替过程中，硫酸盐渍土经历了先融沉后盐冻胀的变形过程。并且受降雨作用的影响，硫酸盐渍土的融沉变形和盐冻胀变形呈现不同程度的增加。研究结果为应对气候变化背景下盐渍土地区的环境灾变问题和工程问题提供一定的指导。

关键词： 高强保温混凝土   玻化微珠   再生骨料   基本力学性能   抗冻性  

摘要： 本文基于“双碳”以及建筑节能环保需求背景,提出了将建筑废弃混凝土,工业废弃物粉煤灰掺入在保温混凝土中,将水胶比、再生粗骨料的替代比例、粉煤灰和硅灰的掺量作为关键变量。通过正交试验方法,运用L16（4～5）正交试验设计,每个因素均设定四个不同的级别。分析这些变量及其不同水平对保温混凝土强度的影响,综合考虑工程应用,通过力学试验、导热实验、冻融循环试验筛选得到一组抗压强度能达到C50、导热系数小于0.35W/（m·K）且抗冻性能优良的玻化微珠再生保温混凝土的最优配合比。并以最优配合比为基准,对玻化微珠再生保温混凝土展开冻融循环试验,得出再生粗骨料取代率、矿物掺合料掺量对玻化微珠再生保温混凝土抗冻性能影响规律。主要研究内容和结论如下: （1）再生骨料基本物理性能试验结果表明:在表观密度、抗压强度及吸水性方面,再生粗骨料与天然粗骨料表现出明显的差异。再生粗骨料的密度较低,其表观密度比天然碎石低7.8%,空隙率与天然骨料相近。再生粗骨料含泥量相较于天然碎石高出0.3%,24小时吸水率高达3.95%,压碎指标为14.3%,较天然碎石高出3.9%。 （2）正交试验分析结果表明:各因素对保温混凝土7天、28天立方体抗压强度显著性影响从大到小均为水胶比、再生骨料取代率、硅灰掺量、粉煤灰掺量。各龄期立方体抗压强度与水胶比呈负相关,水胶比为0.32时强度最高。随着再生粗骨料掺量增加,强度先升高后降低,最优掺量为10%。粉煤灰与硅灰的最优掺量分别为30%、7%。 （3）在正交试验的基础上选取出两组既有再生骨料、又包含复合掺料,且强度达到50Mpa的配比组合,结合最优组,进行了力学性能及导热性能检验,试验结果表明:添加粉煤灰、硅灰的玻化微珠再生保温混凝土力学性能良好。将导热系数小于0.35W/（m·K）的两组配合比进行抗冻性能试验,对比得出一组强度满足C50,力学性能良好,导热系数小于0.35W/（m·K）,抗冻性能良好的保温混凝土配合比:水胶比0.32、用水量169.5kg/m3、再生粗骨料掺量10%、粉煤灰掺量30%、硅灰掺量7%,玻化微珠掺量130%。 （4）通过冻融循环试验研究不同因素对保温混凝土抗冻性能影响。研究结果表明,再生粗骨料的掺入比例对高强玻化微珠再生保温混凝土的抗冻性有显著影响。再生粗骨料的取代率增加,会对混凝土的抗冻性产生负面影响,使得混凝土的抗冻性能下降。然而,添加粉煤灰和硅灰可以有效提升高强玻化微珠再生保温混凝土的抗冻性能。

