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关键词： 土力学   膨润土   蒙脱石   碱溶液   溶解   X射线衍射   扫描电镜  

摘要： 高放废物地下处置库中,地下水腐蚀衬砌混凝土析出的强碱性溶液,会扩散进入膨润土缓冲屏障内部,引起屏障性能的退化。设计专门的扩散试验单元,模拟KOH强碱性溶液在压实高庙子膨润土试样内部的扩散过程,研究辐射升温条件下膨润土中蒙脱石矿物含量及微结构变化,为我国高庙子膨润土缓冲屏障长期性能评价提供依据。设计24组正交试验,对初始干密度为1.80 g/cm3的压实膨润土开展KOH扩散试验,工况组合条件为:pH值为12.6,13.0和13.5,环境温度T为30℃和60℃,反应时间t为7,14,21和28 d。扩散试验终结之后对试样开展X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)试验。试验结果证实,高庙子膨润土中蒙脱石矿物溶解损失,与溶液pH值和试验温度的升高成正相关关系,显著溶解发生在接触带2 mm以内,最严重的情形下蒙脱石含量从初始的44.4%减少到25.9%。蒙脱石矿物的溶失可能与蒙脱石水化产生的羽翼状胶体的溶解有关。碱溶液对膨润土结构的损伤程度随扩散深度减缓,表观孔隙率逐渐降低。接触界面上肉眼观察到腐蚀裂隙;接触带0～4 mm范围内,膨润土团聚体结构遭受一定的破坏;大于4mm的范围,微结构形态基本保持不变。关于高庙子膨润土缓冲屏障长期性能的化学演化,今后应关注溶液化学性质、水力条件及固液反应时间等因素的影响。

关键词： 红砖砂   内养护   自密实混凝土   收缩   氯离子渗透  

摘要： 自密实混凝土具有普通混凝土无法比拟的优势,即无需振捣便可自动流平,使得自密实混凝土在近年来获得了大量的研究与实际工程应用。但自密实混凝土比普通混凝土相比,由于添加了大量矿物掺合料与高效减水剂,因此内部湿度在早期下降较快,从而会产生更高的收缩值,引起开裂。而经过研究,内养护可有效解决这一问题。如果将红砖砂内养护普通混凝土,经过振捣,可能会导致混凝土离析或红砖砂上浮,但将红砖砂作为内养护材料应用于自密实混凝土则不会出现这样的问题.而且废弃红砖作为一种建筑垃圾,来源广泛,成本低廉,这种废弃物再利用的方式符合绿色建筑的理念。本文的实验内容主要包括红砖砂自身性质的研究以及红砖砂部分取代河砂对自密实混凝土的各项性能影响。本文采取不同粒径的红砖砂,在不同的取代比例下利用红砖砂对自密实混凝土进行内养护,主要研究成果如下:1.研究了红砖砂表观密度等基本物理指标,对红砖砂吸水释水规律进行了研究分析,证实红砖砂可以作为一种内养护材料。研究了饱水红砖砂取代河砂对自密实砂浆屈服应力与塑性粘度的影响,结果表明红砖砂自身粗糙的表面会导致砂浆屈服应力与塑性粘度均呈现上升趋势。同时饱水红砖砂的取代会降低新拌自密实混凝土的坍落扩展度。2.研究了红砖砂对自密实混凝土收缩性能与抗压强度的影响。随着红砖砂取代河砂比例的增加,自密实混凝土的自收缩与干燥收缩均呈现下降的趋势。红砖砂对自密实混凝土前7d强度影响不大,对于后期强度随着红砖砂取代量的增加而降低。且小颗粒的红砖砂自密实混凝土后期强度大于同等取代比例的大颗粒自密实混泥土强度。3.研究了红砖砂对自密实混凝土耐久性的影响。对于抗碳化性能,56d碳化深度与红砖砂取代比例成正相关关系。且碳化深度与红砖砂粒径关系不大,同等取代比例下,大小颗粒红砖砂碳化深度基本相同。对于抗氯离子渗透性能,氯离子渗透系数与红砖砂取代比例成正相关。且小颗粒红砖砂的取代对氯离子渗透系数的影响稍小,同等取代比例下。小颗粒的红砖砂氯离子渗透系数稍低。以上结论,验证了红砖砂作为自密实混凝土的内养护材料在限定取代比例下是可行的,对于自密实混凝土的各性能影响有限。

