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关键词： 土力学   粗粒土填料   循环荷载   循环围压动三轴试验   永久变形   安定分析  

摘要： 针对常规的恒定围压动三轴试验仅能模拟路基土动应力场中的循环偏应力等不足,为更真实地反映移动轮载下路基土的长期变形性能和破坏机制,采用应力路径斜率、应力路径长度、最小平均主应力等变量的不同组合,模拟循环偏应力和循环围压耦合下的动态应力路径,开展基层和底基层粗粒土填料的一系列恒定围压和循环围压动三轴试验,探究不同动态应力路径下粗粒土路基填料轴向累积塑性应变随荷载循环作用次数的变化规律。针对已有安定状态判定准则未能准确界定永久变形行为不同阶段且未能考虑循环围压效应等不足,提出基于Savitzky-Golay滤波法的永久变形行为不同阶段划分方法,采用循环围压条件下永久变形试验结果对现有安定准则进行了改进,结果表明该新判定准则具有较好的准确性和普适性。

关键词： 玄武岩纤维   混凝土   单轴压缩   三轴压缩   BP神经网络  

摘要： 对不同玄武岩纤维体积分数(0.2%、0.4%、0.6%)和纤维长度(6、12、18 mm)条件下的玄武岩纤维混凝土(BFRC)开展单轴压缩、三轴压缩和劈裂抗拉试验,并以体积分数、纤维长度、围压和应变为输入层,应力为输出层,进行BP神经网络样本训练,建立了玄武岩纤维混凝土BP神经网络强度预测模型。研究结果表明:在混凝土中掺入一定体积分数的玄武岩纤维可以提高单轴抗压强度,最佳纤维体积分数为0.2%,此时3种纤维长度BFRC抗压强度分别提高10.06%、11.21%、23.57%;玄武岩纤维体积分数为0.2%时,BFRC劈裂抗拉强度随着玄武岩纤维长度的增加而增加,3种不同纤维长度所对应的劈裂抗拉强度分别提高了22.5%、28.1%、32.1%; BFRC的峰值应力随着围压的增加而增加,围压为5 MPa时增幅最大,且增幅与纤维含量和长度呈正相关;将70%随机试验结果为训练集得到的BP神经网络预测模型与30%随机试验测试集进行对比,结果表明BP神经网络预测模型与测试集结果较为吻合,采用BP神经网络建立BFRC强度预测模型具有一定的可行性。

关键词： MICP   微生物   黄土加固   无侧限抗压强度   SEM   XRD  

摘要： 在城市发展与基础设施建设的过程中,地基的强度与稳定性至关重要。而地处黄土高坡的山西地区存在大量的湿陷性黄土地基,在实际建设中,多采用传统的水泥、石灰和一些化学注浆材料进行土体加固,这些材料大多会造成环境污染,消耗大量的资源,不符合环保型社会的发展。而MICP加固技术是一种新型绿色环保的加固技术,在砂土地基加固中已有应用,但是尚未对黄土地基加固有所研究。为了将该技术运用到黄土加固中,本文以山西省榆次区的马兰黄土作为研究对象,研究MICP技术加固黄土的效果。通过对巴氏芽孢杆菌活化与培养,研究该微生物的生长变化规律和脲酶活性,同时探究了该菌种的最优生长环境。在此基础上,本文对比研究了微生物法与化学法两种加固方法对黄土的加固效果。主要研究内容如下:(1)对巴氏芽孢杆菌进行活化和培养。研究该菌种的生长变化和脲酶活性,发现在菌种生长进入32～48 h时,溶液中所含微生物数量最多且脲酶活性最高。(2)对巴氏芽孢杆菌生长环境进行优化。向菌液中加入氯化钙与尿素的混合溶液,通过控制温度和p H值两个变量,用所诱导生成的碳酸钙的量来表征微生物的活性。试验表明,温度为30℃时,所生成的碳酸钙最多,微生物活性最佳;而p H对微生物的活性影响不大。(3)对加固后的土样进行UCS试验。用微生物菌液拌和制作重塑土样,同时将氯化钙和碳酸钠溶液重塑土样作为对照组,设置了0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L和2.0 mol/L四个浓度梯度,研究MICP技术对黄土的加固效果。试验表明,MICP技术能够有效地提高黄土的强度,加固效果良好。加固后的土样强度随着浓度的增加呈现先升高后降低的趋势,在营养盐浓度为1.0 mol/L时,土样的强度最高,加固效果最好。(4)对加固后的土样进行SEM试验。通过观察黄土内部微观结构变化,发现利用MICP技术加固的黄土,土颗粒之间填充着大量的方解石晶体,证实了微生物诱导生成的碳酸钙沉淀填充在土体的孔隙中,将土颗粒胶结在一起,使得黄土的内部结构更加稳定,起到了加固的效果。(5)对加固后的土样进行XRD试验。试验证实经过加固后的土体中矿物成分发生变化,经微生物加固的黄土试样XRD图谱中方解石波峰峰值有所增强,说明较天然土样,方解石的含量增多。经过对矿物成分含量定量计算,发现加固后的黄土试样中方解石含量增多,并且浓度为1.0 mol/L的试样中方解石的含量最多。本文试验表明,MICP技术可以作为一种新型的黄土加固方法,该技术可以有效地提高黄土的抗压强度,改变黄土的内部结构。

