硬石膏岩膨胀力学试验研究进展及展望

为了进一步认识和加深对硬石膏岩膨胀特性的研究,采用文献综述的方法对硬石膏岩膨胀力学试验进行了较为系统和详细的归纳与总结,分析了各因素对于硬石膏岩膨胀的影响。试验研究结果表明,岩石含水率、溶液浸泡时间、离子浓度、温度、水压等诸多因素对硬石膏岩的膨胀力学特性有着显著的影响。岩石含水率增加,岩石单轴抗压强度、弹性模量、变形模量降低,泊松比近似呈现增大的趋势。岩石单轴抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率三者在空间上呈现"飞鱼"状的不规则曲面关系。岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量和软化系数等力学参数随着浸泡时间的增加、溶液温度的上升和溶液离子浓度的增加而减小。随着水压的增大,岩石弹性模量和峰值强度增大促进岩石膨胀的激活,导致膨胀性增加。硬石膏水化为石膏引发的膨胀受温度影响较大,温度超过48.8℃时,硬石膏平衡浓度低于石膏平衡浓度,硬石膏无法水化为石膏。硬石膏岩的硬石膏含量及厚度达到一定程度时,表面水化生成的石膏作为密封保护层阻止硬石膏岩进一步水化。基于试验研究成果,对穿越硬石膏地层隧道的工程实践措施进行了分析,结合现有试验研究存在的不足,对未来硬石膏岩的研究方向进行了展望,对未来研究硬石膏岩提供一定的借鉴与指导。     

桥梁勘察中红砂岩单轴抗压强度标准值的计算方法探讨

岩石单轴抗压强度标准值,是桥梁桩基工程设计中的重要指标。在桥梁工程地质勘察过程中,由于红砂岩是一种软岩,计算红砂岩石的单轴抗压强度标准值时,其单轴抗压强度的离散性大,这直接关系着单轴抗压强度标准值,其值的大小将直接影响桥梁桩基的桩径大小和长短。对此,以江西境内红砂岩为例,分析了红砂岩的单轴抗压强度值变化大的原因,通过实例,探讨在对红砂岩的试验数据进行统计计算时采用的方法和原则,使其单轴抗压强度标准值较为合理。     

嵌岩桩桩端极限阻力分析与设计研究

现行嵌岩桩设计规范只考虑桩端岩石的单向受力状态,而实际桩端岩石的压缩变形受到横向约束的作用而处于三向受压状态。试验证明,其三轴抗压强度远高于单轴抗压强度。文中应用材料力学强度理论对桩端岩石三轴抗压强度进行了分析,并提出了嵌岩桩极限承载力标准值新的计算方法。     

含石膏质岩集料的混凝土内部硫酸盐侵蚀及抑制措施

集料中掺杂过量的硫酸盐尤其是石膏会引起混凝土内部硫酸盐侵蚀膨胀,破坏混凝土结构。研究了集料中掺杂石膏的含量、粒径对砂浆试件强度和膨胀率的影响,探讨了水泥C3A含量、矿物掺合料品种对含石膏质岩集料混凝土内部硫酸盐侵蚀的抑制效果。结果表明:随着集料中掺杂石膏质岩细粉含量的增大,内部硫酸盐侵蚀反应的速率和程度增大,当掺杂SO3含量超过1.25%时,12个月龄期的砂浆膨胀率超过0.1%并出现较大的强度损失;掺杂石膏质岩粒径越小,砂浆的膨胀率和强度损失一般越大,特别是当掺杂石膏质岩粒度小于1.18mm后将引起显著的膨胀,而当粒径大于4.75mm后,由于石膏质岩集料在混凝土中分散的不均性而产生不均匀体积膨胀,从而导致侵蚀应力集中,即使较低的SO3含量掺杂石膏质岩也有可能产生较大的强度损失。采用抗硫酸盐硅酸盐水泥及掺加适量的粉煤灰、硅灰或偏高岭土等矿物掺合料,可以有效抑制含石膏质岩集料混凝土的内部硫酸盐侵蚀膨胀。     

TBM施工超硬岩分类指标和确定方法研究

超硬岩分类指标和确定方法是TBM施工围岩分类需要关注的重要问题。完整岩体中隧洞施工，岩石坚硬程度和摩擦性是影响TBM掘进状态的主因。基于国内外TBM掘进预测模型和典型工程实测数据，重点分析岩石单轴抗压强度与TBM净掘进速度、现场贯入度指数的关系和敏感性，分析岩石摩擦性和TBM刀具磨损程度，讨论适用于划分超硬岩类别的阈值。综合分析岩石坚硬程度和摩擦性对TBM施工的影响，提出2类超硬岩划分标准： 一类是单独由岩石坚硬程度决定的超硬岩（H₁），建议按单轴抗压强度UCS>200 MPa确定； 另一类是由岩石坚硬程度和摩擦性共同决定的超硬岩（H₂），建议按单轴抗压强度UCS>150 MPa且摩擦性指数CAI>4.0确定。     

