基于图像处理的压实红黏土裂隙特征

通过室内试验研究了内蒙古压实红黏土在不同干燥温度条件下干缩裂隙的发展规律,探讨了红黏土产生裂隙时含水率的变化情况,采用图像处理技术定量分析了压实红黏土在干燥过程中裂隙的几何特征(平均裂缝宽度、裂缝总长度、裂隙率)与分形特征(分形维数).结果表明:不同干燥温度下,试样含水率随干燥时间的变化趋势相似,试样在初始干燥阶段失水较快,呈线性变化趋势,随着干燥时间的延续,水分蒸发速率逐渐减缓,最终达到稳定;温度对试样收缩裂隙的发展影响显著,温度越高试样裂隙发育达到稳定状态所需时间越短,且裂隙几何特征值与分形维数越大,温度低则相反;裂隙分形维数与裂隙长度、裂隙平均宽度以及裂隙率呈指数函数关系.     

干湿循环作用下剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂作用及影响因素

为研究干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的抗裂效果，分别开展了素土和剑麻纤维加筋膨胀土的干湿循环试验，并采用图像处理技术提取试样表面裂隙参数，分析了剑麻纤维含量及长度、干湿循环次数、试样含水率对裂隙发育的影响.结果表明：1）剑麻纤维加筋膨胀土具有较好的抗裂性能，且剑麻纤维的掺入对膨胀土的裂隙率和裂隙平均宽度影响较大，相较于素土试样，最优加筋土试样的裂隙率和裂隙平均宽度均比素土试样减小了约1/2. 2）纤维长度相同时，随着纤维含量的增大，裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度和分形维数均呈先减小后增大的趋势，且纤维含量为0.4%时各参数值最小；纤维含量相同时，纤维长度对各裂隙参数影响不大.3）随着干湿循环次数的增加，加筋土和素土试样裂隙参数均呈逐渐增大趋势，但纤维加筋土裂隙率和裂隙平均宽度的增大幅度均比素土小；从第5次干湿循环开始，各裂隙参数增长趋缓.4）单次脱湿过程中，试样含水率由20%降至10%时，裂隙急剧发育，且素土裂隙的发育对含水率的变化更加敏感，含水率低于10%时，随着含水率的减小，试样裂隙率变小并趋于稳定；相同含水率条件下，剑麻纤维加筋土具有更好的抗裂性能.5）剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂机理主要表现在两方面，一方面是剑麻纤维的掺入增大了膨胀土的渗透系数，促进了试样内水分的均匀分布，减小了试样各处的胀缩差异；另一方面纵横交错的剑麻纤维约束了聚集体之间大孔隙的收缩.     

掺入秸秆纤维对固化高含水率淤泥黏滞特性影响研究

黏滞性是影响高含水率疏浚淤泥固化施工的重要工程特性。向高含水率疏浚淤泥流动固化土中添加秸秆纤维,开展黏滞度试验,探讨不同纤维掺量下淤泥流动固化土的黏滞特性。试验结果表明:相同剪切速率下,纤维掺量小于3%时,淤泥流动固化土剪切应力基本不受掺量增加的影响;纤维掺量≥3%时,剪切应力随掺量增加而降低。淤泥流动固化土动切力随秸秆纤维掺量增加而缓慢降低;黏滞系数随秸秆纤维掺量增加呈现先缓慢降低之后快速上升的变化规律。不同剪切速率下,淤泥流动固化土黏度随秸秆纤维掺量增加而缓慢降低。     

粉煤灰改良膨胀土脱湿过程裂隙发展规律与影响因素研究

环境温度、初始含水率、粉煤灰掺量和干密度均对膨胀土的幵裂有重要影响,为了分析初始含水率和粉煤灰掺量对膨胀土裂隙发展过程、发育规律、发展机制的影响进行了多组脱湿过程裂隙开展试验;并进行了定量分析。结果表明试样裂隙可分为三神:一条主裂隙加上多条次裂隙、三岔口型裂隙、环状裂隙其中掺有粉煤灰试样大多数出现第三种裂隙未掺粉煤灰的试样出现第一、二种裂隙。随着试样含水率減少脱湿过程可分为三个阶段:无裂隙阶段、裂隙产生和发展阶段、稳定阶段。裂隙度随初始含水率的增大而增大随粉煤灰掺量的增加而减小。粉煤灰掺量对未养护试样的临界含水率影响不大养护后其临界含水率增大。     

