干湿交替环境中黄土裂隙扩展多尺度研究

为探究在干湿环境中西安特殊黄土裂隙发展规律,对试样进行不同含水质量分数条件下的干湿循环试验,而后开展固结压缩试验,并结合CT扫描技术和核磁共振技术,观察西安特殊黄土的固结性质及其孔隙结构变化规律。研究结果表明：土体压缩性随含水质量分数的增加呈增长趋势,压缩系数增加,压缩模量减小。黄土压缩性受干湿环境影响较大,随着循环次数的增加压缩性明显增强。通过观察黄土表面裂缝可以发现,含水质量分数和循环次数对裂缝的扩展都起到积极作用。应用CT扫描技术对干湿环境下的黄土试样进行实时监测,发现循环次数越多,孔隙发育越快,最终导致土体结构发生破坏。通过核磁共振技术发现干湿循环对黄土内部孔隙裂隙扩展起到促进作用,小孔隙相对减少,中孔隙和大孔隙相对增多。通过宏-微-细观多尺度方向对黄土的干湿损伤机理进行分析,为季风性气候地区黄土裂隙发展的认知提供参考。     

干湿循环作用下黄土厚度对其裂隙发育的影响

黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境,极易诱发土体裂隙产生,显著弱化土体的结构性和完整性,从而影响工程区域的建设。因此,对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验,记录试样的含水率变化和裂隙发育情况,利用数字图像处理技术,结合分形维数对裂隙网络进行分析。试验结果表明,蒸发路径和含水量的不同导致土体水分蒸发速度不同,土体越厚,水分蒸发速度越慢。界面摩擦力影响土体开裂过程,土体越厚,裂隙发育越慢,裂纹网络复杂性越低。随着干化的进行,界面摩擦力逐渐降低,土体收缩明显,干湿循环效应导致土体颗粒重新组合,加快水分蒸发过程,土体表面会不断劣化。研究结果可为地质灾害防治提供指导。     

干湿循环效应下Na2SO4盐渍原状黄土渗透特性与细观机制

针对Na2SO4盐渍原状黄土,系统开展干湿循环效应下的三轴渗透系数和CT细观结构特征试验研究.研究结果表明:渗透系数随干湿循环次数增加逐渐增大,但增幅逐渐减缓;干湿循环条件下渗透系数随Na2SO4质量分数增加近似呈线性增大特征;渗透系数随围压增大逐渐减小且其衰减幅度逐渐减小.CT三维重构模型与试样实物图表面裂隙形态表现...     

干湿循环下花岗岩残积土裂隙演化及边坡稳定性

为研究干湿循环作用下花岗岩残积土边坡的稳定性,开展两种干湿幅度5次循环次数的边坡模型试验.拍摄裂缝图像获得裂隙演化规律,得出裂隙面积与干湿循环次数近似成正比;结合坡内土体直剪试验结果,提出干湿循环下黏聚力和裂隙度的关系式,推导裂隙深度计算公式.以此数值建模分析裂隙影响下的残积土边坡稳定性,结果表明：随着干湿循环次数和幅度的增大,裂隙度增加,裂隙深度增大,渗透性增强,土体强度降低,导致坡体饱和区扩展;滑裂面上滑点位于张裂隙处;3次干湿循环后边坡安全系数降幅最大,之后趋于稳定.研究认为干湿循环作用下裂隙的扩展加快雨水浸润,缩短了边坡失稳时间,为残积土边坡的及时合理处治提供理论指导.     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。     

干湿循环作用下黄土力学特性研究

为了研究西安特殊黄土的强度特性,在不同含水率和不同增湿减湿作用下进行无侧限抗压强度试验和单轴压缩试验,借此观察西安特殊黄土的力学特性及强度变化规律。结果显示：西安地区特殊黄土,无论是其单轴压缩强度还是无侧限抗压强度均随着含水率的降低而逐渐增大,并且呈现出黄土的含水率越低其强度值就越大且强度值增加越来越快的现象,当黄土为干燥状态时其强度是达到最大;无论试样经历增湿减湿循环多少次,黄土的弹性模量随着含水率的降低在持续增大,并且呈现出随着含水率的降低其下降相同比例时弹性模量增大越明显的现象;无论经历增湿减湿循环多少次,泊松比随着含水率的降低逐渐减小,但与其他参数相比泊松比并没有明显的变化。     

CT扫描视域下黏土干湿循环劣化机理

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响,通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明：随着干湿循环次数的增加,黏土的抗压强度保持指数性下降趋势,在经历4次循环后,抗压强度损失了40%左右,干湿循环达到8次后抗压强度基本达到稳定;CT扫描横剖面显示,在干湿循环过程中,裂隙从试样四周开始发育,并逐渐向内部扩展,裂隙的宽度和长度均持续增加,连续性也有所提高;随着干湿循环次数的增加,试样的逐层面孔隙率均明显增加,且不同层间的交界面孔隙率的增加更为显著,层间的裂隙最先发育,试样表面也有竖向裂隙发育,试样内部连通孔隙的数量增加,闭合孔隙的数量减小;不同次数干湿循环作用下黏土的孔隙率与抗压强度之间保持负指数性关系,当干湿循环次数达到4次后,孔隙率的增加对抗压强度的影响减小。     

