降雨-干燥交替作用下泥质岩耐崩解性试验研究

泥质岩在自然界频繁的降雨-干燥交替作用下发生崩解,从而引发一系列地质灾害。为了进一步研究泥质岩的崩解特性,采用自行设计的试验装置模拟自然界中降雨的实际环境,对江西省赣南地区的泥质岩制成4种不同块度的试样,开展干湿循环作用下的室内崩解试验研究。结果表明:不同粒径百分含量关系曲线呈现出3种变化趋势,随着循环次数的增加,不同粒径百分含量不断减小、先增大后减小以及不断增大;在试样各粒组百分含量关系曲线中,不同循环次数条件下,曲线都存在一个明显的峰值,且基本呈先增加后减小的变化趋势;在峰值前,随着循环次数的增加,曲线的位置逐渐向下移动;而在峰值后,随着循环次数的增加,曲线的位置则逐渐的向上移动。块度较大的泥质岩崩解后各粒组累计百分含量与粒径的关系曲线呈"S"形,而块度较小的泥质岩崩解后则为双曲线形。随着干湿循环次数的不断增加,泥质岩崩解物各粒组累计百分含量关系曲线逐渐向着较小粒径的方向整体发生移动;各曲线之间的空隙不断减小,最后基本重合,反映出泥质岩的崩解速率逐渐减小且最后趋于稳定。推导了基于优化级配方程的相对耐崩解性指数,并验证了模型的正确性。随着试样块度的不断增大,其耐崩解性指数与相对耐崩解性指数均不断减小。     

不同pH环境下黏土类岩崩解过程分形演化规律

基于分形的相似性原理和质量守恒定律,分别探讨了岩石颗粒的细观分数倍崩解过程及粒组宏观分布模拟崩解方法,得到了基于颗粒数量统计的岩石崩解分形描述的关联分维计算公式.在此基础上,以黏土类岩为研究对象,分析了不同pH环境下岩石颗粒崩解过程的分形演化规律.结果表明:初次崩解时溶液pH值越小颗粒分形维数越大,pH值越小分维数趋于稳定所需循环次数越少;酸性溶液对颗粒崩解分维数的增长起到加速作用,碱性溶液对颗粒崩解分维数的增加具有阻碍作用且循环多次后分维曲线才渐趋稳定,但任何溶液条件下黏土类岩崩解的颗粒分形维数最终趋于相等.     

干湿和冻融循环作用下泥质白云岩宏观劣化研究

水岩相互作用是岩土工程及相关学科的研究热点。通过干湿和冻融循环试验,对泥质白云岩的力学特性劣化规律及扩容研究,取得了一定的成果。结果表明：(1)泥质白云岩在干湿和冻融循环作用下均会出现明显不均匀的强度劣化。60次循环作用下,干湿循环比冻融循环对岩石的影响更大。(2)冻融循环作用60次的岩样的抗压强度的总劣化度会随围压的增大而增大。(3)干湿和冻融循环作用下,屈服点(扩容点)与峰值点的应力比-围压呈线性关系。(4)60次循环作用下,低围压时,干湿循环岩样的泊松比大于冻融循环下岩样的泊松比,高围压时,冻融循环下岩样变形模量大于干湿循环下岩样的变形模量。     

干湿循环作用下露天矿边坡岩石损伤能量演化分析

水位升降对露天矿坑边坡岩石强度产生明显的弱化,因此,干湿循环对岩质边坡稳定性分析具有重要影响。通过不同干湿循环次数下的岩石单轴压缩试验,基于不可逆热力学损伤理论,分析外力总功、弹性能以及能量耗散之间的内在关系。实验表明:外部载荷对岩石所做总功,一部分转化为岩石弹性变形能,还有一部分以能量耗散的形式导致岩石发生不可逆的损伤。通过岩石室内试验,研究花岗岩力学性质变化规律,建立基于能量耗散原理的不同循环次数下花岗岩损伤演化方程。室内试验分析和理论研究表明,基于能量耗散原理建立的不同干湿循环效应下岩石损伤演化方程,可以较好地描述岩石的损伤演化。     