关键词： 泡沫轻质土   明挖小间距隧道   隧道间回填   数值分析   现场实测  

摘要： 为高效利用城市土地资源,缓解交通拥塞,城市地下立交隧道应运而生。明挖隧道因施工速度快、成本低、工艺简单等被普遍采用。然而,受环境和地形的限制,其复杂的空间布局往往会出现大量的小间距隧道段。用传统填土回填隧道间区域的方法在压实度不足时会形成欠压区,引发大面积沉降,给隧道结构添加了额外的剪切应力。针对上述问题,本文以重庆两江新区照母山金州大道与星光大道延伸段节点改造工程作为研究背景,研究了含矿渣粉的泡沫轻质土的物理力学性能,通过数值模拟方法对比分析了泡沫轻质土与其它两种回填材料在隧道间区域回填的应用效果,最后,通过现场应用及监测的方法对泡沫轻质土在浅埋明挖小间距隧道中回填应用进行研究。本文的主要研究内容与结论如下: （1）确定了泡沫轻质土所用的原材料,并进行了合格测试。设计了掺入矿渣粉的泡沫轻质土配合比,通过室内试验,制备符合规范要求和工程技术要求的泡沫轻质土,并分析了各组配合比的流动度、湿容重及适应性、吸水率、抗压强度的关系。利用多元线性拟合的方法研究了矿渣粉掺量、泡沫用量、水胶比三个因素与湿容重和抗压强度之间的关系,线性求解得到综合性能最优的泡沫轻质土配合比为:矿渣粉掺量为30%,水胶比为0.6,单方泡沫轻质土泡沫用量为650L,水泥用量为235kg,矿渣粉用量为105kg。测得其湿容重为6.13k N/m3,流动度为187mm,7d抗压强度为1.01MPa,28d抗压强度为2.23MPa,1h湿容重增加值为0.22k N/m3。 （2）基于ABAQUS数值模拟的方法,建立了隧道间间距变化的小间距隧道三维模型,对比分析了泡沫轻质土、土夹石混合回填土、砂砾石三种材料回填于隧道间区域的隧道应力位移变化规律。得出泡沫轻质土回填隧道间区域可有效降低隧道顶板的最大主应力和竖向位移,分别降低了9.83%,7.45%;发现泡沫轻质土回填隧道间的区域增大时,隧道顶板的剪应力也会相应变小,其中隧道间间距从0.5m增至1.2m时,剪应力下降较明显,下降比例可达19.65%。 （3）进行了实际回填工程的应用,通过现场监测的方法对回填区域的三个断面的左线隧道结构的应变进行监测,分析了监测数据并与模拟结果对比,得出隧道顶板跨中、左侧墙中部、右侧墙中部的监测结果分别是数值模拟结果的1.24倍、1.5倍和1.8倍。数值模拟值与现场实测值相差不超过1倍,这表明数值模拟计算得出的数值是比较准确的,充分验证了数值模型的准确性。