干湿循环对压实黄土性能的室内影响研究

失陷性黄土在甘肃具有很广的面积分布,通常情况下压实后的湿陷性黄土其不良力学性能得到了很大程度的改善,能够满足路基稳定性与强度需求,但是在长期的雨水与蒸发作用下,湿陷性黄土地区路基仍然会发生大量的病害。通过试验设计、数据模拟及理论分析等手段,进行干湿循环对压实黄土湿陷系数的研究,对压实黄土强度的研究以及干湿循环前后土样的干密度与孔隙比分析。结果表明:模拟的干湿循环作用使得已消除湿陷性的压实黄土重新具有了湿陷性;干湿循环对压实黄土的强度有较大影响;干湿循环使得压实黄土的内部结构发生了改变。     

荷载与干湿循环协同下红黏土的强度特性与裂隙演化规律

为获取符合工程实际的设计参数,研发一种荷载与干湿循环协同作用下土的直剪试验装置与方法,采用图像处理系统,提出了考虑表面裂隙和侧面裂隙下土的裂隙率计算方法,分析了荷载与干湿循环协同作用下红黏土抗剪强度指标及裂隙演化规律,建立了抗剪强度指标与裂隙率、压实度的关系。结果表明：红黏土在荷载与干湿循环协同作用下,黏聚力随干湿循环次数增加在前3次降低显著,后趋于稳定;随上覆荷载增加先显著增加,后缓慢增加;内摩擦角随干湿循环次数和上覆荷载变化总体在10°范围内波动;表面和侧面裂隙都随着干湿循环次数的增加而不断发育,其中表面裂隙在10 kPa时裂隙宽度达到最大,且大、中裂隙发育最明显,同时侧面裂隙由环向裂隙向纵向裂隙发展;裂隙率随压实度的增大而降低,随干湿循环次数增加而增加,随上覆荷载增加先增加后降低,在上覆荷载为10 kPa时达到最大,黏聚力、内摩擦角与裂隙率、压实度的关系可以用二元非线性函数关系来拟合。此研究可为获取符合工程实际的红黏土设计参数提供参考。     

干湿交替过程中原状黄土的胀缩变形特性及裂隙形态演化规律

为定量分析原状黄土的胀缩变形特性及裂隙形态演化规律,从黏黄土、黄土和砂黄土区域选择西安、延安和米脂黄土进行颗粒分析、电镜扫描(SEM)与干湿交替试验,量测干湿过程中试样的轴向、径向变形,利用PCAS软件对裂隙照片进行矢量化处理并提取各项裂隙形态学参数.结果表明:干湿交替过程中三地黄土试样的体胀程度逐渐增大,胀缩变形均以...     

基于核磁共振的冻融循环作用下重塑黄土强度变化规律

为了研究冻融循环对重塑黄土抗剪强度的影响,分宏观及微观两个方面来进行试验研究。在宏观层面上,通过对不同冻融循环次数下、不同含水率的土样的进行三轴压缩试验,得到相应的应力-应变曲线;从微观层面上,利用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)成像分析仪,测得土样在不同冻融循环次数下的T_2时间分布曲线。结果表明:未冻融状态下,含水率为13%的土样其应力应变曲线为应变软化型;随含水率逐渐增加其应力-应变曲线由应变软化型变为应变硬化型。随冻融循环次数的增加,含水率为13%的土样其应力-应变曲线依旧为应变软化型;但抗剪强度逐渐降低,而随含水率逐渐增加,土样应力-应变曲线由应变硬化型有逐渐向应变软化型过渡的趋势;且含水率越高曲线软化趋势越明显。     

无伸缩装置桥梁的发展

简要叙述了无伸缩装置桥梁在美国、日本及我国的发展情况及使用过程中的主要问题 ,介绍了部分无伸缩装置的构造、设计与施工方法 ,并对无伸缩装置桥梁设计中的一些问题进行了初步讨论 .     

渗透剪切作用下黄土的力学特征

黄土高原地区黄土在灌溉作用下,逐渐达到饱和状态,饱和中,陡坡类黄土坡体自重增加引起下滑力增加.该过程持续进行后,坡体内部同时发生渗流和剪切过程,导致坡体的变形不断增大,直至破坏后形成滑坡.本文选取黑方台4.29滑坡为研究对象,在现场调查的基础上,利用滑坡后壁原状黄土试样,基于三轴试验设置10组共60个原状样对饱和黄土的渗透剪切行为进行模拟.试验中设置了0.5、0.1和0.05 mm·min-1三个不同的加载速率对黄土试样进行剪切,为比较分析,对0.1 mm·min-1剪切速率试样设置了0、1、2和5 m几个不同水头进行了试验.试验结果表明:饱和黄土在渗流与剪切耦合作用下,表现出应变硬化特征,渗透作用明显降低了黄土的强度,尤其是黄土黏聚力降低,其降幅达5.24%~63.35%.对已有强度指标拟合后获得黄土在渗透剪切工况下的强度修正公式.     