关键词： 土力学   水泥土   软弱夹层   细观特性   损伤本构模型  

摘要： 为探究软弱夹层厚度比对水泥土试样单轴压缩力学参数和破坏模式的影响规律,借鉴含单夹层盐岩的制样方法制备含不同软弱夹层厚度比的单夹层水泥土试样,进行室温和冻结状态下的单轴压缩试验。在室内试验研究的基础上采用PFC2D对水泥土单轴压缩进行模拟,分析试样受荷后的细观力学响应机制。最后建立软弱夹层与荷载耦合作用下水泥土单轴压缩损伤本构模型,探讨软弱夹层厚度比对试样损伤变量演化的影响。研究结果表明:(1)室温和冻结状态下水泥土试样单轴抗压强度和弹性模量均随着软弱夹层厚度比的增加呈负指数规律衰减;破坏应变随软弱夹层厚度比增加呈抛物线变化规律。(2) PFC2D模拟得到的不同软弱夹层厚度比的水泥土试样单轴压缩力学参数以及破裂模式与室内试验结果比较吻合,数值模拟和室内试验均表明软弱夹层厚度对试样破坏模式影响较大。(3)软弱夹层与荷载耦合作用损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下含软弱夹层水泥土试样在单轴压缩荷载下的应力–应变关系,软弱夹层的存在使试样变形过程中损伤程度差异明显。软弱夹层厚度比越大,在很小的轴向应变时试样总损伤变量就达到很大值,试样很快就出现破坏。

关键词： 岩土工程   岩土力学参数   空间变异性   随机反演   后验概率分布   贝叶斯更新  

摘要： 现场和室内试验数据通常非常有限,基于有限数据难以确定岩土力学参数统计特征。随机反演方法可为有限数据条件下岩土力学参数统计特征及概率分布推断提供一条有效的途径。发展3种可解释岩土力学参数空间变异性的参数随机反演方法(DREAM((zs))、BUS和aBUS),并从随机样本产生方式、收敛判据、模型证据和后验失效概率计算等方面对这3种方法的基本原理进行比较。最后,通过2个边坡案例对这3种方法的收敛性、计算精度和效率等进行了系统比较,进而总结了针对不同岩土力学参数随机反演问题应优先推荐使用的方法。结果表明:DREAM((zs))方法对于低维问题计算精度和效率高。BUS方法在子集模拟运算之前需要提前确定似然函数乘子取值,适合分析考虑参数空间变异性和似然函数计算量较大的高维问题。aBUS方法不依赖于似然函数乘子取值,并且计算精度较高,适合求解考虑参数空间变异性和似然函数计算量相对较小的高维问题,但是该方法需要耗费一定的计算量来定量地判断计算是否收敛。

关键词： 再生骨料混凝土   生活垃圾焚烧底灰   力学性能   再生骨料预处理   替代天然粗骨料  

摘要： 随着城市化的不断发展,城市中生活垃圾产量的逐年增加和公众环保意识的不断加强,使得用垃圾填埋的方式处理城市生活垃圾的方法被慢慢摒弃,生活垃圾焚烧发电技术成为越来越多城市垃圾处理的主要方法。而生活垃圾焚烧底灰作为垃圾焚烧后的必然副产物也将急剧增长,这将带来一系列环境问题。本文采用水泥净浆裹浆处理的方法对垃圾焚烧底灰进行预处理,使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)来研究垃圾焚烧底灰处理后内部物理性质、化学成分和微观结构的变化,从宏观力学和微观结构两个方面探究混凝土强度变化机理。同时通过城市生活垃圾焚烧底灰以不同比例替代天然骨料,得出生活垃圾焚烧底灰既满足力学性能有具有环保价值的最佳替代率,为生活垃圾焚烧底灰在建筑行业中的进一步应用提供理论基础。本研究所得的主要结论如下:(1)微观分析表明,底灰颗粒表面不仅粗糙、多坑洞,还存在许多微型孔洞,同时晶体搭接较松散,晶体间间隙较大。多孔的微观特性决定了底灰材料表观密度较小、吸水率和孔隙率较高、自身强度较低等物理性能。(2)经过水泥净浆裹浆处理后,裹浆后的垃圾焚烧底灰试样表面众多坑洞和微观孔洞被水泥浆填充,使得底灰表面更加平整,同时处理后底灰结构更加致密,使得生活垃圾焚烧底灰的物理性能得到明显改善。试验表明当水泥水灰比为0.4时,底灰拥有最佳的物理及力学性能,因此采用水灰比为0.4的水泥净浆进行底灰的裹浆处理。(3)混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度,随着混凝土再生骨料替换率的增加,出现总体下降的趋势。处理后的焚烧底灰制备的再生混凝土力学性能得到较大的改善,在兼顾力学性能和环保要求的基础上,最终得出使用处理后生活垃圾焚烧底灰替代天然粗骨料的最佳替代率应是75%。处理后底灰75%替换天然骨料时拥有更好的力学性能和社会效益,既极大地回收利用了垃圾焚烧底灰的同时,还保留了良好的力学性能。(4)截面分析发现,垃圾焚烧底灰制备再生骨料混凝强度低的原因是底灰自身强度不足,界面过度区不是再生混凝土的最薄弱环节。而通过裹浆处理后的垃圾焚烧底灰有效提高了底灰强度,从而使得再生混凝土的力学性能得到改善。(5)生活垃圾焚烧底灰制备再生混凝土浸出毒性指标符合国家规范,但底灰骨料经过裹浆处理后可以进一步降低重金属对环境的影响,使得垃圾焚烧底灰再生混凝土成为更加环境友好的建筑材料。