关键词： 玄武岩纤维混凝土   机器学习模型   粒子群优化算法   遗传算法   静动态力学性能  

摘要： 随着中国基建的快速发展,混凝土材料得到广泛应用。然而,传统混凝土存在脆性和易开裂等缺陷,不符合现代工程结构对高性能材料的要求。玄武岩纤维混凝土相较于传统混凝土具有更优异的力学性能和耐久性,同时原材料获取便利,具备广阔的工程应用前景,有望支持中国的"碳达峰"战略目标。随着计算机运算能力和人工智能技术的进步,机器学习等方法在土木工程领域引起了广泛兴趣。机器学习在解决混凝土性能预测中展现出卓越的性能,尤其在高复杂性和多因素不明确的背景下取得显著成果。为降低工程试验的材料和时间成本,本文充分利用机器学习方法,探寻纤维混凝土性能与其组分间的内在联系,更好地优化玄武岩纤维混凝土的力学性能,为其产业化应用和力学性能预测提供新的途径。一方面,本文针对玄武岩纤维混凝土静动态力学性能进行试验研究;另一方面,本文利用机器学习模型和参数优化算法对玄武岩纤维混凝土静态力学性能进行预测,并对比分析机器学习性能预测模型的精度。本文主要研究内容及结论如下: (1)为研究玄武岩纤维长度(12 mm、18 mm)掺杂方式和不同纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%)等因素对混凝土静动态力学性能的影响规律,进行了抗压强度试验、弯曲抗折强度试验、静力受压弹性模量试验和抗冲击性能试验。试验结果表明,长度为12mm和18mm的纤维混掺且体积掺量为0.1%时,抗压强度提高最大,提高了14.98%;在纤维掺量均为0.2%时,混合掺入不同纤维长度的混凝土抗折强度提升效果最显著,提高了20.45%;相对于素混凝土,体积掺量为0.1%时,混掺不同长度纤维的混凝土轴心抗压强度提高了15.25%;混掺不同长度的玄武岩纤维会较大提高混凝土的静力受压弹性模量,最大提高了25.53%,掺入单一长度纤维的混凝土试件则不明显。在玄武岩纤维混凝土力学性能中,混掺不同长度的玄武岩纤维比掺入单一长度对其增强效果更好。 (2)玄武岩纤维可改善混凝土的抗冲击性能,与素混凝土相比,单掺纤维长度为12mm、体积掺量为0.1%的混凝土抗冲击耗能提升最大,为263.60%。 (3)利用粒子群优化算法和遗传算法优化机器学习模型的超参数,并对比分析模型优化后的预测性能。研究结果表明,对于同一数据集,两种算法对提高模型预测性能和泛化能力均有不错的效果,相差无几,但结合粒子群优化算法的机器学习模型的预测用时远远少于遗传算法。 (4)采用SHAP方法对玄武岩纤维混凝土的抗压强度、弯曲抗折强度及劈裂抗拉强度进行特征重要性分析。结果表明,对于抗压强度,重要性大小排序依次为:水灰比、砂石比、纤维直径、纤维长度、减水剂、纤维掺量和粉煤灰;对于弯曲抗折强度,重要性大小排序为:水灰比、纤维直径、纤维掺量、纤维长度、减水剂、砂石比和粉煤灰;影响劈裂抗拉强度的因素按重要性大小排序依次为:纤维直径、减水剂、砂石比、水灰比、粉煤灰、纤维掺量和纤维长度。

关键词： 氯氧镁水泥   养护温度   固化软土   强度预测曲线   耐水性  

摘要： 淤泥广泛分布在河流、湖泊和沿海等地区,其大量堆积给城市建设和土地利用带来了严峻挑战。以淤泥质土为代表的软黏土,具有高含水率、低强度、高压缩性等特点。通过使用合适的土壤固化剂可以很好地提高软黏土的力学性能,使其满足工程实际需求。传统固化剂以硅酸盐水泥为主,但水泥产业能耗大,CO2排放量高。为响应国家“双碳”目标,本文探索能耗更低的氧化镁基水泥进行软土固化的可行性。氯氧镁水泥（Magnesium Oxychloride Cement,简称MOC）由轻烧氧化镁、氯化镁和水配合而成,被认为是一种低碳低能耗的绿色环保水泥。考虑到我国国土辽阔,气候条件复杂,气温在时间和空间上都表现出较大的变化,在实际施工场地的固化应用时,不可避免会遇到不同气温条件。本文以无锡地区的软黏土为主要研究对象,在考虑不同MgO/MgCl2摩尔比的情况下,探讨了养护温度对MOC固化软土性能的影响。基于试验结果,提出了表征强度发展与养护龄期关系的模型。引入强度影响因子ηT和强度加速因子K来描述在特定养护温度和室温条件下强度发展的关系。此外,针对MOC耐水性差这一缺陷,掺入NaHCO3改善MOC固化软土的耐水性能,并对不同养护温度对其改善性能的差异进行探究。此外,通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析MOC固化土的微观形貌和水化产物,结合压汞试验（MIP）对孔隙结构进行分析,以明晰固化反应机理。主要研究结果如下: （1）养护温度对氯氧镁水泥固化黏土的力学性能有显著影响,且与MgO/MgCl2的摩尔比有关。与水泥土不同,养护温度不仅影响水化反应速率,还影响了水化产物类型。因此,随着养护温度的升高,养护3天的MOC固化黏土的强度随之降低。但在MgO/MgCl2摩尔比为3:1时,MgO掺量较少,低温条件下水化反应速率减缓,使得养护3天的固化试样强度较低。但随着养护龄期的延长,UCS持续增加,在养护28d时达到9.5MPa。MOC固化黏土的破坏应变范围在1.55～2.29%之间。割线变形模量E50可表示为E50=64.04UCS,R2=0.988。随着养护温度的升高,E50-UCS曲线的斜率逐渐减小,这与水泥固化土的变化规律相反。 （2）提出了一种MOC固化黏土强度发展预测方法,以室内标准养护试验为基础,对氯氧镁水泥固化黏土在不同养护温度下的强度演变进行预测。该方法引入两个相关参数,即强度影响因子（ηT）和强度加速因子（K）,从而可以基于标准养护下的试验结果对不同养护温度下的固化试样强度发展进行预测。与实验数据相比,该模型预测准确,拟合性能好。 （3）NaHCO3的掺入提高了MOC固化软土的力学性能和耐水性能。随着NaHCO3掺量的增加,改性MOC固化软土强度与耐水性能随之增高,并且养护温度影响了NaHCO3的改善效果。低温养护条件使得体系内部的相产物占主导作用,HCO3-的加入不会促进Mg（OH）2的生成,并且体系内生成的部分碳酸化产物会在一定程度上提高耐水性能。较高的养护温度会促进Mg（OH）2的产生,然而由于HCO3-的引入,体系内部会产生较多的碳酸化产物,减缓试样强度的下降并提高耐水性能。同时,温度升高会加速水泥水化反应,导致水化不均匀,空间结构不紧密,从而降低了固化软土的耐水性能。

