基于分形理论的固化土微观结构变化特性

为探究海洋环境中不同离子对固化土微观颗粒结构的影响,研究了钢渣+水泥固化土与水泥固化土在侵蚀环境下微观颗粒结构变化特点。选取海水中影响较大的3种离子对固化土试样进侵蚀性试验,对不种侵蚀龄期的试样进行电镜扫描,借助OpenCV图像处理软件对扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)图像进行处理,获得土体微观颗粒结构的形态特征,与试样无侧限抗压强度(unconfined compression strength, UCS)相结合,得到固化土微观颗粒结构变化与宏观强度变化的相互关联特性。研究结果表明：(1)在Mg²⁺作用下水泥固化土(CS)、掺激发剂的钢渣水泥固化土(A-SSP-CS)、钢渣水泥固化土(SSP-CS)的宏观强度变化与微观颗粒结构变化具有一定的相关性,且相关性在前期优于后期;(2)在Cl^-环境下CS、A-SSP-CS的宏观强度变化与微观颗粒结构变化在整个试验阶段内体现出较好的相关性,SSP-CS的宏微观相关性前期优于后期;(3)在SO₄^2-环境下,CS、A...     

有机污染土固化强度及电阻率特性

为揭示污染物含量及养护龄期对水泥固化有机物污染土的影响,以腐殖酸、风积沙及水泥模拟固化污染土,通过一系列室内试验,分析其无侧限抗压强度及电阻率的变化规律。研究发现：固化污染土电阻率及抗压强度随污染物含量增大而减小,随养护龄期增大而增大;电阻率与污染物含量及养护龄期分别呈良好的三次函数与对数函数关系;固化土抗压强度随电阻率增大而增大,呈现明显的相关关系,利用二次函数拟合,效果较好。可见固化污染土电阻率及无侧限抗压强度与腐殖酸含量的相关性,主要由于腐殖酸有较强吸水性,使得孔隙增加,以及有机物中主要官能团中H⁺与水泥水化反应产物碱性阳离子(Ca²⁺、Al³⁺)进行交换,产物包裹水泥颗粒,抑制水泥水化反应。     

海相固化土抗压强度特性试验研究

为探讨固化剂对某地海相土的固化效果,制备了固化剂掺量10%~14%,压实度94%~98%的固化土试样,经标准养护后,分别进行了7~180 d养护时间的无侧限抗压强度试验.试验结果表明:尽管固化土的无侧限抗压强度都分别随压实度和固化剂掺量的增大而增大,但对掺量为10%和12%的固化土来说,提高压实度,其强度增加则更为明显,而对于压实度为98%的固化土来说,增加掺量并不能有效增加其28 d之前的强度.另外,固化土的无侧限抗压强度随时间增长而增大,但超过90 d后已趋于稳定.     

固化对淤泥结构单元体多重分形特性的影响

为了更深入地考察淤泥的分形特性以及固化处理对淤泥分形特性的影响,以武汉市官桥湖淤泥为例,在分析淤泥扫描电镜图像的基础上,采用Matlab编程研究淤泥单元体的多重分形特性,并探讨水泥和粉煤灰固化对淤泥多重分形特性的影响,考察了多重分形参数与淤泥强度特性之间的关系.结果表明:淤泥单元体在一定像素尺度范围内具有多重分形特性,多重分形谱呈不对称的左钩状;多重分形谱能反映单元体的分布特征,固化处理使淤泥单元体结构分布均匀;容量维、信息维、关联维、多重分形谱宽和非对称系数与无侧限抗压强度关系密切,可用多重分形参数反映强度变化的规律.     

压实时间对固化土强度影响试验

以固化土压实时间、水泥掺量和养护龄期为控制变量,通过无侧限抗压强度试验研究上述变量对固化土强度的影响。结果表明:压实时间过长一方面使得固化土便于压实,另一方面又会损失压实时间内的胶结强度;对其进行机理分析,发现重塑固化土强度与试样干密度相关,并通过试验数据拟合出线性公式。建议固化土拌和后应尽早使用,以求更好地发挥水泥的胶结作用,否则必须提高其压实度,才能达到设计要求。     

养护围压对固化土固化效果影响的试验研究

固化技术在国内外已有广泛应用,但养护围压对固化土的影响还少有研究.为了探究养护围压对不同种类固化土固化效果的影响,进行了不同养护围压下的无侧限抗压强度试验和标准固结试验.试验结果表明,对于水泥固化淤泥,随着养护围压的增大,固化土的无侧限抗压强度和结构屈服应力都随之增大;对于水泥-石膏固化淤泥,养护围压可以更好地发挥石膏的作用,提升固化效果;对于固化污泥,养护围压对固化污泥固化效果的改善作用并不明显.     

