含水率和冻融循环对筋土界面剪切特性的影响

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提高时,筋土间的抗剪强度减弱。加筋可显著提高冻土的抗剪强度,当界面温度为-10℃时,土工格栅-砂土界面剪应力峰值较冻结后砂土的剪应力增加了约20%。筋土界面剪应力随着界面温度的降低而增大,当界面温度在0℃以下时,剪应力较大且剪应力-剪切位移曲线会出现峰值强度和残余强度,而在无冻结情况下,筋土界面剪应力稳定值基本相同。冻融循环后筋土界面的抗剪强度减小,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随着冻融循环次数的增加而减小,但在4次冻融循环后趋于稳定。研究成果可为冻土地区土工格栅加筋土结构的设计和应用提供理论依据。     

波速测试法在冻结粉质黏土强度研究中的应用

采用超声波技术测定冻土强度指标和分析其影响因素是目前冻土学术界及冻土工程领域研究的重点课题,冻土纵波波速与温度和含水率关系研究是该课题研究的重要和关键内容.用SYC-2型超声波测试仪和20 kHz超声换能器实测了不同温度和不同含水率下冻结粉质黏土的纵波波速,对实验数据进行了分析,结果表明:含水量一定时,总的趋势是冻结粉质黏土纵波波速随冻结温度的降低而增加,-7 ℃是冻结粉质黏土波速增长的拐点,-20 ℃是冻结粉质黏土波速快速增长的拐点;冻结温度一定时,其纵波波速和冻土强度随含水率的增加有下降的趋势,含水率20%是纵波波速变化的拐点, 含水率大于24%时,纵波波速增长趋于平缓.文章结论对冻土工程设计与施工及基坑挡土墙冻结工程有较强的参考价值.     

冻土比热的影响因素研究和测试

热参数是进行冻土温度场评估和强度稳定性计算的先决条件,但其数值由于组成材料的多相性和水物态变化的持续性而难以确定。为揭示四相系冻土材料的比热与其干密度、饱和度和温度的关系,研究了压力、温度、物态变化对土比热的影响。在此基础上,依据自然冻土和人工冻土的存在温度、干密度和含水量,配制了多种黏土试样。通过低温恒温循环槽和比热容测试仪等仪器设备,实测了试样的比热容。研究表明,当干密度一定时,冻土的比热随饱和度的增大而增大,其原因在于孔隙水比热对土比热的贡献随饱和度的增大而增大;当饱和度一定时,比热随干密度的变化而变化,但其趋势在高饱和度和低饱和度阶段呈现不同的规律,这可能源于土颗粒与水的质量占比和水土比热的差异都对比热有重要影响但影响权重不同。另外,论文还研究了误差的原因在于热平衡持续阶段的热量损失难以评价,并提出了提高绝热效率的改进方向。     

高温冻土剪切力学特性试验研究

利用重塑土的直剪试验,探讨-2℃条件下青藏地区3种不同土性(粉质黏土、粉砂、细砂)冻土的直剪力学特性。结果表明:高温冻土剪切特性与土性、密度、含冰量密切相关;剪切位移-剪应力曲线在相对密实条件下呈应变软化型,而在相对松散状态下呈应变硬化型;不同密实条件下粉质黏土的内摩擦角随含冰量的增加表现为先降低后增加,而细砂的内摩擦角随含冰量的增加而增加;在相同含冰量条件下粉质黏土、细砂的内摩擦角随密度的增加而增加;粉砂在不同密实条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土类似,但在相同含冰量条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土、细砂相反;-2℃条件下不同土性高温冻土黏聚力随密度、含冰量变化的规律不明显。高温冻土地区的工程建设应根据土性、密度、含冰量情况合理选取抗剪强度指标。     

冻结黏土的强度与变形特性及参数研究

为了更全面地分析冻土的强度与变形特性,以皖北某矿取样的原状黏土为研究对象,进行不同温度(-5℃、-10℃、-15℃)下的单轴抗压强度试验和三轴剪切强度试验.试验结果表明,在试验温度下,试样单轴抗压强度的应力-应变曲线为应变软化型;试验条件下,冻土三轴剪切应力-应变曲线可以用双曲线模型描述.随着温度的降低,冻土的单轴抗压强度和弹性模量均增加.初始弹性模量和极限偏应力均与围压呈正相关,与温度呈负相关.冻土的抗剪强度随围压增加而增大,随温度增加而减小.通过冻土三轴试验得到的抗剪强度指标推算单轴抗压强度,可以为人工冻结法施工提供理论依据.     

