石膏碱激发地聚物固化黄土强度及机理

为探究石膏碱激发粉煤灰地聚物固化黄土的力学性能及其机理,确定最佳组分比,进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)分析.结果表明,固化黄土的强度随石膏掺量的增加而增大;石膏掺量质量分数为1.5％,熟石灰∶粉煤灰(质量比)=7∶14时,强度最大;XRD分析结果表明石膏碱激发地聚产物主要为水化硅...     

冻融循环作用下含“架空”结构土石混合体边坡变形机理试验研究

含架空结构土石混合体是一种有别于岩体和土体的特殊地质材料,广泛分布于我国西南地区,其组成结构及变形特性是崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害频发的主要诱因.目前的研究成果对其力学特性及变形破坏机理的解释远远不够,以青藏高原多年冻土区土石混合体为研究对象,从含架空结构土石混合体的形成结构、分布特征及变形特性入手,采用现场调查、采样分析、室内试验及试验结果分析等技术手段,针对含架空结构层的土石混合体的变形特征开展研究.研究结果表明,土石混合体边坡失稳主要原因是冻融循环作用下岩土介质力学结构的破坏以及富冰层对补给水的滞留作用降低了上覆岩土体与富冰层的摩擦系数.架空结构不仅具有阻滞环境与下伏岩土体之间热交换的作用,并且作为泄水通道,改变了上部补给水的运移途径,同时架空结构也是富冰层的良好发育场所.研究结果对含架空结构土石混合体导致的地质灾害的预测、预防及控制提供理论依据.     

土石混合体渗透性能的试验研究

土石混合体属于典型的多孔介质,其渗透特性与砾石的体积分数关系密切.通过自制的常水头渗透仪,测定了不同含砾量时土石混合体渗透系数值,研究发现含砾量与土石混合体渗透系数之间存在指数关系;基于幂平均法,提出了土石混合体复合渗透系数的计算公式,并通过试验结果验证了该式的正确性,为土石混合体渗透系数的理论计算提供了一个简明有用的计算工具.     

地聚物再生骨料混凝土的力学性能研究

目的 研究工业废渣和废弃混凝土替代水泥和自然石材制备地聚物再生骨料混凝土的制备条件及养护制度对地聚物再生骨料混凝土力学性能的影响.方法 对40组边长为100 mm的正立方体试件进行抗压强度试验,分析原材料氧化物物质的量比、水玻璃掺量、液胶比、NaOH掺量、再生骨料预处理制度、再生骨料原始强度等级、养护温度和养护时间对地...     

地聚物砂浆的力学性能与孔结构分形特征分析

为探讨矿渣粉改性粉煤灰地聚物砂浆在不同温度下的强度变化规律及改善机理,进行了不同矿渣粉掺量的粉煤灰地聚物在多种温度下的力学性能试验,并分析了其微观形貌及孔结构特征。结果表明:粉煤灰基地聚物在室温固化时的抗压强度和抗弯强度均较小,掺入矿渣粉或高温固化都可以改善粉煤灰地聚物的力学性能,但高温固化导致后期抗压强度变化变缓;当不掺矿渣粉时,地聚物砂浆的流动度为232 mm,但凝结时间超过8 h;随着矿渣粉掺量的增加,地聚物的流动度逐渐降低,凝结时间也变短;高温固化和掺入矿渣粉都可以显著减小粉煤灰地聚物材料的孔隙率;室温固化时,地聚物砂浆中含有大量宏观孔隙,并且粉煤灰地聚物砂浆中基本不存在胶凝孔隙;高温固化后,粉煤灰地聚物砂浆中以毛细孔隙体积占比最大,而改性砂浆则以胶凝孔隙和过渡孔隙的居多;从试件内部的微观形貌图可见,掺入矿渣粉后地聚物砂浆变得更加致密;基于热力学关系的分形模型可以在压汞法测量的孔径范围内很好地描述地聚物砂浆孔结构的分形维数,其次为孔轴线模型;地聚物砂浆孔结构的分形维数大于2.0,在粉煤灰地聚物中掺入矿渣粉可以改善地聚物的孔隙结构,提升固化温度则使得地聚物的孔隙结构变得复杂。     

块石尺寸对土石混合体强度特性的影响研究

选择块石类型为卵砾石,土料为含砂低液限黏土,含石率为50%;通过室内中三轴试验研究了4种不同卵砾石尺寸下的土石混合体的强度及变形特征。试验结果表明:1不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的应力应变关系曲线为硬化型曲线;随着卵砾石尺寸的增大,试样的峰值强度减小,高围压下尤其显著;2不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的体积应变随着轴向应变的增加而增大,剪切过程中直至破坏试样一直处于剪缩状态;3土与卵砾石混合体的内摩擦角与卵砾石的分形维度近似符合抛物线函数关系变化。试验分析所得的研究结果,为深入研究土石混合体这类特殊的地质体提供一定的理论依据。     

冻融循环下土石混合体强度劣化特性研究

针对冻融作用下不同含水率土石混合体的强度劣化问题,通过直剪试验及核磁共振(NMR)测试,探究了不同冻融循环次数和含水率下土石混合体剪切强度及孔隙结构的变化特征,并揭示了其强度劣化机制.研究结果表明:试样的剪切强度参数随冻融循环次数的增加均呈现先减小后增大再减小的规律.在第3次冻融循环后出现反翘现象.根据孔隙率及孔隙...     