成对节理对废弃黄土窑洞边坡稳定性的影响

节理在黄土地区普遍发育,一般成组成对出现,它的存在破坏了土体的整体性和连续性,形成的软弱面对黄土洞室和边坡的稳定性造成安全隐患。通过实地调查、数学统计等方法,对研究区节理分布特征和灾害类型进行系统研究,在此基础上将废弃黄土窑洞边坡变形破坏归纳为窑洞冒顶破坏和窑洞崩塌破坏2种模式。通过建立不同成对节理条件下的有限元模型,对废弃黄土窑洞边坡稳定性进行计算分析,结果表明：①成对节理远离拱顶且间距越大时,稳定性越低,同时发育X节理时的稳定性比垂直节理时更低;②成对节理对竖直位移的影响比对水平位移的影响大,而发育的X节理倾角越小时,窑洞更容易发生洞口局部崩塌及窑脸冒顶灾害;③Mises等效应力在窑腿、立壁和拱顶不规则处更为集中,成对节理远离拱顶和间距增大时节理两侧的围岩应力差距越小,且当成对X节理倾角时变小时,最大等效应力值增大,节理附近更容易发生破坏。     

换热器管子-管板液压胀接的有限元模拟

采用ANSYS/CAE软件,对锅炉、换热器管子-管板的液压胀接过程进行了模拟.管子与管板孔之间采用面-面接触元以模拟相互之间的间隙及管子产生塑性变形并贴紧管板孔后对管板的作用.通过本文的模拟分析,可获得胀接时接头处的弹-塑性应力状态及卸除胀接压力后管子与管板之间的残余接触压力.值得注意的是此接触压力沿管板厚度方向分布是不均匀的;在管孔槽处会出现较高的数值;在管板内侧处,管子的过渡区会出现较大的残余拉应力.     

冻融循环对黄土物理力学性质影响的试验

通过补水条件下的冻融循环试验,研究冻融循环作用对黄土样的水分分布、变形和干密度的影响.试验结果表明:反复的冻融循环作用使得土样含水量增加,从底板到顶板土样含水量逐渐递增,冻融界面附近含水量变化梯度较大;黄土样在冻融循环初期冻胀变形比较剧烈,之后总体变形趋于稳定,冻融循环后期土样出现较小的沉降变形;冻融循环使得黄土样的干密度逐渐减小,且冻融循环剧烈的上部干密度较下部更小.     

不同固结压力作用下黄土微观结构试验研究

为研究在不同固结压力作用下,黄土微观结构的变化规律,试验通过制备黄土试样,用电镜扫描(SEM)获取各个固结程度下黄土微观结构图像并利用IPP图像处理软件对微观图像参数计算和参数分类。结果表明:随着固结压力逐渐增大,黄土试样微观结构内部骨架单元体聚合物的连接方式,由架空孔隙向镶嵌孔隙转变,结构逐渐密实,稳定性逐渐增强;在各个固结压力作用下,孔隙数量随着孔径增大而减少,孔隙面积随孔径的增大而增大,大孔隙的变化一定程度上影响了土的工程性质;固结后土体的孔隙面积在各个角度区位分布越均匀时,土体受到的扰动越大;土体受固结扰动后,微孔隙的形状没有发生较大变化,部分小、中孔隙产生变形,大孔隙逐渐被消散,向着椭圆率更小的方向发展。     

大跨度悬索桥伸缩缝位移监测数据分析与评估

以南溪长江大桥120d的伸缩缝位移为对象,研究大跨度悬索桥伸缩缝的服役性能评价方法。首先,分析了伸缩缝位移与温度监测数据的相关性,在此基础上,采用高斯混合模型建立了伸缩缝位移的概率分布模型;其次,采用广义极值分布估计了设计基准期内伸缩缝位移的极大值和极小值;最后,对伸缩缝的运营性能进行了评价。研究结果表明,南溪长江大桥悬索桥伸缩缝位移与温度具有良好的负相关性;南溪长江大桥悬索桥的伸缩缝位移可以通过高斯混合分布模型来描述其概率分布;温度年变化作用下伸缩缝的极值位移远小于伸缩缝设计位移,表明伸缩缝的运营性能满足设计要求。     

黄土体结构面的发育特征及其灾害效应

根据结构面的规模、成因、性质、产状、张开度和形成时期对黄土体结构面进行了综合分类，总结概括了黄土高原地区第四纪断层与构造地裂缝、构造节理面、卸荷裂隙面、垂直节理面、不同岩性接触面、软弱夹层等结构面的特征厦其灾害效应，认为黄土体结构面的显隐、开启和发育程度受黄土的形成时代、埋藏深度、粘粒含量、含水状态和黄土高原地区的地形地貌、新构造运动等因素影响。黄土体结构面是分割黄土成块体的结构面，是侵蚀土壤、洞穴的优势面，是孕育地质灾害的控制和分离面，是地下水的运移通道和储存场所。