关键词： 土力学   高放缓冲砌块   膨润土–砂混合物   砌块接缝   渗透性   总溶解性固体  

摘要： 高放废物地质处置库在长期运营过程中,压实膨润土砌块水化膨胀,砌块之间的接缝逐渐封闭。地下水中的盐分会限制膨润土的膨胀量,进而抑制接缝体系的自愈合程度。以高庙子膨润土为研究对象,开展渗透试验、热传导试验及微观结构试验,评估渗透溶液含盐量对混合型缓冲砌块接缝愈合效果的影响。压制圆饼状含接缝试样,接缝中充填颗粒膨润土,以甘肃北山地下水模拟溶液开展刚性壁渗透试验,随后测试接缝附近的热传导系数和微观结构,与蒸馏水试验结果进行对比分析。试验结果表明,入渗液为蒸馏水时,接缝体系的水力传导系数最小。随着入渗液总溶解性固体浓度TDS上升到10 g/L,水力传导系数持续增大超过一个数量级,即含盐量越高,对接缝体系有效愈合的抑制效应越明显。渗透试验之后,试样接缝带内部干密度有所提高,非接缝部位的干密度有所降低,证明接缝愈合是通过膨润土向接缝低应力空间膨胀实现的。与蒸馏水相比,入渗液盐分浓度的升高,试样接缝带干密度的提高幅度减小,说明盐分抑制了接缝体系的愈合潜能。随着入渗液浓度增加,热传导系数总体呈微弱的减小趋势,而且接缝带内部的热传导系数方差增大,即接缝空间的热稳定性降低。