现浇混凝土-冻土接触面传热特性影响因素研究

现浇混凝土-冻土接触面传热特性直接影响灌注桩表面冻结强度,研究现浇混凝土-冻土接触面传热特性影响因素对冻土区桩基础设计和施工具有重要意义。基于小型模型桩试验条件建立数值模型,开展混凝土浇筑过程中混凝土-冻土接触面传热特性研究,分析了混凝土浇筑温度、水胶比、冻土温度、冻土含水量引起的接触面热流和温度变化。结果表明:浇筑温度由5℃升高至30℃,0.5 h混凝土与冻土接触面热流增大381.2%.水胶比由0.4增大至0.6,0.5 h接触面热流减少23.7%.接触面温度随冻土含水量的增大呈先增大后减小趋势,峰值在冻土液限附近。导热系数和相变热作用的转变起到了决定作用。冻土温度在-1~-3℃之间降低时,接触面温度随冻土温度降低而升高。浇筑后0~1 h(尤其是0~0.5 h)是混凝土对冻土释放热量的主要时间。     

环境温度对活立木横截面电阻值的影响

为研究环境温度对活立木内电阻值的影响,采用树木电阻断层成像仪在不同温度下对落叶松和小叶杨两种活立木进行检测,获取截面二维电阻图像并分析其变化,量化横截面内各点电阻值及其与温度之间的关系。结果表明:①落叶松横截面心材电阻值较低,边材较高。随温度降低,边材红色区域(高电阻区)面积减少,心材蓝色区域(低电阻区)面积增大; 而小叶杨电阻图像呈现完全相反的规律。但随温度降低,两树种整体平均电阻值均增大。②样本立木电阻值与环境温度之间存在极显著的指数函数关系(P<0.01),模型相关系数R≥0.822,小叶杨甚至高于0.926,因此认为模型有很好的拟合优度。 ③在落叶松样本立木中,当温度大于0 ℃时,横截面内沿径向分布的各点电阻值之间变化不明显,最大差值为1 236 Ω(3.0 ℃时); 而温度小于0 ℃时波动很大,最大差值达到3 299 Ω(-5.0 ℃时),曲线存在较为明显的两个波谷和中间一个波峰。④在小叶杨样本立木中,随环境温度降低,横截面内沿径向分布的各点电阻值都呈增大趋势; 从边缘到髓心再到另一侧边缘,沿径向分布的电阻值呈由低向高逐渐增大、到最大值后再逐渐降低的趋势。     

温度对季冻区粉质黏土强度及变形特性的影响

为研究温度变化对天然状态及饱和状态下粉质黏土强度以及变形的影响,以典型季冻区广泛分布的粉质黏土为研究对象,通过GDS非饱和土三轴测试系统对天然状态下非饱和土以及GDS温控式静/动三轴测试系统对饱和粉质黏土,在不同温度条件下进行三轴试验。对试验结果进行研究分析可得：非饱和以及饱和粉质黏土的应力-应变曲线均呈现出应变硬化的特性。非饱和粉质黏土的黏聚力随温度降低表现出不断增加的趋势,而内摩擦角随温度降低逐渐减小,但整体变化趋势较小。饱和土的黏聚力与非饱和土变化趋势相同,随温度的降低其黏聚力逐渐增加,但相同温度时其黏聚力小于非饱和土,其内摩擦角则呈先减小后增加的转变趋势。无竖向压力作用时,相同围压条件下,非饱和与饱和粉质黏土轴向变形量随温度降低而增加,相同温度条件下,两者的轴向变形量随围压的增加会有所减小。试验成果可为季冻区粉质黏土地层工程的设计施工提供理论依据。     

洗衣粉污染土压缩特性及电阻率的试验研究

采用人工拌和方法制备4种不同洗衣粉含量的污染粉土,通过常规土工试验、压缩试验和电阻率测试,研究洗衣粉含量对土体稠度指标和压缩性的影响以及电阻率变化特性。试验结果表明:洗衣粉污染土的液、塑限随洗衣粉含量的增加而增大;当洗衣粉质量分数9g/kg时,污染土的液、塑限值小于无污染土的液、塑限值,洗衣粉污染土的塑性指数均大于无污染土,塑性指数随洗衣粉含量增加而增大;当含量达到9g/kg时,塑性指数达到最大值;之后随洗衣粉含量进一步提高,塑性指数减小。压缩试验表明,除洗衣粉含量为1.5g/kg的污染土外,当压力区间在600kPa以内时,污染土的压缩性均高于无污染土;当压力小于400kPa时,随洗衣粉含量提高,污染土的压缩性先增大后减小;随着压力增大,污染土与无污染土的压缩性均表现出减小的趋势,当压力为600~800kPa时,污染土的压缩性与无污染土的压缩性趋于相同,后者略大于前者。污染土的电阻率与洗衣粉含量存在负指数相关,基于阿尔奇电阻率模型,建立了推广的洗衣粉污染土的电阻率模型。     