冻融作用下水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构

为了解水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构,以凹凸棒土为外掺剂,通过室内试验的方法研究了冻融循环作用下固化土的无侧限抗压强度、质量损失率及T2谱分布曲线.结果表明:养护28 d后,随外掺剂掺量增加,固化土的强度逐渐降低;随冻融循环次数增加,固化土的强度先增长后降低;掺加外掺剂固化土相比无外掺剂固化土,其强度明显降低;掺加外掺剂、无外掺剂和无苯酚无外掺剂三类固化污染土的累计质量损失率随循环次数的增加而增大,且呈相似的变化规律;在冻融循环3次时,固化土的孔隙减小且孔径变小,冻融循环5次和10次时,固化土的孔隙增加且孔径变大.由此可见,凹凸棒土虽使固化土强度降低,但因特殊的性质,对污染物的固化稳定化效果增强;固化土的强度变化与其内部孔隙和孔径有关.     

微生物注浆固化粉土的微观结构与作用机理

【目的】确定微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术注浆固化吹填粉土的强度效果,明确其微观控制因素与固土作用机理,为微生物固土技术应用于处理吹填粉土提供理论参考。【方法】通过不同注浆轮次微生物注浆固化吹填粉土,采用无侧限抗压试验、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞分析以及化学分析等方法,比较微生物注浆固化处理吹填粉土的强度、矿物成分、胶结CaCO₃含量、土体微观形貌和土体孔径分布等差异。【结果】 对吹填粉土先后恒压注入A₆₀₀=1.2的巴氏芽孢杆菌和0.1 mol/L的CaCl₂与尿素胶结溶液1～6轮后,其无侧限抗压强度较未处理土分别提高26.8%、33.0%、36.4%、39.6%、59.8%、61.8%,强度随注浆轮次的增加而增加; 微生物固化吹填粉土中的主要胶结物为方解石型CaCO₃,其在土体内部起到胶结土颗粒与填充孔隙两方面作用,微生物注浆固化粉土强度随CaCO₃含量增加而增加并存在敏感阈值,当固化粉土中的CaCO₃含量超过阈值时,固化效果会显著提升,不同粉土的阈值存在差异; 微生物注浆加固改变了吹填粉土的孔隙分布,直径10～300 μm的孔隙显著减少,对10 μm以下细小孔隙影响不大。【结论】采用微生物注浆方式固化吹填粉土是有效的。微生物注浆固化粉土的强度形成受其微观胶结结构与CaCO₃含量影响,吹填粉土的孔隙尺寸能够与巴氏芽孢杆菌的菌体尺寸相容,微生物注浆会显著减少吹填粉土中10 μm以上的孔隙。     

五种固化滨海盐渍土强度与工程适用性评价

为解决滨海盐渍土的吸湿软化性问题,分别采用水泥、石灰、粉煤灰和高分子材料SH固土剂固化滨海盐渍土.经五种固化土的无侧限抗压强度测试结果证实,其中0.9%SH固土剂+10%石灰固化方法和0.6%SH固土剂+12%石灰+36%粉煤灰固化方法的固化土强度较高且工程适用性较好.采用石灰、粉煤灰一类的常规建筑材料并辅助少量的液体高分子材料对滨海盐渍土进行改性固化,不但提高了固化滨海盐渍土的强度和水稳性,而且施工简便、费用低廉.固化滨海盐渍土满足高速公路填筑路堤的强度指标要求,适宜大规模的道路工程应用.     

粗粒土的级配方程及应用

采用二次函数建立了颗粒含量P与相对粒径x自然对数的非线性关系,提出了一种可以描述连续级配粗粒土的级配方程,验证了方程的适用性。将非连续级配粗粒土级配曲线离散为局部连续级配曲线,通过坐标变换,在连续级配方程基础上构建了非连续级配粗粒土的级配方程,采用数据论证了该方程的适用性,结果表明非连续级配方程可以很好地描述复杂形态的级配曲线。基于已有试验数据对连续与非连续级配方程进行了应用分析。结果表明,非连续级配方程计算Hardin相对破碎率与实测值更为吻合。本文研究成果将有助于理解粗粒土工程特性与级配的关系。     

基于分形理论的雷电冲击土体等离子体通道发展研究

等离子体通道对岩土体破坏过程具有内动力作用，针对雷电冲击岩土体后的等离子体通道发展进行研究，从电击穿的角度构建岩土体击穿通道的随机概率模型，采用拉普拉斯方程计算电场，引入分形理论计算发展概率，得到等离子体通道路径模拟图。采用盒维数法计算分形维数来反映等离子体通道发展情况，分析了土体电阻率、雷电流幅值及内部电压降对分形维数的影响规律。结果表明：随着土体电阻率增大，分形维数逐渐减小；随着雷电流幅值增大，分形维数逐渐增大；随着土体内部电压降增大，分形维数逐渐增大，且在土体电阻率越小时，分形维数变化越显著。研究证明，运用二维图像方式直观表现出岩土体内等离子体通道发展，并利用分形几何定量描述岩土体内等离子体通道的发展规律，有助于预测岩土体破坏过程的发展，便于进一步研究岩土体电击穿的物理本质。     

