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关键词： 土力学   分级真空预压   间歇电渗   扫描电镜   微观结构  

摘要： 为解决真空预压联合电渗法中的排水板淤堵及电渗能耗大的问题,提出分级真空预压联合间歇电渗法。通过4组室内模型试验,对土体加固过程中的排水量、土表沉降量进行监测,并评估试验后的土体加固效果,探究分级真空预压联合间歇电渗法对于真空预压联合电渗法在土体加固和淤堵效应方面的改进效果。此外,借助扫描电镜获得土体微观结构图片,并通过图像处理软件分析真空预压联合电渗法和分级真空预压联合间歇电渗法处理后土体孔隙特征的变化。试验结果表明:分级真空预压联合间歇电渗法中,分级施加真空压力的方式能缓解排水板淤堵;且间歇通电的方式能减小阳极腐蚀,增大土体电流来促进土体排水。与常规真空预压联合电渗法相比,分级真空预压联合间歇电渗法的排水量和十字板剪切强度分别增加13.2%和19.2%,土体含水率减小13.7%,改善效果十分显著。分级真空预压联合间歇电渗法处理后土体的表观孔隙率、孔隙数和平均孔隙面积更大,土体排水通道畅通有助于排水,且土体孔隙排列更有序,孔隙形态更复杂。

关键词： 黄土   木质素   水稳性   动弹性模量   阻尼比   微观结构  

摘要： 黄土是一种普遍具有架空孔隙、弱胶结和富含可溶盐的特殊松散沉积物,在外力作用下具有较强的灾变风险,黄土力学性质改良是黄土地区地基路基处理、隧道防护和边坡治理的一种重要途径。本文以具有良好粘结性、螯合性、抗腐蚀性和环保性的木质素为改良材料,以改良黄土的力学特性与加固机理为研究目标,基于物理力学试验和微细观特征试验,研究了木质素改良黄土的基本物理性质、抗压强度、抗剪强度、动模量、阻尼比、动残余应变和微细观结构特征。主要研究成果:(1)揭示了木质素掺量对改良黄土基本物理性质的影响。随着木质素掺量的增加,比重和塑性指数明显下降,黏粒含量和砂粒含量增大,而粉粒含量逐渐减少。改良黄土的水稳性得到明显改善,木质素掺量为1%-2%时达到最优。相同基质吸力下,掺量1%-2%的改良黄土具有较好的持水能力。(2)研究了改良黄土抗压强度和抗剪强度随木质素掺量的变化规律。改良黄土的无侧限抗压强度随着木质素掺量的增加均呈现出先增加后减小的趋势,且随着养护龄期的增加而逐渐增加。养护龄期28d、木质素掺量1%的改良黄土抗压强度明显大于其他养护龄期和掺量下的改良黄土。在各围压下掺量为1%的木质素改良黄土抗剪强度最大。粘聚力对木质素改良黄土抗剪强度起主要作用,而内摩擦角影响较小。(3)系统分析了木质素改良黄土的动力特性,提出木质素改良黄土的抗震最优配比。木质素掺量为1%时,改良黄土的最大动弹性模量达到最大,阻尼比最小,动残余应变增幅最为缓慢,表现出最佳的动刚度特性和抗震陷性。(4)探讨了木质素改良黄土的加固机理。木质素可对黄土孔隙进行有效填充并增强土颗粒间的胶结强度,使其结构类型从镶嵌孔隙结构逐渐转化为凝块状胶结结构。改良黄土孔隙率和平均孔隙面积显著减小,而主要矿物成分未发生变化。木质素改良黄土的加固机理包括木质素的填隙作用、胶结作用、网状结构加固作用和矿物强化作用等。