泥质岩和砂岩渗透率特征及其影响因素初步分析

泥质岩和砂岩是油气成藏过程的两种重要输导介质,其渗透率的大小反映了其输导性能的好坏.前人对泥质岩渗透率特征及其影响因素和砂岩渗透率特征及其影响因素做了大量研究.对前人研究成果进行了分析,并指出了其需要解决的问题:泥质岩和砂岩在破裂前后渗透率的变化特征;泥质岩和砂岩的平行层面和垂直层面渗透率的差异研究;外加应力与裂缝成不同角度时,应力增减对裂缝渗透率变化的影响.     

单轴循环荷载对煤弹塑性和能量积聚耗散的影响

为了研究循环加载对煤岩弹塑性和能量积聚耗散的影响,对二2煤进行了单轴压缩循环加载实验,分析得出首次加载、卸载、再加载弹性模量呈正相关关系;随着循环数的增加,弹性应变会表现出倒"U"形变化,塑性应变表现出"U"形变化的规律,由应变引起的弹性模量E、弹性能量指数Wet和能量耗散率Wed都表现出倒"U"形变化的规律,首个平均弹性模量变化率η为30%,耗散的能量j sd呈"U"形变化,当弹性能量指数Wet达到最大值时,冲击现象最容易发生;分析出微裂纹的萌生传播速度随应力振幅的增加而增加,微塑性变形速度也随之增加,弹性能量指数在压密和线弹性阶段随加载程度的增加表现出先增加后减小的趋势,在"弹塑性临界点"达到最大值.     

红层软岩崩解破碎过程的分形分析及数值模拟

通过红层软岩的室内恒温保水和模拟大气条件的渐进崩解实验,跟踪观察崩解产物的粒度变化,引入分形几何的理论模型,提出利用分维数来定量描述红砂岩崩解破碎的非线性动态过程,并结合湘南某高速公路红层软岩路基工程建设,提出相应的崩解稳定分维数。研究结果表明:基于质量的分形分布模型能较好地描述岩石崩解破碎过程中粒度的分布特征,其分维数可作为判断红层软岩崩解完成与否的控制指标。通过计算机数值模拟,进一步验证了分形理论应用于崩解破碎过程定量描述的适用性,并以数值模拟实验得到的筛分数据,统计得出基于质量的分形分布和常用的R—R分布的参数之间的关系。     

基于能量耗散原理的红砂岩崩解机制研究

为了研究红砂岩的崩解机制,寻找阻滞其崩解的方法,通过分析红砂岩崩解过程中传递的不同能量类型及其定量计算方法,基于能量耗散原理建立红砂岩崩解的能量耗散模型。结合工程实例,运用该模型分析红砂岩在崩解过程中的能量变化规律。研究结果表明:在岩石自然环境中的崩解过程中,随着岩石粒径变小,其新增表面积越来越大,其新增表面能随时间呈线性增大,但是,在这个过程中,岩石对吸收能量的利用率下降,说明红砂岩在不同崩解阶段对吸收热量的利用率不同;红砂岩崩解能量利用率随崩解呈指数衰减。建议工程上在治理红砂岩问题时可采用预先崩解的方法,然后采用压实破碎,包边封闭的方法尽量减小红砂岩与外界环境接触的面积,切断软岩崩解所需的能量来源,以延迟其崩解。     

降雨-蒸发作用下膨胀土边坡的非饱和渗流分析

针对非饱和膨胀土边坡问题,考虑降雨、地表水入渗、地下水径流、地表蒸发、植被蒸腾等因素的作用,运用二维非饱和渗流模型求解不同气候条件下膨胀土边坡孔压、体积含水量的变化情况,通过分析得到如下结论:①持续降雨后,坡体内吸力减小,其中坡脚处的孔压最先达到正值,其次是坡中,最后是坡顶,因此持续降雨可扩大饱和区的范围,使边坡安全度降低;②坡脚、坡中及坡顶处体积含水量的差异除与土体孔压相关外,还与土体的水分特征曲线参数相关;③降雨-蒸发的干湿循环促使膨胀土滑坡内部土体的孔压、含水量的变化,从而形成裂隙,减小强度,降低边坡的安全度.     