关键词： 建筑垃圾   地质聚合物   微观结构   三轴压缩   本构模型  

摘要： 本文旨在研究碱激发粉煤灰地质聚合物与建筑拆除废弃物二者结合在工程领域再利用的潜质。通过抗压强度试验、XRD、FTIR、SEM等试验,研究了建筑垃圾土原样(C&D)、建筑垃圾土中主要单一成分混凝土(RCA)、黏土砖(CB)分别与粉煤灰(FA)不同混合比下与碱激发剂(氢氧化钠与水玻璃的混合溶液)混合料的力学特性、化学反应机理和微观结构演变过程。在前期试验的基础之上得到建筑垃圾与粉煤灰的最优掺和比,再对碱激发粉煤灰稳定建筑垃圾试样通过单轴和三轴压缩试验,分别采用不同的围压情况下,对试样的损伤演化和变形特性进行研究。针对试样在偏应力演化过程中裂纹的萌生、发展机制以及应力-应变曲线变化特点,采用应变软化损伤本构模型研究试样在三轴压缩过程中的损伤演化机制。试验结果表明:利用碱激发粉煤灰稳定建筑垃圾,使材料的无侧限抗压强度得到了大大提高,其中建筑垃圾土原样与粉煤灰以质量比60/40的比例混合,养护28天时无侧限抗压强度值达到37 MPa,远远高于水泥稳定土混合料的强度要求,满足无机结合料稳定材料作为道路基层和底基层的强度要求。化学激发作用生成的C-A-S-H和N-A-S-H(其中N=NaO、A=AlO、C=Ca O、S=Si O、H=HO)与水泥的水化产物有很多相似之处,同样具有很强的胶凝能力,进一步提高了建筑垃圾土作为路基填料的强度和稳定性,在道路工程有较好的应用前景。本试验材料内部损伤演化经历了弹性恢复、损伤开始、损伤加速、损伤变缓、完全损伤五个阶段,围压对试样的变形特性具有很大的影响。类比岩石材料的损伤演化模型,验证了该模型同样适用于对本试验材料的变形特性及损伤演化规律的描述,通过试验数据及模型参数分析,模型吻合度高,参数物理意义明确,同样具有很好的一致性。通过揭示材料的变形特性与损伤演化规律,可更好地为建筑垃圾与粉煤灰两种材料结合利用提供理论支撑。

关键词： 全固废胶凝材料   硫酸盐渍土   无侧限抗压强度   固化机理   冻融循环盐-冻胀量  

摘要： 国内外常用水泥和石灰作为盐渍土的固化剂,以改良盐渍土地基处理时面临的工程问题。然而,水泥和石灰都属于高能耗、高CO2排放量的工业产品,大量使用会造成环境污染。探索全固废胶凝材料组成的绿色盐渍土固化材料是一种新的研究思路,目前,以电石渣、粉煤灰和矿渣组成的全固废胶凝材料固化硫酸盐渍土的研究还鲜有报道。为此,本文通过击实试验、抗压强度试验、PPR建模程序和微观测试方法,研究各影响因素对全固废胶凝材料固化盐渍土击实性能和力学性能的影响规律,并从固化盐渍土试件的微观结构和水化产物等角度分析全固废胶凝材料固化盐渍土的固化机理,通过冻融循环试验,探究了冻融循环条件下固化盐渍土力学和抗盐-冻胀性能。具体如下:(1)通过单因素试验方法、正交试验方法和投影寻踪回归(PPR)建模程序,以电石渣掺量、火山灰质材料掺量、矿渣占比和硫酸盐含量作为主要影响因素,分析各影响因素对不同龄期的固化盐渍土无侧限抗压强度的影响规律,建立各影响因素与固化盐渍土 28d无侧限抗压强度间的计算模型,分析各影响因素对固化盐渍土无侧限抗压强度的影响权重排序,确定全固废胶凝材料固化盐渍土的最优配比。研究结果表明:养护龄期为28d时,各因素对固化盐渍土无侧限抗压强度影响权重按从大到小排序为:火山灰质掺量、矿渣占比、电石渣掺量、硫酸盐含量;通过PPR仿真计算,可找到固化盐渍土最大无侧限抗压强度对应的胶凝材料最优配比,避免了大量的重复性试验。(2)通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD衍射)和热重分析(TG-DTA)等微观试验,从固化盐渍土试件的微观结构、火山灰反应产物及其数量等角度,分析全固废胶凝材料体系固化盐渍土的固化机理和硫酸盐含量对固化盐渍土无侧限抗压强度变化的影响机理。研究结果表明:全固废胶凝材料固化硫酸盐渍土的固化机理可以概括为两个部分:一是全固废胶凝材料自身的火山灰反应,二是钙矾石对试件孔隙的填充作用;硫酸盐含量对全固废胶凝材料固化盐渍土抗压强度的影响机理为:当硫酸盐含量较低时(低于1.8%),全固废胶凝料与硫酸盐反应生成钙矾石填充了试件内的孔隙,致使固化土抗压强度增大。但当硫酸盐含量较高时(高于1.8%),生成的钙矾石体积产生膨胀,致使胶结土颗粒的结构出现裂隙,造成固化盐渍土试件无侧限抗压强度降低。(3)通过单向补水冻融循环试验方法和冻融循环降温试验方法对固化盐渍土试件进行冻融循环试验,分析冻融循环次数及胶凝材料配比对固化盐渍土力学性能和抗盐-冻胀性能的影响。研究结果表明:全固废胶凝材料能显著提高冻融循环条件下硫酸盐渍土的力学性能和抗盐-冻胀性能;养护相同龄期时,固化盐渍土的无侧限抗压强度越高,试件抗冻融循环性能越好。