柠檬酸对固化硼废弃物性能的影响

目的研究柠檬酸改善固化硼废弃物性能的作用.方法测试柠檬酸对固化硼废弃试样抗压强度和凝结时间的影响,用电镜扫描观察掺入柠檬酸前后微观结构的变化,并用XRD分析其水化产物.结果当柠檬酸掺量为1.0%时,试样的3 d和28 d抗压强度达到最大值,分别为17 MPa和47 MPa,柠檬酸掺量在0.4%～1.0%时,对凝结时间影响较为显著.微观分析发现,掺入柠檬酸的硫氧镁水泥试样有较多的针柱状的5·1·7相晶体产生而没有Mg(OH)_2晶体,且5·1·7相峰值强于未掺入柠檬酸的试样中的3·1·8相峰值.结论固化硼废弃物试样的3 d和28 d抗压强度随柠檬酸掺量的增加先增加后减小,在掺量为1.0%时最高,浆体的凝结时间呈逐渐延长的趋势.     

玄武岩纤维加筋黄土力学性质及微观机理研究

为探究玄武岩纤维应用于黄土加筋的作用机理,本文采用三轴试验和电镜扫描试验分析了玄武岩纤维尺寸、掺量、含水率等因素对加筋黄土试样的偏应力—应变曲线、抗剪强度指标及微观结构的影响。结果表明：(1)不同纤维尺寸加筋作用下,试样偏应力—应变曲线变化趋势相似,且试样抗剪强度随掺量的增加均呈现先增加后减小的趋势,但各自所对应的最优掺量有所区别。(2)试样抗剪强度的提高主要体现在土体黏聚力的提高,内摩擦角变化不明显。(3)加筋土样中土颗粒与纤维的接触形式及纤维的受力特点与纤维的尺寸及掺量有关。(4)纤维的加筋效果由多种因素相互作用所决定,当纤维尺寸为12 mm,掺量为0.4%时加筋效果最优。玄武岩纤维合理掺加可有效增强黄土抗剪强度,改变土体微观结构。     

秸秆纤维改良高含水率疏浚淤泥的干缩特性研究

开展室内干缩试验,探究秸秆纤维掺量、尺寸等对疏浚淤泥干缩特性的影响。通过测定裂缝开展临界时间T_(IC)、最大裂缝宽度、表面裂隙率等物理指标评价改良效果。试验结果表明:秸秆纤维可以有效促进疏浚淤泥干缩;随着秸秆掺量增大,T_(IC)逐渐降低并在掺量达到3%后趋于稳定;最大裂缝宽度与秸秆掺量呈负相关;表面裂隙率随纤维掺量增加而先减小后增大,纤维掺量为5%时的表面裂隙率最小;秸秆掺量≤1%时,纤维尺寸对T_(IC)、最大裂缝宽度、表面裂隙率的影响不明显,秸秆掺量1%时,3个物理参数随纤维尺寸增大均先减小后增大,且尺寸为0.6～1 mm的秸秆纤维的参数值最小。     

纤维地聚物改性粉质黏土无侧限抗压强度试验研究

通过对杭州市某隧道工程开挖产生的废弃粉质黏土添加不同改良剂后开展无侧限抗压强度试验,研究了不同矿渣掺量、矿渣-粉煤灰比例、聚丙烯纤维掺量条件下改良土样的抗压强度特性,并对抗压强度形成的机理进行了分析;同时,基于扫描电镜（Scanning electron microscope,SEM）试验对反应土体孔隙特征的有关指标展开了定量分析。结果表明：在矿渣掺量为12%时UCS值最大,为6738.04 kPa,较素土强度提高80.69 倍;粉煤灰的掺入可提高试样后期强度,在K8F2（矿渣/粉煤灰比例80%:20%）试样中最优;聚丙烯纤维的掺入能有效地改善材料的脆断性能,最优纤维掺量为0.4%。试样孔隙的定向频率在80°~100°区间内分布的概率最大,掺入粉煤灰后定向性较为均匀;孔隙率随着矿渣掺量的增加、地质聚合物中矿渣含量的增多均逐渐减小,在K12（矿渣掺量12%）和K8F2试样中出现最小值;而随着纤维掺量的增加,呈现先降低后升高的趋势,当纤维掺量0.4%时其值最小,为6.204%;孔隙平均直径主要分布在1 μm之内,矿渣掺量增多则小孔隙增多,大孔隙减少;孔隙丰度主要分布在0.4~0.6区间,孔隙形状主要为椭圆。     