关键词： 压实黄土   结构性   干湿循环   力学特性   本构关系  

摘要： 黄土高原沟壑纵横,填方工程量很大。黄土作为填方应用最广泛的材料,在最优含水率条件下充分压实（夯实）后其强度显著提高,湿陷性降低。由于施工现场条件限制,土在压实时其含水率变化范围往往很大,由此导致的土体结构性及工程性质变化还难以控制。大范围填方工程存在压实度未达到设计要求,再加上降雨入渗和蒸发引起土体受干湿循环的影响,填方工程病害较多,在填方场地浅层工程多发。因此,有必要研究考虑各种不利因素影响的填方土体的工程性质。基于此,本文考虑结构性及干湿循环影响就填方黄土的力学特性开展研究工作。通过土-水特征曲线试验、三轴剪切试验和动三轴试验,研究了不同制样含水率引起的结构性变化对压实黄土土-水特征曲线和力学特性的影响。结果表明:不同制样含水率所导致的结构性差异对压实黄土的土-水特征曲线有显著影响;结构性使压实黄土的力学特性表现出明显的差异性;基于不同结构性压实黄土力学特性定义的三轴剪切结构性参数mεr和动结构性参数mdr反映了压实时黄土含水率不同导致的结构性差异。通过扫描电镜试验研究了不同制样含水率和不同干湿循环条件下压实黄土的微观结构演化特征。在制样含水率相同条件下,随着干密度的减小,压实黄土的孔隙结构由小、微孔隙向大、中孔隙演化。在干密度相同条件下,随着制样含水率的增大,孔隙结构由大、中孔隙向中、小孔隙再到大、中孔隙演化。干湿循环作用下压实黄土中的一些大、中孔隙逐渐向中、小孔隙演化;土颗粒棱边、棱角逐渐减少;干湿循环过程中压实黄土结构损伤和结构压实强化同时发生,临界干湿循环次数是压实黄土整体结构损伤和整体结构压实强化的界限。随着干湿循环次数的增加,压实黄土的三轴剪切强度逐渐减小,再逐渐缓慢增大,最终趋于稳定。临界干湿循环次数nc是强度指标减小和强度指标逐渐增大的分界;建立的分段函数能较好反映强度指标的劣化过程和劣化规律。定义了最劣含水率来评价压实黄土的强度劣化程度,提出了应根据干湿循环作用下土的三轴剪切强度趋于的稳定值来评价填方土体长期运营中的强度问题。干湿循环过程中裂隙的发育是压实黄土强度劣化的主要原因,干缩导致的密实度提高是其强度缓慢增大的主要原因。基于土动三轴试验,研究了干湿循环作用下压实黄土动力特性的变化规律。结果表明:干湿循环作用下压实黄土的动应力-动应变关系符合双曲线模型;动剪切模量随干湿循环次数的增大逐渐减小;阻尼比λ随动应变εd的增大在半对数坐标中呈线性增大;动强度随干湿循环次数的增加先减小再逐渐增大,受干湿循环幅度影响明显。在分析干湿循环作用下压实黄土三轴剪切应力-应变关系和动应力-动应变关系的基础上,定义了干湿循环三轴剪切结构性参数和干湿循环动结构性参数,并验证了其合理性;建立了干湿循环三轴剪切结构性本构关系和干湿循环结构性动本构关系。不同干湿循环条件下利用建立的本构关系得到的计算值和试验值较为一致。进一步利用本文结构性本构关系及参数,对黄土填方工程实例进行了计算分析,揭示出干湿循环影响下填方地基的最终变形量是不考虑干湿循环影响时的两倍左右。

关键词： 花岗岩残积土   持水特性   三轴试验   抗剪强度   弹塑性模型   本构关系  

摘要： 花岗岩残积土常见于我国广东、福建等地,在工程建设中时常碰见。因为在施工过程中对残积土各项性质了解不充分,导致出现施工偏差,支护设计错漏,预防准备不足,路堑滑坡、基坑坍塌、不均匀沉降等问题,造成了较大的经济、财产损失,甚至出现人员伤亡事故。因此,本文以广东德庆地区风化花岗岩残积土原状样为试验材料,开展残积土土样饱和-非饱和情况下的力学特性试验。对其持水特性、抗剪强度、本构关系开展研究,并为实际工程建设提供一定的参考价值。本文系统开展了含水率、粒径分析、矿物成分分析等试验,不难发现:肇庆地区的花岗岩残积土在天然状态下含水率为21.39%,组成的主要矿物成分为高岭石和石英。通过粒径分析试验测出土样的粒径分布后,认为可以将其定义为砂质黏性土。非饱和土的干湿循环试验结果表明:原状土在脱湿过程中体积含水率随着基质吸力的增大而不断增大。土-水特征曲线呈现典型的三段式分布,即边界效应区、过渡区、残余区。残积土的进气值为40 k Pa,残余含水率为6.12%;干湿循环过程中,残积土的特征曲线滞回现象明显;并且干湿循环对于试样的持水性有着较大的影响,在完成首次脱湿-增湿过程后,试样在基质吸力重新回到0 k Pa时,体积含水率相较初始状态大幅下降。本文在土-水特征曲线的相关拟合参数的基础上,完成了残积土相对渗透系数的拟合。发现不论是脱湿过程还是增湿过程,土样的相对渗透系数的变化趋势是高度一致的,即土样的基质吸力的大小、含水率的高低或者说是土样内部孔隙是否连通,对渗透性有着相当大的影响。土样内含水率较高时,其渗透性好,含水率降低时,渗透性也会随之迅速下降;通过控制基质吸力和净围压的三轴试验,不难发现:不论是饱和土还是非饱和土,在三轴试验过程中呈现出的抗剪强度,均是试样所受围压越大,其抗剪强度越高;并且不论是处于饱和还是非饱和状态下,其偏应力-应变曲线均呈现应变软化型;结合9个试样的试验数据,得出残积土的内摩擦角为27.5°;试样的粘聚力随着基质吸力的增大而线性增大,基质吸力为0 k Pa时,粘聚力大小为21.23 k Pa,吸力与粘聚力的相关增长比例系数为0.4038;结合干湿循环与控制净应力下非饱和土三轴试验的结果,计算出了BBM模型的饱和时土的压缩系数l（0）、回弹系数k;土的先期固结压力p0*、参考应力pc;土体刚度与吸力增长相关参数b、g;吸力加载时压缩系数ls、回弹系数ks;先期最大吸力s0;临界状态线斜率M的具体参数值。并且论证了BBM模型对于饱和-非饱和情况下的土体的均适性。