不同洒水量下泥岩路基填料崩解特征的差异性研究

对泥岩进行预崩解是将泥岩等软岩作为路基填料的主要处理方法之一。通过对承德平泉地区分布的两种泥岩做不同洒水量下的干湿循环试验并使用X射线衍射仪进行观察分析,重点探讨泥岩崩解速率与泥岩颗粒粒径的关系以及不同洒水量下泥岩崩解的变化规律。结果表明:灰褐色与砖红色泥岩颗粒完全崩解时需要的干湿循环次数与泥岩的初始颗粒级配没有直接关系。两种泥岩作为路基填料时,在单次最佳洒水量下,均进行7次左右干湿循环后崩解处于稳定状态,可以为泥岩预崩解控制指标提供重要的参考,并为将泥岩填料作为路基的实际工程提供有效指导。     

屋顶绿化单体基质材料对降雨径流氮磷特征的影响

【目的】随着城市建设的发展,屋顶绿化成为拓展空间绿化的重要形式,但其径流氮磷浓度一直备受争议,选择对降雨径流氮磷浓度影响较小的单体基质材料是普及屋顶绿化需解决的关键技术问题。【方法】选用6种单体基质材料作为研究对象,比较其理化性质,并通过模拟降雨试验研究不同基质降雨径流氮磷浓度特征。【结果】泥炭土延迟产流能力最佳,椰糠与泥炭土径流削减率最高,分别为25.97%、23.44%; 有机基质降雨径流氮磷浓度趋势类似,发现初期冲刷效应,稻壳炭径流氮磷浓度初期冲刷效应最为严重,椰糠次之,泥炭土最弱; 蛭石对降雨中氨氮具有较好吸附作用,初期浓度削减率达到46%; 蛭石、陶粒对降雨中总磷具有较好吸附作用; 有机基质中稻壳炭降雨径流氮磷污染负荷最高,总氮、氨氮和硝态氮污染负荷分别达256.18、98.90、157.29 mg/m²。【结论】不同单体基质材料对降雨径流氮磷浓度影响差异较大,从径流水量与径流水质(氮磷浓度)来看,建议采用椰糠、泥炭土、珍珠岩、蛭石作为上海市屋顶绿化配方基质材料,即上海市供选择的污染负荷较低的“环境友好型”屋顶绿化基质材料。     

摩擦型耗能支撑钢框架结构抗侧力性能研究

将某六层高级住宅作为研究对象,设计了2个单跨两层钢框架结构试件,将其中一个试件嵌入摩擦型耗能支撑,另一个试件无嵌入,为普通试件。给出选用钢材的力学性能指标,介绍了试件的加载方法。对摩擦型耗能支撑钢框架试件的破坏情况进行分析。将侧移角达到1/50看作钢结构的破坏状态,对摩擦型耗能支撑钢框架结构和一般钢框架结构试件的抗侧承载力、抗侧刚度、延性、应力分布与变形进行测试。结果表明,摩擦型耗能支撑钢框架结构有很高的抗侧力性能。     

降雨径流的多重环境效应研究

为探究地表降雨径流的多重环境效应,选择广州市某校园教学区路面、生活区路面和办公楼屋面3种下垫面对其降雨径流进行监测,分析了微生物量、微生物活性、氮磷以及悬浮颗粒物的变化特征,并探讨了下垫面和雨前干期对微生物的影响、径流中氮磷营养盐的赋存形态以及污染物间的相关性。结果表明：不同下垫面降雨径流的环境效应存在较大差异,应针对其特征制定不同的径流控制对策;下垫面和雨前干期是影响降雨径流中微生物的重要因素,屋面径流微生物量与微生物活性的事件平均浓度EMC是路面径流的3.04倍与2.19倍;溶解态氮和颗粒态磷是降雨径流中营养盐的重要输出形态,降雨初期氮磷污染物浓度较高,随降雨时间延长浓度逐渐下降并趋于稳定值;随降雨径流迁移的主要是小于100μm的颗粒物,相关性分析表明TSS与TP、COD_cr呈显著正相关,去除悬浮物是控制降雨径流污染的有效途径。     