新型热敏厚膜电阻器浆料

美国Ferro corporation的电子材料部推出了SEN-SOHM系列热敏电阻器浆料.这种热敏电阻器浆料制造的电阻会随温度的改变而大幅度地变化,当温度在—55℃至150℃范围内变化时,电阻随之发生反向(850—N系列)或正向(850—P系列)的相对线性变化,而电阻率以10为档级在100欧至100万欧的范围内变化.电阻温度系数在标准条件下分别为每摄氏度负百万分之1.000和正百万分之1.000.     

含水率与含砂率对软黏土电阻率影响试验研究

软黏土电阻率是电渗固结时的重要参数,直接影响着电渗固结的效率、阴阳极之间的间距设置等。含水率与含砂率是软黏土电阻率最常见的两个影响因素,需深入研究。试验采用改进的Miller Soil Box,测试了20个不同含水率、不同含砂率的软黏土土样的电阻率。依据试验数据结果,分析软黏土含水率对电阻率的影响、软黏土含砂率对电阻率的影响,以及含砂率与含水率对电阻率的交互影响。试验结果表明电渗固结适用于含砂率低且含水率高的软黏土,高含砂率对电渗固结是不利的,遇到高含砂率的软黏土时,不易采用电渗固结;电渗固结时,软黏土中含水率小于20%时,随着含水率的降低土样的电阻率急剧上升,故将软黏土中的含水率降低到20％左右时,可以作为停止电渗固结的参数之一。     

土冻结过程中水热变化特性的模型试验研究

为研究正冻土水热变化特征及它们之间联系,对非饱和黏土进行单向冻结模型实验,结果表明：土在冻结温度附近降温速率最小,持续时间较长;靠近表面土降温快,较其下部土提前进入冻结,且冻结历时短;靠近顶面的测点温度曲线重合度不如其下层,可能因为受外界次要因素干扰时深层土壤受影响小;正冻土温度分布大致分为两段,冻结区线段斜率大于未冻区,随冻结时间增加,非冻结险段线段斜率会先增大后减小,最终两段线变为一段线,此时温度沿土柱高度线形分布;未冻水含量变化拐点大致在冻结锋面处,距冻结锋面越近,吸力越大,水分迁移量越大,随冻结时间的增加,非冻结区水分迁移速度变大;未冻区土水势梯度最小,正冻区及冻结区土水势梯度大小关系并不明确;未冻水含量变化与温度变化一致,未冻水含量变化分为三个阶段：缓慢下降阶段、快速下降阶段、指数下降阶段。     

海相人工冻土热物理特性试验研究

【目的】沿海城市轨道交通主要穿越海相深厚软土,需要大量使用冻结法施工,而该地区典型土层热物理特性是冻结法设计的关键依据。研究土质、冻融条件等因素对海相人工冻土冻结温度、热物理性质和冻融性质的影响可为该地质条件下的隧道施工提供基础资料。【方法】选取宁波地区3种典型土层,即淤泥质黏土、粉质黏土和砂质粉土,开展冻结温度和热物理参数测定,以及封闭与开放系统下冻胀融沉试验。【结果】3种土层冻结温度为-0.43～-0.23 ℃,且以砂质粉土的较高,粉质黏土的次之,淤泥质黏土的较低; 不同土层热物理性质不同,但其常温土的导热系数和容积热容量大小呈现一致性,表现为砂质粉土最大,粉质黏土次之,淤泥质黏土最小; 冻土的导热系数、容积热容量和导温系数均大于常温土,冻土导热系数为常温土导热系数的1.37～1.77倍,且颗粒越粗差异越大; 各土层冻胀率和融沉系数相差较大,冻胀率较大的土层其融沉系数也较大,表现为淤泥质黏土＞粉质黏土＞砂质粉土; 开放系统补水冻结过程下各土层冻胀率和融沉系数分别为封闭系统冻结过程不补水工况下冻胀率和融沉系数的1.23～1.88倍和1.21～1.84倍。不论是开放系统还是封闭系统,海相土体各土层的融沉过程相似,可分为缓慢融沉、快速融沉和稳定融沉3个阶段。【结论】海相土体的冻结温度、热物理性质和冻融性质与其土质、状态和冻融条件等因素密切相关,在进行海相土体冻结法设计与施工时,应充分考虑其物理特性的差异性。     