关键词： 冻融循环   再生混凝土   力学性能   数值模拟  

摘要： 近二十年来,随着各大城市对上世纪老旧建筑进行拆除作业,导致大量的建筑垃圾难以有效的解决。将这些建筑垃圾重新回收破碎制成再生混凝土,是解决这类问题的重要途径之一。鉴于我国北方建筑物在寒冬季节深受冻融破坏的影响,对再生混凝土的冻融破坏机理研究是否透彻,是全面推广再生混凝土材料普及的重要前提之一。本次试验选用砾石和碎石作为天然粗骨料,各自掺加不同取代率的再生粗骨料,经历25、50、100和150次的冻融后,测试再生混凝土的抗冻性以及冻融后的抗压和抗弯拉强度,探究不同类型的天然骨料,以及再生粗骨料取代率,对冻融后再生混凝土性能的影响。结果表明,碎石再生混凝土性能表现良好,取代率越高,再生混凝土的性能表现越差。天然碎石掺加30%和50%取代率的再生粗骨料,在合理砂率的范围内取下限36%和上限40%,经历25、50、100和150次的冻融后,测试再生混凝土的抗冻性以及冻融后的抗压和抗弯拉强度,探究不同砂率对冻融环境下碎石再生混凝土性能的影响。结果表明,提高砂率能够有效增强冻融环境下再生混凝土的抗冻性和力学性能。通过ABAQUS有限元软件建立冻融环境下立方体温度场模型,分析温度变化云图和温度变化曲线;完成了热应力场的数值模拟,以取代率和冻融循环次数为变量,分析热应力和热应变云图,以及热应力和热应变随时间变化曲线;完成了冻融环境下立方体加载试验的数值模拟,以取代率和冻融循环次数为变量,分析立方体模型的应力、应变云图和应力—应变曲线,对比了数值模拟与试验结果破坏裂缝的发展情况,以及两者的荷载—位移曲线和抗压强度损失率。

关键词： 再生混凝土   取代率   力学性能   耐久性   低温  

摘要： 改革开放以来,建筑业一直是我国的支柱产业,随着城市的大力建设和发展,数以万计的建筑垃圾日益剧增,从老旧建筑物拆卸的建筑垃圾,不仅侵占大量城市空间和土地资源,还会污染空气,这与国家大力倡导绿色经济和可持续发展战略背道而驰,如何处理这些城市建筑垃圾成为亟待解决的问题。再生混凝土变废为宝为人们所利用,不仅解决建筑垃圾占用土地空间问题,还能节约天然砂石等原材料资源,既经济又环保。本文以高寒地区再生混凝土为研究背景,对再生混凝土国内外研究现状进行了归纳总结,采用再生骨料部分取代或全取代进行浇筑试验,对再生混凝土的宏观力学性能与微观耐久性进行试验研究。本文的研究结果如下:(1)通过实验确定了再生混凝土的配合比,制备试块,对再生混凝土进行力学实验。研究结果表明:在水灰比为0.35、取代率为0%时抗压强度最大。随着纤维掺量的增加,其增强了混凝土之间的韧性,使混凝土更加紧密的连接在一起,从而提高了混凝土的强度。(2)低温环境下对再生混凝土进行加载试验,研究结果表明:不同加载速率下的抗压强度随着温度的降低而强度增大,25℃温度下抗压强度低于-20℃抗压强度,受压强度受温度效果明显。分析原因是试块在低温下受到多种因素的耦合作用,温度降低,使混凝土试块内部空隙中水分结冰,增强了棱柱体的受压强度。(3)对再生混凝土进行冻融循环耐久性研究,研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,取代率为0%的再生混凝土抗压强度损失率在逐渐增大;当取代率为100%时,抗压强度损失率的上升幅度明显增大,超过了40%。抗压强度损失率受取代率影响很大。