微生物固化含黏粒花岗岩残积土的强度机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcium carbonate precipitation, MICP)可以改善花岗岩残积土的工程力学特性,但其固化效果受黏粒含量的影响较大。在花岗岩残积土中掺加不同黏粒进行MICP固化试验,对固化后的土样测定其碳酸钙含量,并进行无侧限抗压强度试验,研究不同黏粒含量对固化效果的影响。在此基础上,开展了固化后试样的核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)试验,从细观角度研究黏粒含量对花岗岩残积土的固化机理。结果表明：微生物固化土样的强度主要包括土体骨架强度和碳酸钙胶结强度两部分,前者受土体自身孔隙率影响,后者则通过碳酸钙晶体的沉积量影响固化土样的强度;随着黏粒含量的提高,试验土样内孔隙率缩小,碳酸钙的沉积量也随之减小,固化后的强度提高不明显;掺加适量的红黏土(最优黏粒含量为60%),在不改变土样其他性能条件下可以获得较高的固化强度。     

基于分形理论的地震数据分析

根据地下结构的分形特征,采用分形理论中的计盒维数法的短时分维数方法,对地震数据进行了分析研究.该方法使用一短的时间窗沿地震道或其瞬时属性道滑动,计算每一窗的分维数,得到地震资料或其瞬时属性的维数道,并通过理论模型和实际地震资料的计算对该方法进行了验证.结果表明,该方法可以准确诊断地下结构的断层位置,是分析地下结构缺陷的一种非常有效的方法.     

粉煤灰固化超盐渍土的抗剪强度及耐久性

利用宁夏平罗县姚伏的超盐渍土,分别掺入5%、10%、15%、20%、25%、30%的粉煤灰进行固化改良,通过三轴试验,研究7d和28d龄期压实系数为90%、93%、96%固化盐渍土的抗剪强度;定性观察分析365d龄期的固化超盐渍土的耐久性.结果表明:当粉煤灰掺量在0~10%时,黏聚力增加显著;当粉煤灰掺量在10%~30%时,黏聚力增加缓慢.当粉煤灰掺量在0~15%时,摩擦角增加缓慢;当粉煤灰掺量在15%~30%时,摩擦角增加显著.7d与28d龄期固化超盐渍土相比较:当粉煤灰掺量在15%以内时,随着龄期的增加黏聚力和摩擦角有小幅波动变化;当粉煤灰掺量在15%以上时,随着龄期的增加黏聚力有增加的趋势,而摩擦角有降低的趋势.建议利用粉煤灰固化超盐渍土时,最佳掺量控制在10%~15%.365d龄期的各组固化盐渍土均处于松散状态,因此,利用粉煤灰固化超盐渍土需进一步研究改善其耐久性.     

分形在砂状氧化铝强度研究中的应用

应用分形理论研究了砂状氧化铝表面形貌和强度的关系. 采用扫描电镜分析了一系列种分、碳分氧化铝颗粒的形貌特征, 进行了分维数的计算和磨损指数的测定. 研究结果表明, 碳分氧化铝的磨损指数随分维数增大而增大;种分氧化铝磨损指数和分维数之间的关系必须结合形貌结构进行分析, 形貌结构类型相同的种分氧化铝的磨损指数随分维数增大而增大.     

基于分形理论的固井水泥浆体系设计

为了有效解决复杂工况下油井水泥混合料配比设计面临的难题,引入分形几何理论建立了颗粒群分形级配模型,结合激光粒度测试得到的材料粒径分布状况及分形维数的合理筛选(D=2.561),假定在小于1.68、1.68～56.23、大于56.23μm三个粒径范围内分别填充微硅、水泥和漂珠,设计出密度为1.40g/cm3的低密三元级配体系,并参照塔里木深井固井技术指标对体系水泥石力学性能(抗压、抗折和界面胶结强度)和浆体性能进行了测试.结果表明,三元体系紧密堆积效果显著,水泥石强度明显高于同密度的微硅或漂珠类二元体系,浆体失水量和析水率较低,稳定性好,稠化和流变性能均满足固井施工要求.实验结果验证了应用分形级配理论辅助设计固井水泥浆体系的可行性.     

基于分形理论的汽轮发电机组故障诊断

分析了汽轮机发电机组的几种常见故障及其表现形式，利用传统的频谱分析方法对某汽轮发电机组进行了状态分析，并研究了该发电机组在不同运行状态下的关联维数，给出了利用分形理论对汽轮机发电机组故障实施故障诊断的判据，利用数字量信息-关联维数作为诊断标准有利于计算机对设备的运行状态进行识别与判断，为机械设备的在线监测与故障诊断提供了可靠的工具，该方法为复杂机械的线监测与故障提供了新的思路。     

基于分形理论的表面粗糙度测量研究

提出了一种基于分形几何理论的表面粗糙度测量与分析的方法。这种方法首先采用图像处理技术获取试件表面形貌的图像数据,然后利用分形几何的相关理论建立数学模型。依据模型对图像数据进行处理,得到能体现表面粗糙度等级的分形几何参数。