基于差示扫描量热法的哈尔滨黏土未冻水含量特性

为研究哈尔滨黏土在低温条件下冻土中未冻水含量特性,通过差式扫描量热法(differential scanning calorimetry, DSC)研究了不同初始含水量的哈尔滨本地黏土、高岭土和蒙脱土在冻结过程中的未冻水含量变化,并结合微观角度的扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)实验、中观角度的液塑限实验对不同黏土颗粒土质以及哈尔滨黏土粒度进行实验研究。结果表明,温度因素对于未冻水含量变化的影响最为显著,可将未冻水含量的变化过程依据节点温度分为3个典型阶段,分别为恒定不变段、剧烈下降段和缓慢降低段。初始含水量主要影响冻结过程第二阶段,初始含水量越高,第二阶段冻结的水量越多。土质不同,其未冻水变化曲线不同。粒度分布主要影响冻结过程的第三阶段,粒径越小,等效微小孔隙越多,第三阶段未冻水含量变化相对更剧烈。可见哈尔滨黏土的冻结过程中的未冻水含量特性除了与初始含水量和温度有着密切联系,同时也受到土体的土质、粒度的影响。     

季节性冻土区黏土冻结深度预测

合理确定冻结深度是季节性冻土区防冻设计的关键,为研究季节性冻土区黏土的冻结深度,统计了中国部分季节性冻土地区气温,获得了这些地区的气温特征,以此确定了室内试验的温度边界条件,开展了10％、20％、30％3种不同质量含水量的单向冻融循环试验.研究结果表明,10％、20％、30％3个试样的最大冻结深度分别为28、15、12cm;鲁基扬诺夫公式预测值较Stephan公式、《建筑地基基础设计规范》公式、《冻土地区建筑地基基础设计规范》与《冻土工程地质勘察规范》公式的预测值更准确;利用未冻水体积含水率修正了《冻土地区建筑地基基础设计规范》的冻结深度计算值,其误差在6％之内,因而建议在季节性冻土区的黏土地区用该修正公式计算设计冻结深度.     

基于差示扫描量热法的冻土冻融过程未冻水含量计算模型

通过差式扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)试验,研究不同初始含水率下黏土在冻融过程中未冻水含量与温度的关系,将融化和冻结过程中冻土未冻水含量的特征点作为参数,建立黏土未冻水含量与温度关系半经验模型,并分析初始含水率对参数的影响。结果表明:模型计算值与试验值吻合较好;初始含水率对黏土冻结时的过冷温度影响较小;完全融化温度随初始含水率增大略有上升;不同初始含水率的相同土质的未冻水含量在同一温度点的变化较小。     

低温冻结状态下岩石的变形特性及力学行为研究

为研究冻土地区不同含水状态下冻结岩石的力学行为,对凝灰岩和玄武岩冻土试件进行了常温20℃和低温-20℃下的单轴压缩试验和巴西劈裂试验.通过观察其变形行为和声发射活动,研究了其断裂破坏过程以及饱水率对材料强度和变形性能的影响.结果表明,冻结岩石的破裂过程分为以下几个阶段:Ⅰ阶段为裂纹气孔闭合;Ⅱ阶段为弹性变形;Ⅲ阶段为裂...     

工业废渣用于地下工程止水帷幕的试验

等厚度水泥土搅拌连续墙作为止水帷幕,具有适应地层广、成墙品质好等独特的优点;但在推广过程中的最大障碍是造价过高;若粉煤灰和矿渣等工业废渣替代部分水泥,则其应用范围将大大提高。为测试工业废渣代替水泥的性能,笔者做了大量无侧限抗压强度和渗透性试验。试验结果表明:性能差别不大的情况下,粉煤灰和矿渣可以部分替代水泥;复合水泥土存在最优配合比,对于黏土,最佳掺入比为30%,最佳水固比为0.6;对于砂土,最佳掺入比则为40%,最佳水固比为0.6;总体而言,粉煤灰配合砂土的物理力学性质较优,矿渣则更适合黏土。添加粉煤灰或矿渣的黏土长期强度接近;而添加粉煤灰的砂土强度平均值比添加矿渣大2.4倍,同时更加稳定。添加粉煤灰的黏土和砂土平均渗透系数是添加矿渣的35%左右。     

不同因素对浅表土冻结温度的影响

通过自制的冻结温度试验装置,以南京地区浅表土为研究对象,分析了淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂3种不同土质在不同含水率、盐分含量以及不同水质条件下的冻结温度规律。结果表明：在试验的含水率范围内,土体冻结温度随含水率增加呈近似线性升高,随盐分含量增加直线降低,而干密度的变化对土体冻结温度影响不大。