关键词： 硅粉   玄武岩纤维   聚丙烯纤维   力学性能   抗硫酸盐侵蚀  

摘要： 混凝土是土木工程施工中经常使用的材料,也是全世界最重要的建筑材料,广泛应用于各种民用和军用建筑物。混凝土作为一种脆性材料,具有抗拉强度低,抗裂性较弱等缺点。在混凝土中添加纤维可以有效地提高劈拉和抗折强度,可以增加韧性。由于硅粉具有填充效应和火山灰效应,在混凝土中掺入硅粉可以明显改善混凝土的力学性能和抗硫酸盐侵蚀性能。本试验采用硅粉、玄武岩纤维和聚丙烯纤维作为混凝土增强材料,首先研究单掺硅粉和单掺纤维对混凝土力学性能的影响。然后结合硅粉的最佳掺量,研究不同配合比硅粉/玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土的力学性能。最后通过测试单掺硅粉混凝土、单掺玄武岩纤维混凝土、单掺聚丙烯纤维混凝土以及硅粉/玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土的质量腐蚀系数、强度腐蚀系数,研究单掺硅粉、单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯纤维以及三者混掺对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结论如下:(1)测试了掺量为4%、6%、8%、10%、12%单掺硅粉混凝土的力学性能。通过数据可知,当硅粉掺量为8%时,抗压强度、轴心抗压强度、劈拉强度以及抗折强度均为最大值;分析了掺量为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%玄武岩纤维混凝土,纤维掺量0.15%时,立方体抗压强度最大,纤维掺量0.20%时,劈拉和抗折强度为最大值;分析了掺量为0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%的聚丙烯纤维混凝土,当纤维掺量为0.30%时,抗压强度最大,当纤维掺量为0.50%时,劈拉和抗折强度为最大值。(2)通过抗压、劈拉和抗折强度测试,研究了在最佳硅粉掺量下,不同纤维掺量对硅粉/玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土基本力学性能的影响,当硅粉掺量8%、玄武岩纤维掺量为0.05%、聚丙烯纤维掺量为0.50%时,混凝土抗压强度最大,为73.68MPa,当硅粉掺量8%、玄武岩纤维掺量为0.15%、聚丙烯纤维掺量为0.50%时,混凝土的劈拉和抗折强度最大,分别为5.13MPa和8.02MPa,硅粉/玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土强度均提升明显,且强度远高于普通混凝土和单掺纤维混凝土。(3)通过测试质量腐蚀系数、强度腐蚀系数对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行了研究。结果表明,硅粉和纤维的掺入大幅提高了混凝土耐硫酸盐腐蚀性能;对比了7d和28d龄期不同配合比的混凝土试块,当硅粉掺量8%、玄武岩纤维掺量0.15%、聚丙烯纤维掺量0.50%时,质量损失、抗压强度损失和劈拉强度损失均最小,试块的抗硫酸盐侵蚀性能最强。本文对硅粉/玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土进行了力学性能和抗硫酸盐侵蚀性能测试,通过测试混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度以及质量腐蚀系数和强度腐蚀系数,研究硅粉、玄武岩纤维以及聚丙烯纤维在混凝土中协同作用。