多效应耦合作用下膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙是影响膨胀土工程建设的决定性因素,研究膨胀土裂隙扩展规律有利于揭示膨胀土边坡失稳机理.目前的研究中仅关注了单一因素对膨胀土裂隙扩展的影响,而忽略了多种因素耦合作用下的作用机理.基于研制的可控制环境温、湿度的裂隙扩展试验系统,开展了16组不同环境湿度、温度及土样厚度下的裂隙扩展正交试验,系统测量了随时间变化的水分蒸发过程和裂隙动态发育过程,得出了膨胀土试样含水率变化特征及裂隙扩展规律.并基于多因素方差和极差分析方法,得出以下结论：水分蒸发对膨胀土裂隙扩展起决定性作用,水分蒸发速率变化过程包含稳定阶段、减速率阶段和残余阶段;不同因素影响下膨胀土裂隙扩展过程有统一的规律,不同条件下面积裂隙率随时间变化过程均符合logistic规律;裂隙总长度、裂隙平均宽度、面积裂隙率和体积裂隙率受土样厚度影响最大,受环境湿度影响次之;稳定阶段蒸发速率受环境湿度影响最大.     

玄武岩纤维加筋微生物固化砂力学特性试验

针对微生物固化土体抗变形能力差、韧性低的特点,将离散的玄武岩纤维掺入到砂土中进行微生物固化处理,结合无侧限抗压强度试验和显微镜下观测,从宏细观角度研究不同纤维长度和掺量条件下玄武岩纤维对微生物固化砂土强度和韧性的影响.结果表明:玄武岩纤维加筋能够改善微生物固化砂土的强度和韧性;纤维长度的影响与纤维掺量密切相关,当纤维掺量较低时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加而增强;当纤维掺量较高时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加先增强后减弱;随着纤维掺量的增加,试样的强度和韧性均先增强后减弱,最优纤维掺量为0.3%～0.5%;研究范围内玄武岩纤维加筋最优条件为0.3%纤维掺量和20 mm纤维长度.     

石灰改良膨胀土膨胀性和水稳定性室内试验研究

针对安徽张庄矿尾矿坝填料膨胀土进行含水率、自由膨胀率δe f、膨胀力Pe和50 kPa压力下的有荷膨胀率δeP50试验,确定膨胀土的膨胀潜势及分布范围,采用掺石灰的方法对土体进行改良并进行击实试验,根据最大干密度和压实度96%制样,研究不同石灰掺量改良土自由膨胀率随养护时间的关系,进行干湿循环试验研究改良土的胀缩变形规律、渗透特性及抗剪强度特性.试验研究结果表明:随着石灰掺量的增加,膨胀土击实后最优含水率逐渐升高、最大干密度逐渐减小;改良土自由膨胀率随着养护时间的增加逐渐减小并于30 d之后趋于稳定;经历6次干湿循环后试样的胀缩变形存在着不可逆性,但掺灰量大于2%的改良土绝对膨胀率小于4%,试样表面无明显裂隙,抗剪强度提高明显,可认为试样膨胀性得到了良好的控制;对于相同石灰掺量的改良土,二次掺灰的改良效果要优于一次掺灰.     

油田采油污水污泥干燥特性实验研究

以辽河油田某采油污水污泥为研究对象,在分析理化特性的基础上,研究了影响含油污泥干燥过程的因素及其规律.实验结果表明,掺煤量、粒径、干燥风温度、干燥风流量是影响油田含油污泥干燥速率的主要因素.掺煤比例越大,粒径越小,干燥风温度越高(在一定温度范围内),干燥风流量越大(在一定流量范围内),干燥速率越大;且当掺煤比例为20%,粒径为20 mm,干燥风温度为125℃时,这些因素对污泥干燥的强化效果愈加明显.     