关键词： 气泡混合轻质土   高延性水泥基复合材料   玄武岩纤维   荷载-位移曲线   抗压强度  

摘要： 隧道在使用过程中,受到周围环境影响,围岩压力发生较大变化,对隧道安全使用产生不利影响,因此考虑在衬砌与围岩之间加入保护层抵消围岩压力的变化。近年来,气泡混合轻质土在工程建设中得到了越来越广泛的应用,气泡混合轻质土具有抗压强度低、孔隙率高等特点,在压缩过程中能吸收掉大量来自围岩压力改变产生的能量。将气泡混合轻质土作为保护层材料,新型气泡混合轻质土具有一定的抗压强度（6MPa～9MPa）和变形量（>25%）。气泡混合轻质土中加入少量纤维,改变气泡混合轻质土力学性能,使弯曲韧性、延性有较大的提升。研究内容如下所示。1)发泡剂性能的研究研究了动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂、AOS发泡剂这三种发泡剂在不同浓度下产生的泡沫气泡群密度、1h泌水量、1h沉降距、3h泌水量、3h沉降距等泡沫性能。在动物蛋白发泡剂中加入少量的AOS发泡剂、植物蛋白发泡剂,研究复配发泡剂泡沫气泡群密度、1h泌水量、1h沉降距、3h泌水量、3h沉降距等泡沫性能。综合考虑,选用浓度为10%的100g动物蛋白发泡剂+5g植物蛋白发泡剂。2)高延性水泥基复合材料基复合材料力学性能研究研究高延性水泥基复合材料与普通硅酸盐水泥3d、28d的抗折强度、抗压强度、脆性系数、弯曲韧性和28d抗压荷载-位移曲线。得出的结论为高延性水泥基复合材料抗折强度、延性、塑性较好,可以作为气泡混合轻质土的水泥材料。3)泡沫掺量、水灰比对气泡混合轻质土力学性能的影响研究不同的泡沫掺量、水灰比对气泡混合轻质土在3d、7d、14d、28d的抗折强度、抗压强度、脆性系数、弯曲韧性、抗压弹性模量的影响,确定最佳泡沫掺量和水灰比。根据最佳泡沫掺量和水灰比,制作高延性水泥基复合材料气泡混合轻质土、普通硅酸盐水泥气泡混合轻质土的抗压试块,研究其28d抗压荷载-位移曲线。确定了泡沫的最佳掺量为513L/m3,最佳水灰比为0.3。4)纤维掺量对高延性水泥基复合材料气泡混合轻质土力学性能的影响研究不同的玄武岩纤维掺量对气泡混合轻质土抗折强度、抗压强度、脆性系数、弯曲韧性、抗压弹性模量的影响,确定最佳纤维掺量。根据最佳纤维掺量,制作高延性水泥基复合材料气泡混合轻质土、普通硅酸盐水泥纤维气泡混合轻质土（纤维掺量0.5%）、高延性水泥基复合材料纤维气泡混合轻质土（纤维掺量0.5%）抗压试块,研究其28d抗压荷载-位移曲线。确定了纤维的最佳体积掺量为0.5%。