关键词： 淤泥质黏土   膨胀性   二氧化碳   加固机理   施工工艺   宏细观力学特性  

摘要： 如何解决膨胀性淤泥质黏土强度低、渗透性差等缺点进行资源化回收再利用一直是土体性质改良研究的热点课题,目前传统淤泥土改良方法存在效果不理想、环境污染等问题。同时随着环保要求的不断提高,探寻适用于膨胀性淤泥质黏土且更加高效、节能、环保的固化材料与方法是新的研究目标。以石灰-偏高岭土以及二氧化碳作为一种新型固化剂来加固淤泥土是一种新的方式,具有重要的科学意义和应用前景。 本文从试验出发,以石灰-偏高岭土碳化加固膨胀性淤泥质黏土为研究对象,揭示了二氧化碳改良偏高岭土灰土的加固机理和物理特性;研究了石灰掺量、偏高岭土掺量、碳化时间、水固比、闷料时间和养护龄期等因素对固化土力学强度、微观结构和物理化学的影响规律,得出了改性过程中的最优参数;最后结合室内试验结果以及现有施工技术,提出了偏高岭土灰土碳化固化路基的施工工艺。解决了淤泥土强度低、改良成本大以及资源化回收利用难的问题。主要研究内容和成果如下: (1)揭示了石灰掺量、偏高岭土掺量、碳化时间、水固比、闷料时间和养护龄期等因素对固化试样的破坏模式、物理力学特性以及微观结构的影响规律。研究结果表明:试样碳化后的破坏模式以劈裂破坏为主;碳化后试样的强度主要是由于碳化过程中的结晶产物填充了土体空隙,并形成团聚颗粒胶结在土颗粒之间,最终使固化土的强度得到显著提高;并且在本研究范围内,试样强度随石灰含量的增加或者碳化时间的延长而逐渐增加。 (2)通过石灰-偏高岭土碳化固化土的无侧限抗压强度试验研究了石灰掺量、偏高岭土掺量、碳化时间、水固比、养护龄期和闷料时间等因素对土体无侧限抗压强度及破坏应变的影响规律,得到了灰土材料和偏高岭土灰土材料在碳化前后的三维强度分布规律,揭示了碳化改良土体强度的增长机理。研究结果表明:14%石灰含量、碳化时间为3d的灰土试样强度明显大于未碳化的灰土试样;偏高岭土-灰土试样中石灰含量为22%碳化后的试样强度大于未碳化的试样;无侧限抗压强度随石灰掺量、偏高岭土掺量和碳化时间的增加而增加,随水固比的增加而降低;在碳化过程中,改良土的试样展现出了显著的转变趋势,由原本的弹塑性材料特性逐渐转向脆性材料特性。 (3)运用XRD和SEM等先进的微观分析技术,深入探究了石灰与偏高岭土复合体系的矿物组成及细微结构特征,旨在阐明其内在的微观作用机制。研究表明:碳化后试样的主要矿物为碳酸钙沉淀,晶型主要为方解石型;随着石灰含量和碳化时间的增加,碳化土的空隙体积减小而二氧化碳吸收量增加;二氧化碳改良偏高岭土灰土的加固机理主要涵盖离子交换作用、水化反应、碳化作用以及填充效应等多个方面。 (4)在深入研究二氧化碳对灰土宏细观力学特性的改良效果基础上,分析其强度变化规律,并进一步探讨二氧化碳对偏高岭土灰土在宏细观层面上力学特性及强度变化的影响。结合当前成熟的施工技术,提出了一套创新的石灰-偏高岭土整体碳化加固路基的施工工艺。这一工艺旨在通过引入二氧化碳碳化技术,有效增强路基的宏细观力学性能和长期稳定性,为道路建设提供更为可靠的技术支撑。