聚苯乙烯纤维轻质混合土的抗压强度特性

通过室内无侧限抗压强度实验,研究在聚苯乙烯(EPS)轻质混合土中加入改性聚丙烯纤维,对聚苯乙烯轻质混合土强度特性的改良作用.实验材料为淤泥质粉质黏土、球状EPS颗粒、普通硅酸盐水泥、改性聚丙烯纤维,总含水率为60%,水泥掺入量为15%,EPS掺入量分别为1%、2%、3%,聚丙烯纤维掺入量分别为0、0.05%、0.1%、0.2%、0.4%.结果表明:在水泥掺入量一定时,抗压强度随纤维掺入量的增加显著提高,纤维掺入量达0.4%可以明显提高轻质混合土的无侧限抗压强度;在轻质土中加入纤维,能够提高其残余强度,提高其韧性,试样变形15%后还能保持其完整性,破坏时为塑性破坏.     

密闭条件下UHPC的收缩性能试验研究

进行4组对比试验,研究密闭与非密闭条件下超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)的收缩性能差异,分析不同钢纤维掺量、水胶比及粉煤灰掺量对密闭条件下UHPC自收缩和抗压强度的影响.研究结果表明,UHPC的自收缩和干燥收缩在早龄期阶段发展迅速,14d的自收缩值为114d自收缩值的80%~90%,6d后干燥收缩值不再增长;密闭条件下自收缩值占非密闭条件下总收缩值的82.8%,远大于干燥收缩值;随钢纤维掺量的增加,自收缩值随龄期的变化规律无显著变化,早龄期的自收缩值略微减小,抗压强度呈现先增大后减小的现象;增加粉煤灰掺量或水胶比可以减小自收缩值,但对抗压强度会产生削弱作用;粉煤灰的掺入改变了自收缩值随龄期的变化规律,并产生"滞后效应";基于试验结果对现有的UHPC自收缩预测模型进行了修正,修正后的预测模型可为工程设计提供参考.     

聚乙烯醇、玄武岩混杂纤维混凝土性能研究

将玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维混杂后掺入到C60级普通混凝土基体中,对两种纤维长度和三种纤维体积掺量下混凝土基体的28d抗压、抗折和弯曲韧性等性能进行实验研究。结果表明,混凝土中掺入纤维后,低掺量纤维对基体的抗压强度有所增加;抗折强度随纤维掺量增加而增加,15mm混杂纤维对混凝土抗折强度效果最好;弯曲韧性随纤维掺量和纤维长度增加而增加。     

聚丙烯单丝增强石膏基复合材料力学性能的研究

采用较粗的聚丙烯(PP)单丝作为石膏材料的增强材料,通过抗折和抗压实验研究了单丝长度、掺量对PP单丝/石膏复合材料抗折和抗压强度的影响.抗折实验结果表明:PP单丝的掺入有利于提高复合材料的抗折强度,当掺量小于1%时,复合材料抗折强度随掺量增加而变大,当掺量为2%时复合材料抗折强度呈下降趋势;掺量相同的情况下,单丝长度越长增强效果越好,15 mm的PP单丝掺量为1%的试样抗折强度最高较空白样提高了26%;折断后试样断口中PP单丝呈拔出状,表明PP单丝与石膏材料的结合较弱.抗压实验结果表明:PP单丝的掺入降低了复合材料的抗压强度,抗压强度随掺入量增加而减小,15 mm的PP单丝掺量为2%的试样抗压强度最小较空白样减少了9.6%.     