关键词： 冻融循环   木质素   改良土   宏观力学   微观结构  

摘要： 季冻区道路路面每年新增的各种问题,多数都是路基问题,而怎么样处理这些路基问题成为我国东北部地区道路工程建设的中需要面临的技术性难题。而此前的无机改良剂虽能加强季冻区路基土的抗冻性能,但对环境污染较大,不利于环保。因此寻找一种经济、有效、环保的路基改良方法是我国目前急需解决的重大问题。根据国内外有关研究显示:把木质素作为改良剂掺入土体中,可以增加土体的水稳定性、抗侵蚀性和抗冻性。木质素作为工业产物在我国有着巨大的产量,但由于一直没有找到合理利用木质素的方法,因此木质素一直被当作废物被排入河中,虽然木质素无毒害,但其水溶液有较大气味,既浪费又影响排污处周围人的感受。本文探索了季冻区木质素改良土的工程性质与抗冻性问题,通过研究冻融循环作用下木质素改良土(本文选用粉土与粉土质砂作为素土分别用木质素加以改良)强度与微观结构变化规律,阐述木质素改良土微观机制,在上述研究基础上修筑试验路,验证木质素改良季冻土路基应用效果,从而为木质素改良土在季冻区道路工程中的应用提供理论依据与技术支撑,进而实现工程安全与生态环境的可持续发展。成果如下:1、通过重型击实试验得到粉土的最大干密度为2.05g/cm3,最佳含水率为7.7%;粉土质砂(SM)的最大干密度为1.97g/cm3,最优含水率为10.65%。2、粉土的比重为2.66;粉土质砂的比重为2.63。木质素对两种素土的影响较为明显。3、根据颗粒分析试验结果得知随着木质素磺酸钠掺量的增加,两种土中的黏粒含量均逐渐上升,砂粒和粉粒变化则无明显规律。4、未经过冻融循环前,木质素掺入土体后,两种土均表现为电阻率提高;分别经过3次、7次冻融循环后,两种素土的电阻率均降低。5、木质素磺酸钠掺入土体中后,土体PH提高,两种改良土的PH值随着木质素掺量的增加先增大后趋于平缓。其中木钠的PH为10.29,粉土的PH为8.95,粉土质砂的PH为7.51。6、两种土中木质素掺量为3%～6%时有较好的抗冻性,处于经济等方面因素综合考虑两种土推荐掺量均为3%。7、两种素土的动态回弹模量均随着循环偏应力的增大有减小的趋势。且围压越大土体的动态回弹模量值越大。木质素的掺加可以有效增强土体的抗冰冻稳定性。8、微观结构分析表明两种素土在掺入木质素前土颗粒均较为松散,掺入木质素后土颗粒间出现胶结物质,团聚体增多。随着冻融次数的增加,素土及木质素改良土土体结构均受到融冻破坏的影响,但木质素改良土颗粒间孔隙均匀,结构紧密。9、掺入木质素后两种改良土的面孔隙度出现明显的下降,孔隙改良效果较好。木质素改良土具有较好的水稳定性及冰冻稳定性。10、四种土的横竖向结构因子、平均结构因子、平均形状因子均随着冻融次数的增加而降低,但其各向异性变化无明显规律。四种土的冻胀率均与面孔隙度有关联,与平均结构因子无关;而动回弹模量则于面孔隙度无关,与平均结构因子有关联土的微观结构在某种程度上影响着其宏观性质的表达。