关键词： 土力学   粉煤灰   镁渣   固沙特性   X射线衍射   扫描电镜  

摘要： 粉煤灰是火力发电的主要废弃物，在中国西部地区广泛存在，受交通影响，处置成本高，西部宁夏甘肃地区沙漠化问题严重，基于两者供需关系开展粉煤灰改性材料固沙应用研究。基于固沙效果制定参考固沙标准，针对改性粉煤灰固沙材料，通过单轴抗压强度试验、含水率试验、扫描电镜试验(SEM)、X射线衍射试验(XRD)、剪切试验等多种分析方法对改性粉煤灰材料的力学性质、水化产物和微观结构进行研究。结果表明，改性粉煤灰材料单轴抗压强度和胶结效果均得到显著提高，改性粉煤灰材料水化后形成的水化硅酸钙凝胶是解释保水性差异的关键；10%碱激发剂改性粉煤灰胶结体黏聚力提升为原来的3倍以上，30%镁渣改性粉煤灰胶结体抗剪强度显著提高。建议采用低剂量碱激发剂(2.5%左右)或高剂量(>30%)镁渣改性粉煤灰，并适当提高灰沙比，以获得更好的经济效益和固沙效果。

关键词： 再生骨料   再生混凝土   强化处理   力学性能   抗渗性能  

摘要： 近年来,CO2等温室气体引发的全球温室效应已经成为国内外重点关注的生态环境问题之一。与此同时,既有建筑拆除和城市更新过程中也产生了大量的固体废弃物,引起了不容忽视的资源消耗和环境污染问题。采用合理有效的技术手段推进建筑固废循环再利用,已经成为行业内的研究热点领域。在再生混凝土（Recycled aggregate concrete,简称RAC）的应用过程中,从建筑固废中回收利用的再生骨料（Recycled aggregate,简称RA）由于表面包裹了疏松多孔的旧水泥砂浆和破碎过程对骨料内部造成的损伤,导致再生骨料的力学性能有所降低,需要在使用前采取一定的技术手段对其进行强化处理。本文基于CO2矿化和纳米SiO2协同强化技术,研究了不同强化方式对再生骨料以及再生混凝土力学性能和抗渗性能的影响。完成的主要工作如下: （1）利用饱和石灰水溶液对再生骨料进行预浸泡处理,基于CO2矿化、纳米SiO2浸渍和CO2-纳米SiO2协同复合三种方式对再生骨料进行强化处理,研究了不同强化处理方式对再生骨料物理性能的影响。 （2）基于强化处理后的再生骨料配置再生混凝土,研究了不同骨料强化处理方式对再生混凝土力学性能和抗渗性能的影响。 （3）采用标准养护、饱和Ca（OH）2湿养、CO2矿化养护、CO2矿化-CH饱和溶液循环养护四种养护方式对强化处理效果最佳的再生混凝土进行养护试验。研究了不同养护方式对再生混凝土力学性能和抗渗性能的影响。