不同含水率下遗址土体的抗风蚀能力研究

基于降雨前后墙体含水率不同,且降雨往往伴随风砂天气的条件设计了相关试验,模拟墙体在降雨前后不同含水率下的抗风蚀能力,探讨土遗址在蚀变过程中与特定环境的关系.结果表明,含水率增加会使土体试样表面的硬度呈线性降低,直接导致土体试样表面抗风蚀能力减弱,但二者的关系并不是线性的,同一风速下,视风蚀速率随着含水率的升高先增加后降低,随表面硬度的降低先增加后下降;视风蚀速率与含水率大致呈二次函数的关系;当含水率不变时,视风蚀速率在低风速阶段随风速变化的增幅较低,在高风速阶段,视风蚀速率随风速变大的幅度较大,视风蚀速率与风速大致呈二次函数的变化关系.     

污泥灰改性黏土胀缩与开裂变形特性

针对垃圾填埋场衬垫系统受污染物侵蚀破坏现状及污水处理厂剩余污泥回收处理利用工程评价问题,分析污泥灰改性黏土在酸碱化学溶液作用下胀缩与开裂特性,室内模拟酸碱化学溶液污染工况,将纯黏土与污泥灰掺量为1%~5%的改性黏土受pH=5、6、8、9的酸碱化学溶液污染,通过界限含水率试验测定改性黏土的液限与塑限,分析试样的稠度界限;通过膨胀与收缩试验测定改性黏土的膨胀率与收缩率,分析试样的胀缩特性;通过开裂试验测定改性黏土的开裂特性.结果表明:改性黏土液限约为43.5%,而随着污泥灰掺量增大,塑限升高,塑性指数降低,经酸碱化学溶液污染后污泥灰掺量5%的试样液、塑限达到最大,为45.9%、22.8%;污泥灰掺量为5%时膨胀率最低,为5.66%,掺量为3%时,线收缩率最低,为2.14%;受酸碱化学溶液污染后改性黏土膨胀率降低12.7%~36.5%,而线收缩率升高33.8%~75.7%;4次干湿循环后,纯黏土试样的开裂因子较第一次干湿循环末期大80.71%,而污泥灰掺量为3%试样开裂因子仅较第一次干湿循环末期大43.47%.故建议采用3%污泥灰掺量的改性黏土作为填埋场衬垫材料.     

纤维掺量对微生物固化海洋砂土力学性能的影响

利用微生物能够固化海洋砂土，但在其固化强度和均匀性方面还有些许不足。为此本文提出纤维加筋与微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)相结合并添加活性炭的方法，制备了纤维掺量分别为0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的海砂土试样，经MICP固化后进行围压为100 kPa的三轴压缩试验以及添加活性炭(AC)和未添加活性炭(NAC)的三轴压缩对比试验。试验结果显示：围压为100 kPa时，AC试样及NAC试样的最优纤维掺量皆为0.2%;当纤维掺量为0%、0.1%和0.2%时，添加活性炭会提高试样的强度，而当纤维掺量为0.3%和0.4%时，活性炭的添加对试样强度影响不大；试样的初始弹性模量E₀和割线模量E₅₀均随纤维掺量的增大呈现先增大后减小的趋势，且在纤维掺量为0.2%时有最大值，当纤维掺量较小(为0%、0.1%和0.2%)时，添加活性炭可以提高试样的初始弹性模量E₀和割线模量E₅₀,而当纤维掺量较大(0.3%和0.4%)时，添加活性炭对试样的初始弹性模量E₀和割线模量E_...     

基于感应加热的钢丝绒纤维沥青混合料除冰性能评价

为有效解决冬季冰雪覆盖对沥青路面行车安全的困扰，采用电磁感应加热的方式，研究了钢丝绒纤维长度、掺量对沥青混合料除冰效果与路用性能的影响，并探讨了钢丝绒纤维沥青混合料电磁感应加热除冰机理。结果表明：钢丝绒纤维沥青混合料电磁感应加热除冰效果显著，钢丝绒纤维长度、掺量与感应加热平均融冰速率呈正相关趋势；掺量6%的5mm钢丝绒纤维沥青混合料平均融冰速率最快，达0.47℃·s-1；掺入钢丝绒纤维后，沥青混合料高温稳定性与低温抗裂性均得到改善；4%掺量的5mm钢丝绒纤维沥青混合料路用性能达到最佳；综合考虑，推荐掺入4%的5mm钢丝绒纤维为沥青混合料电磁感应加热除冰最佳方案。