土石混合体原位试验的颗粒流数值模拟分析

基于颗粒流理论和PFC程序,解决了不规则碎石(clump)的生成、恒定法向荷载施加、剪切面的含石量等问题后,建立了土石混合体原位试验的颗粒流数值模型,对不同含石量、法向应力下土石混合体的直剪试验进行模拟,并与原位直剪试验的结果进行比较.结果表明：随着含石量增加,剪切应力及其峰值增大,剪切应力峰值对应的剪切位移减小;在低法向应力条件下,土石混合体表现为剪胀;在高法向应力下,土石混合体表现为先剪缩而后剪胀,并呈现出压剪破坏特征;剪切面附近分布的不规则碎石在剪切过程中出现挤压滑动与滚动,使得剪切破坏面出现凹凸,而且剪应力、法向位移、应变能随剪切位移增加而出现波动和平缓段;数值试验所得剪切应力峰值略高于其试验值,减小模型颗粒半径,可以有效降低计算的剪切应力峰值.     

强夯作用下土石混合体填筑边坡变形与振动特性

为了研究强夯作用下土石混合体填筑边坡的动力特性,以昆明新建机场土石混合体填筑边坡为研究对象,采用现场试验和数值模拟相结合的方法研究其在强夯过程中位移变形和振动加速度.结果表明:变形主要发生在边坡的中上部,最大变形量发生在坡顶,边坡底部基本检测不到变形量;强夯引起的振动影响与边坡坡度成正比,坡度大的边坡振动影响大,坡度小...     

基于大三轴试验的土石混合体强度特性与影响因素

为更为详细地探讨山区土石混合体的力学特性,综合考虑含石量、含水量与岩石完整性等因素的影响,采用正交试验方法对土石混合体填料的大型三轴剪切试验进行设计,并运用邓肯-张模型对得到的三轴试验参数进行反演研究。结果表明:土石混合体中影响内摩擦角的因素从大到小分别为含石量、含水量、岩石完整性;试件在各围压下剪切时,开始阶段偏应力与轴向应变近似成比例关系;当轴向应变超过2%时,偏应力增长速率减小,呈现出明显的应力-应变非线性;当混合体达到最大偏应力之后,仍可以保持在增加轴向应变的同时,偏应力不减小,表明土石混合体材料的软化特性不明显;含石量对试样体应变的影响较含水量与岩石完整性更显著,在含石量较低时体现为剪缩性,含石量较高时更多体现为剪胀性;邓肯-张模型的拟合结果与大三轴试验数据的相似度较好,表明邓肯-张模型能模拟土石混合体在不同围压下的应力-应变关系。     

冻融循环下土石混合体-混凝土界面剪切特性及孔隙结构演化特征试验研究

为探明冻融循环下寒区土石混合体-混凝土界面强度劣化机制,首先,通过核磁共振(NMR)分层测试获取界面区孔隙结构演化特征;其次,考虑冻融循环次数、含石率、法向应力的影响开展直剪试验,以探究界面剪切力学特性;同时,基于分形理论定量评价界面区孔隙结构特征;最后,结合界面区孔隙结构演化特征与界面强度劣化规律揭示界面强度劣化机理。研究结果表明：土石混合体层及界面层T₂谱分布均有2个峰值,随冻融次数增加向右发生偏移,反映了冻融过程孔隙结构的演化特性;界面剪切应力-位移曲线表现为应变软化型,界面抗剪强度及黏聚力随冻融次数增加呈现急剧下降、反翘、缓慢下降3个阶段;分形维数随冻融次数的增加呈先增大后减小趋势,随含石率的增加而增大;第1次冻融循环后,界面区土颗粒聚集成较大的团聚体,界面层孔隙体积增大,孔隙复杂程度变大,界面整体性下降,经历5次冻融后,团聚的土颗粒逐渐变脆破碎导致骨架塌落、孔隙体积减小,界面处黏结力增大,称第5次冻融循环为骨架结构变形“分水岭”,之后随冻融次数的增加碎石外部的土颗粒逐渐剥落,界面区孔隙体积增大,界面逐渐脱黏劣化。     

模拟月壤地聚合物的力学特性及固化机理

为减少月球建设的成本和风险,采用以模拟月壤为原料制备地聚合物的方法进行原位资源利用.对不同NaOH掺量和龄期下的模拟月壤进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射和扫描电镜.结果 表明:不同试验条件下固化模拟月壤的应力-应变曲线均表现为应变软化的特性,呈脆性破坏特征;强度随碱掺量的增加呈先下降再上升再下降趋势;碱激发水化产物主...     