花岗岩残积层滑坡形成机理降雨模拟研究

花岗岩残积土是一种特殊土,在强降雨条件下极易诱发地质灾害。以广东省龙川县贝岭地区群发性滑坡为背景,采用物理模拟手段探究了典型滑坡的形成机理,结果表明：滑坡发生的影响因素为降雨强度、岩土体物理力学性质、斜坡结构;降雨并未引起坡体内部土压力及孔隙水压力数值出现异常增减,说明坡体破坏仅限与坡表及坡脚局部的破坏,未有整体变形破坏趋势;斜坡变形破坏在坡表表现为降雨造成的坡面侵蚀,坡脚表现为临空面的垮塌及潜蚀现象,总体上表现出“逐级后退、依次破坏”破坏特征;滑坡的演化过程可划分为以下4个阶段：原始斜坡演化阶段、土壤颗粒运移阶段、坡表局部破坏阶段、整体失稳阶段。     

降雨影响下紧邻桥梁软土基坑围护结构受力变形研究

某基坑受连续降雨影响,基坑围护结构及其紧邻桥梁桩基受力变形影响较大,施工安全风险大增。为此,本文基于饱和与非饱和土体强度参数变化规律和线性内插法对坑内土体力学参数进行计算,结合现场实测数据,采用有限元模拟分析了坑内降水及开挖所引起的围护结构受力变形规律及紧邻桥梁桩基变形规律,并探讨了降雨时长对基坑围护结构变形影响。结果表明,基坑开挖至坑底,围护结构发生“踢脚”大变形,易引起第一道混凝土支撑受拉脱落,最大水平位移发生在围护结构底部;桥梁桩基减弱了因开挖引起的基坑周围土体滑移,造成围护结构两侧受力不对称,导致其远离桩基侧变形过大;降雨引起坑内部分土体软化,使得围护结构水平位移进一步增大;在基坑非饱和区范围内且降雨强度一定时,围护结构水平位移量随降雨时长呈非线性加速增长趋势。     

水泥尾砂充填体劈裂拉伸破坏的能量耗散特征

应用INSTRON刚性伺服试验机对不同灰砂比的充填体进行了劈拉试验,测得荷载-位移和应力-应变全曲线.结合测得的力学参数计算出相关能量耗散特征参数,分析了不同情况下破坏过程的能量耗散变化规律,并通过数据统计回归建立了各种能量耗散指标与其影响因素的函数关系.实验结果显示:充填体只需吸收极少能量即可满足拉伸破坏所需,拉伸破坏是影响充填体断裂性质的主导因素.为防止充填体处于受拉环境,在矿房回采时应采用边孔控制爆破和不耦合装药,优化爆轰波破岩途径,减少欠挖超挖,保证矿柱形态规整,使充填体处于非拉区域以改善其受力状况;同时在矿房充填时应对需布设工程或应力集中区域等关键部位适当加大灰砂比,以增强充填体吸收破坏能量的能力.     

不同气体环境对液固混合FAE爆炸能量的影响研究

为了研究不同气体环境对液固混合FAE爆炸能量的影响,利用爆热量热计和密闭爆炸容器,分别在真空、空气和纯氧三种条件下,测定了液固混合FAE的爆热和准静态压力。结果表明：爆热和准静态压力的大小符合如下顺序：纯氧＞空气＞真空,即随着环境中氧气含量的增加,试样的氧化完全性更高,且释放出更多的能量;同时,通过对试验数据进行分析,拟合得到了准静态压力与试样爆炸释放能量的关系,即：试样的能量与准静态压力近似呈现线性关系,并满足 的关系式。