关键词： 再生混凝土   SAP   抗压强度   水化进程  

摘要： 高吸水树脂(Super Aborsbent Polymer,简称SAP)是一种常用的混凝土内养护材料,现有研究认为SAP能够通过提高水化程度对混凝土的界面有很大的改善作用。再生混凝土的各项性能明显低于普通混凝土,主要是由于再生骨料的多重界面,再生骨料的界面情况是再生混凝土的薄弱区域,因此我们可以引入SAP来进行内养护。在再生混凝土内部湿度降低时,及时释放出水分,通过提高新水泥浆的二次水化的方法来提高新界面区域的粘结程度,从而改善再生骨料的界面。将SAP加入到再生混凝土中是一项重要的探索,此项研究工作存在许多空白之处,本课题的研究工作主要从添加SAP后的再生混凝土的重要力学性能入手,结合微观试验分析,揭示SAP对再生混凝土内养护的影响与相关机理。所作的工作和结论如下:(1)进行了坍落度测试,通过反复试配确定出了适用于不同水胶比、不同SAP掺量和粒径下SAP再生混凝土的减水剂用量,并总结出SAP再生混凝土的搅拌流程。(2)采用了正交试验对SAP再生混凝土的抗压强度进行了测试,并采用极差和正交试验层次分析等分析方法分析了水胶比、SAP掺量和粒径对抗压强度的影响规律。结果表明:抗压强度随着水胶比的增大而不断减小,随着SAP掺量的增大不断降低,随着SAP粒径的减小而不断减小;SAP再生混凝土抗压强度影响的主次顺序为:水胶比>掺量>粒径。所以推荐水胶比为0.3,SAP掺量为0.1%,粒径大小为30-50目;掺加SAP的再生混凝土早期强度降低较大,但是由于SAP的二次水化作用,会在一定程度上提高28d龄期下的抗压强度。(3)采用了SEM、XRD和TG-DSC等微观试验对SAP再生混凝土的微观形貌和水化机理进行了分析。研究结果表明:SAP的掺入会在浆体中引入一些几百微米不规则的孔洞,且孔洞内部和周围的钙矾石生长旺盛,孔洞内部钙矾石的生长具有一定的向心性;SAP的释水提高了水泥熟料颗粒的水化程度,水化效果要好于未掺加SAP的试样;高掺量的SAP会在早期吸收水分,影响水泥的水化程度,在后期释水会促进水泥的二次水化,且高掺量的SAP对养护后期的水泥水化的促进作用不能弥补孔洞对其留下的负面影响;掺加小粒径的SAP的在各个养护龄期水化程度相对更高,但是强度较低,可能是因为小粒径SAP分布范围广,增大了孔隙率的数量;水胶比越低,掺加SAP对水泥水化的促进作用越好。因此SAP在再生混凝土中的使用原则为:低水胶比、低掺量、大粒径。

关键词： 沥青混凝土心墙坝   水工沥青混凝土   力学性能   应力变形  

摘要： 沥青混凝土心墙坝作为土石坝的主要坝型之一，主要由起支撑作用的坝壳堆石料和起防渗作用的沥青混凝土心墙组成。沥青混凝土心墙具有较强的适应变形能力以及抗冲刷、抗老化的能力，且心墙无需设置结构缝，因此，成为了目前许多土石坝工程首选防渗体之一。随着沥青混凝土心墙坝的广泛发展，越来越多的百米级沥青混凝土心墙坝被成功修建，因此，对于其水工性能试验、变形特性及结构基本理论的研究显得十分迫切。　　本文以纸厂河水库心墙坝实际工程为研究对象，进行不同试验条件（包括不同沥青含量、不同试验温度、不同围压）下的沥青混凝土三轴试验数据，分析沥青混凝土材料应力-应变曲线随试验温度和沥青含量的变化规律。进而，根据沥青混凝土三轴试验数据及邓肯-张E-B模型的理论求解方法，求得邓肯-张E-B模型的七大参数。利用灰色系统理论的灰色关联分析法，计算灰色关联度，并确定沥青混凝土模型参数的影响因素与7大参数之间的相互关联程度，得到了各因素影响下参数的优劣排序。进而使用求得的邓肯-张模型参数，利用大型商业有限元软件ABAQUS对沥青混凝土心墙坝坝体和心墙的应力变形进行三维有限元计算，获得沥青混凝土心墙坝坝体和心墙在竣工期和蓄水期的应力变形结果，即坝体在两种工况下的竖向位移和水平位移位移值均较小，且最大沉降满足规范不超过1%的要求，但在蓄水后心墙上游面有小范围的应力水平大于1.0的情况出现，主要是由蓄水后的上游水压力所导致，对坝体安全影响不大;对于心墙，心墙的水平和数值位移数值也较小，都在安全范围内，中间部位的应力水平不超过0.5MPa，在两岸岸坡附近应力水平较大，而在心墙底部与混凝土基座接触部位，出现小范围应力水平大于1的情况。从心墙竣工期和蓄水期的应力分布图可知：由于心墙过渡料具有拱效应，使心墙的垂直应力明显变小。根据计算结果对整个工程进行安全判定，得出该工程沥青混凝土心墙坝发生水力劈裂的可能性极小，且坝体的应力变形满足规范设计要求，故判断坝体设计是安全的。　　本文从沥青混凝土三轴试验和心墙坝数值模型分析两个方面进行阐述，为沥青混凝土心墙坝的材料力学特性研究和心墙结构的应力变形分析奠定了一定的理论基础，且所获得的试验数据和数值计算结果对类似工程技术设计也可以提供参考价值。