关键词： 土力学   岩土隔震   玻璃珠–砂垫层   振动台试验   叠层剪切箱   砌体结构  

摘要： 为了保护农村房屋免受地震破坏,提出一种基于玻璃珠–砂垫层的岩土隔震系统(简称GSI-GBSC),即在结构基础与地基土之间回填玻璃珠–砂垫层材料进行隔震。对有、无隔震系统的单层砌体结构模型开展考虑场地的大比例振动台模型试验,单层砌体结构模型缩尺比例为1/4。选取1940年记录到的El-Centro波南北分量作为输入波,输入加速度幅值分别为0.1 g,0.2 g,0.4 g。试验结果表明:在小震时,GSI-GBSC系统的隔震效果不明显,随着地震量级的增大隔震效果也随之增强;在输入加速度幅值为0.4 g时,GSI-GBSC系统使结构的屋面板加速度反应以及层间位移反应分别减小了50%和47.5%;即该隔震系统可以显著减少上部结构的地震反应,实现隔震的目的。

摘要： 《岩土力学》是中国科学院武汉岩土力学研究所主办的综合性岩土力学与工程学术期刊。为全国中文核心期刊,中国科学引文数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国科技论文统计源期刊,《中国期刊网》、《中国学术期刊（光盘版）》全文收录,也是国际三大检索系统之一的美国《工程索引》（EI compendex）文摘收录期刊（光盘版）。1.办刊宗旨及内容（1）本刊旨在开展学术与经验交流,促进岩土力学学科的发展,繁荣我国岩土力学和岩土工程事业,为国民经济建设服务。（2）本刊主要报道岩土力学与工程科研和工程实践的最新成果,主要内容有岩土力学、岩土工程、数值模拟、测试技术与测试方法、综述、讨论、信息、学术与工程动态、学术讲座等。（3）本刊读者对象是勘察、设计、施工、科研单位的科技人员、工程技术人员以及大专院校相关专业师生。

关键词： 橡胶混凝土   钢纤维   聚丙烯纤维   玄武岩纤维   力学性能   微观结构  

摘要： 将废弃橡胶颗粒掺入混凝土中制备橡胶混凝土（RC）,有效利用废旧轮胎,降低环境污染,还可显著提高混凝土韧性、抗裂性和塑性。由于将橡胶掺入混凝土中导致其强度降低,不利于大规模推广应用,所以有学者提出将纤维掺入到橡胶混凝土中,制成纤维橡胶混凝土,发挥纤维对橡胶混凝土的增强作用,以提高橡胶混凝土的力学强度。本文着力探究不同纤维、不同掺量条件下纤维橡胶混凝土的力学性能,主要内容如下:将粒径20目,掺量5%的橡胶颗粒掺入C30混凝土中制成基准配比橡胶混凝土,在该基准上分别掺入不同体积率的钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维,得到三种纤维橡胶混凝土:钢纤维橡胶混凝土（SFRC）,体积率分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%;聚丙烯纤维橡胶混凝土（PFRC）,体积率分别为0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%;玄武岩纤维橡胶混凝土（BFRC）,体积率分别为 0.06%、0.12%、0.18%、0.24%、0.3%、0.36%。共计 18 组不同纤维及其体积率的纤维橡胶混凝土,分别测试各组混凝土试件的立方体抗压强度、劈裂抗裂强度、抗折强度,揭示纤维对橡胶混凝土力学性能试验的影响,最终得到效果最佳的纤维橡胶混凝土配合比。通过测试三种纤维橡胶混凝土力学性能,比较三种纤维橡胶混凝土在不同纤维掺量下试块的破坏过程及破坏形态,试验结果表明:纤维掺入橡胶混凝土能明显改善其破坏形态,保持较好的完整性;随纤维掺量增加,橡胶混凝土力学性能均呈现先上升后降低趋势。借助电镜扫描（SEM）和能谱分析（EDS）进行微观试验,结果表明纤维掺入橡胶混凝土能够与混凝土基体共同作用且紧密连接,混凝土试件内部没有出现明显裂缝,同时纤维表面附着水泥水化产物使得纤维和水泥基体包裹紧实,粘结性好,有利于提升材料的力学性能。综合三种纤维橡胶混凝土宏观层面和微观层面考虑,得出聚丙烯纤维橡胶混凝土各项性能最佳。