关键词： 土力学   微生物   活性氧化镁   电解锰废渣   固化  

摘要： 电解锰废渣作为工业废料,粒径小,渗透性差,传统的微生物矿化技术在处理上有较大的局限性。提出氧化镁微生物固化技术,采用活性氧化镁和微生物共同作用处理重庆秀山电解锰废渣,探讨氧化镁微生物固化电解锰废渣原理,研究活性氧化镁掺量对固化试样含水率、无侧限抗压强度、酸碱性、XRD图谱和微观结构的影响。结果表明:活性氧化镁与水发生水化反应,填充微孔隙,并与空气中的CO2发生碳化反应,一定程度上提高固化试样强度,尿素在细菌的作用下水解生成CO2,使水化产物快速碳化,进一步快速提高固化试样强度。活性氧化镁掺量越高,电解锰废渣固化试样含水率越低,无侧限抗压强度越大,pH值越高。氧化镁微生物固化锰矿尾矿砂的主要产物为水碳镁石、球碳镁石和水菱镁石等;活性氧化镁掺量越大,水碳镁石含量越高。

关键词： 强度影响因素   不同材料地聚物   微观试验   绿色性研究  

摘要： 地聚物是富含硅和铝的原料在碱性环境作用下通过缩聚反应生成的胶凝材料,该种材料具有早强快硬、耐腐蚀、绿色环保等特点,有取代水泥成为新型建筑材料的潜力。黄土具有肉眼可见的孔隙结构,且受水后会产生湿陷,会对周围的建筑物、构筑物产生极大影响,为了处理黄土地基,传统的处理方式为使用水泥等进行注浆,但是生产水泥会产生大量污染,而且在其服役期间会产生碱骨料反应。相比之下地聚物成为了一种新型的可靠固化材料,但是目前少有基于黄土的地聚物研究。本文通过研究黄土基地聚物的抗剪强度,确定适合于青海地区黄土的地聚物化学配比,研究表明,固化黄土的力学性能随激发剂质量的上升呈现先上升后下降的现象,随激发剂模数的增大呈现不断减小的现象,随碱质量的增大呈现先增大后减小的现象,黄土基地聚物最适宜的化学药品配比为激发剂质量、碱质量分别为土体最佳含水量的30%和15%,激发剂模数为1.0,此配比下的固化黄土黏聚力提升大约10倍,达到163.35k Pa,内摩擦角提升约5°。其次,本文采用粉煤灰和矿渣作为地聚物的原料制备不同材料地聚物。在相同硅铝比条件下通过比对天然黄土、黄土基地聚物固化黄土以及水泥固化黄土的力学性能,发现矿渣地聚物固化黄土呈现最好的力学性能,其14d的黏聚力达到309k Pa,内摩擦角提升约12°,甚至超过28d水泥固化黄土的强度,肯定了地聚物替代水泥作为固化材料的可能性,通过分析原料的化学成分并比对国家标准发现,地聚物原料及化学药品的各项成分均不含或者远低于国家标准要求的管控值,证明地聚物的制备及应用是绿色环保的。最后本文通过不同种类地聚物固化黄土和天然黄土的SEM试验,并结合PCAS软件,获取微观参数,通过量化和对比孔隙结构参数,总结地聚物加入对黄土的孔隙结构形态变化的影响规律。微观试验表明,地聚物的加入显著减小了黄土的孔隙面积比例,通过颗粒间的胶物质联结颗粒,使颗粒感明显减弱,整体化、团粒化的现象出现,颗粒间的接触方式也出现改变,颗粒和孔隙的形状变得更加圆滑,孔隙的分布变得更加随机。

关键词： 高等土力学   微视频   模拟动画   数字教材   教育改革  

摘要： 随着信息技术的迅猛发展和普及,数字教材已经成为支持教育教学、终身学习和学术研究等方面的有效教学工具。对"高等土力学"课程的实践教学改革中发现,为充分发挥信息技术优势,融合了讲课PPT、室内试验视频、工程实例图片及软件模拟动画等元素形成的纸质教材配套的数字资源课程内容,具有表达更加生动形象、有利于互动交流、有利于分层施教、有利于修订完善等优越性,能够有效提高学生的学习积极主动性、分析和解决问题的能力,效果良好。