土石混合料路用工程力学性质试验

为研究土石混合料的工程力学性质,采用自行研制的大型击实仪对不同粗颗粒质量分数、级配、击实方法及击实功情况下的土石混合料进行系统的击实试验,并对不同粗颗粒质量分数的土石混合料开展了无侧限抗压强度、CBR(加州承载比)及回弹模量试验。试验结果表明:土石混合料的级配在泰勒理想级配范围内,其压实性能最好,且压实过程中,击实功不易太大,否则易使土石混合料的级配退化;在实际工程中,最好选用大型击实法来确定土石混合料的最大干密度,否则会降低压实标准;土石混合料的力学性能较好,且浸水后膨胀量小于一般细粒土的膨胀量。     

偏高岭土基地聚物改良土最优配比及固化效果分析

地聚物是一种具有快硬、高强、低收缩等特点的新型绿色胶凝材料,可以用于固化软弱土体。通过对偏高岭土基地聚物改良土开展不同配比下的强度特性试验及扫描电镜试验,探讨了地聚物改良土的最佳配比,分析了地聚物材料组分对改良土力学特性及固化效果的影响。结果表明：地聚物改良土抗压强度随偏高岭土和碱激发剂掺量的增加呈现先增后减趋势,偏高岭土和碱激发剂掺量最优配比为2∶1,且二者在土中的最经济掺入比为12%;相同掺比下的地聚物改良土强度优于普通硅酸盐水泥土和纯黏土,团聚固化效应依次减弱;随着地聚物掺量增加,其破坏模式由塑性剪切破坏向脆性劈裂破坏发展。该研究可为偏高岭土基地聚物改良土的应用推广提供参数设计依据。     

纤维改性粉煤灰基地聚物的强韧化机理研究

为明确木质素纤维在循环流化床粉煤灰基地聚物(circulating fluidized bed fly ash based geopolymer, CFBG)中的强韧化机理,文章通过添加偏高岭土和少量的电石渣,借助电子式万能材料试验机、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、能谱仪、红外光谱、工业CT及分子模拟,对不同木质素纤维掺量(质量分数分别为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)的地聚物进行力学特性、结构及微观形貌测试,分析不同木质素纤维掺量对CFBG强韧化机理的影响。结果表明：当木质素纤维掺量为0.3%时,CFBG抗折强度和断裂韧性达到最大值,分别为18.6 MPa、9.6 MPa·m^1/2;随着木质素纤维掺量增加,地聚物抗压强度和断裂韧性呈上升趋势;掺入木质素纤维可促进地聚物中莫来石晶相、类沸石晶相及C-S-H凝胶的生成,显著改变地聚物的结构;木质素纤维的掺入可降低地聚物表面孔隙,改变地聚物破坏形式,延长裂缝的扩展路径。研究结果可为促进工业固废高附加值资源化利用提供理论依据。     

氧化物组成对地聚物再生骨料混凝土尺寸效应的影响

为了研究地聚物再生骨料混凝土的尺寸效应,设计了边长分别为70、100、150和200 mm的地聚物再生骨料混凝土立方体试块,研究不同氧化物摩尔比条件下抗压强度的尺寸效应。结果表明:地聚物再生骨料混凝土的尺寸换算系数不能采用现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)中规定的系数,采用线性拟合的方法给出了尺寸换算系数与氧化物摩尔比的关系;通过对尺寸效应的研究,发现边长为200、150和100 mm的地聚物再生骨料混凝土立方体试块抗压强度均符合Bazant尺寸效应理论,采用无量纲的方法得到抗压强度与氧化物摩尔比和尺寸参数耦合作用的预测方程,得出了不同氧化物摩尔比下的临界尺寸和临界强度值。通过研究发现,地聚物再生骨料混凝土相比于普通水泥混凝土的尺寸效应更加明显,在实际工程中应更多地考虑其对整个结构稳定性的影响。     

地聚物混凝土耐久性研究进展

地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料,其不仅实现了工业固废的资源再利用,还减少了能源消耗及温室气体排放,被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题,从耐化学侵蚀性(耐盐和耐酸)、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现,与硅酸盐水泥混凝土相比,地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性,但有着稍低的抗碳化性能。然而,因地聚物原材料的多样性,各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异,致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下,地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。     

基于颗粒离散元的土石混合体直剪试验模拟研究

土石混合体是一种由高强度块石和低强度土体组成的非连续非均质材料,力学性质受土体、块石及土石接触面三者共同控制.本文为研究块石含量及土体性质对混合体力学特征及变形破坏形态的影响,利用颗粒离散元理论和PFC2D程序,生成了可描述块石非规则形态的团粒(clump)结构,建立了土石混合体直剪试验离散元模型,以室内直剪试验结果作...