CFB灰-钢渣微粉多源固废协同注浆材料特性研究

为促进道路工程绿色发展，提高工业固废资源化利用率，采用循环流化床锅炉脱硫粉煤灰(CFB灰)、钢渣微粉(SSS粉)、脱硫石膏3种工业固废制备CFB灰-钢渣微粉多源固废协同注浆材料。通过室内试验，系统研究了原材料配比与水固比对注浆材料工作与力学性能的影响，并开展XRD和SEM试验，分析其水化作用机理。研究结果表明：水固比相同时，随CFB灰掺量的增加，浆液流动度与结石率增大，密度、析水率和结石体单轴抗压强度减小；CFB灰掺量相同时，随水固比增大，浆液析水率增加，流动度、密度、结石率及结石体单轴抗压强度减小；浆液流动度与结石体单轴抗压强度受水固比、CFB灰掺量影响显著，而浆液密度、析水率与结石率变化范围不大；析水率最高为4.2%、结石率最低为95.8%,28 d抗压强度最大达1.46 MPa。综合考虑各工作与力学性能，建议CFB灰掺量、SSS粉掺量及水固比的范围宜分别为35%～55%、30%～55%、1∶1.3～1∶1.5。CFB灰、SSS粉与脱硫石膏在浆液水化反应过程中可以起互补作用；SSS粉中C₂S、C₃S快速水化提供Ca²⁺     

高等级公路聚合物水泥砂浆抗压强度的试验研究

采用烷氧基硅烷KH 550有机硅聚合物进行普通水泥砂浆的改性,研究了其不同含量对水泥砂浆抗压强度、抗折强度、粘结强度的影响。结果表明:试件抗折强度随养护龄期增加提升明显,在养护龄期相同时,与未添加有机硅的基准试件相比,掺入1.5%~5.5%的有机硅试件抗折强度下降较小;抗折强度随有机硅掺量增多逐步下降。试件单轴抗压强度随养护龄期的增加呈上升趋势,在养护龄期相同时,试件抗压强度随有机硅掺量增加逐渐下降。在养护龄期28 d后,随着有机硅掺量的增加,聚合物水泥砂浆单轴抗压强度逐渐降低。随着龄期的延长,聚合物改性砂浆的粘结强度逐渐增强,在龄期相同时,粘结强度随有机硅含量的增加则逐渐减小。未添加有机硅的普通水泥砂浆内部具有较大空隙和明显裂缝,整个结构为非连续,掺入有机硅的聚合物水泥砂浆为连续网架结构,未水化水泥颗粒和界面区裂缝难以辨别。     

隧道石膏质岩危害及对策研究

以宜巴高速路凉水井隧道出露的石膏质围岩为研究对象,在开展的研究石膏质岩膨胀特性、溶蚀及溶出特性、强度特性、对混凝土劣化特性的试验基础上,结合工程实际总结石膏质岩对隧道建设可能产生的危害,并提出了相应对策。研究结果表明:石膏质岩强度较低,属软岩。遇水水化膨胀,挤压衬砌结构,影响混凝土结构的耐久性。遇水易软化,软化后强度降低,变形增大,使隧道围岩稳定性降低。易溶蚀,溶蚀后结构遭到破坏,围岩稳定性降低,溶蚀后溶出大量硫酸根离子于环境水中,长期从外部侵蚀混凝土支护结构,使之产生破坏。石膏质岩误作为混凝土骨料,从内部侵蚀混凝土支护结构,使之产生破坏。石膏质岩的不良工程特性将对隧道建设产生诸多不利影响,隧道建设中应采取相应的防治措施。     

干湿循环作用下石膏质岩宏细观劣化特性研究

针对石膏质岩在干湿循环作用下的劣化问题,以湖北巴东十字垭隧道附近嘉陵江组地层的石膏质岩作为研究对象,结合室内试验和二维颗粒流数值模拟(PFC~(2D)),研究了干湿循环作用下石膏质岩的宏细观劣化特性。结果表明:(1)石膏质岩的力学参数随干湿循环呈减小趋势,干湿循环作用对各力学参数的劣化效应排序为:弹性模量抗拉强度单轴抗压强度内聚力内摩擦角。(2)二维颗粒流方法能够比较准确的模拟石膏质岩的力学性质。(3)围压和干湿循环次数对石膏质细观破坏特征都存在影响。随围压的增大,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布由"集中"趋于"分散"。随干湿循环次数的增加,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布则由"分散"趋于"集中"。     

青岛海洋大桥桥基岩石点荷载与抗压强度相关性分析

岩石的点载荷强度和岩石单轴抗压强度试验,规范给出了二者之间转换的经验公式,但精度较差。根据青岛海洋大桥桥址区勘察所取得的18组软岩和44组硬岩的相关数据,运用统计学方法,对岩石点载荷和岩石抗压强度二者之间的关系进行了统计学分析。结果表明:软岩的转换关系式为Rt=-0.495+13.715·Is（50）;硬岩的转换关系式为Rt=11.158+9.203·Is（50）。该转换方程用于胶州湾地区岩石强度转换,提高了精度。     

基于标度化灰色关联理论的岩石横纵尺寸效应研究

针对不同类型岩石在不同高径比尺寸下进行单轴抗压试验研究,运用经过数据标度化方法改进后的灰色关联分析法,对岩石横向和纵向尺寸变化对抗压强度的影响进行灰色绝对、相对以及综合关联分析。利用灰色理论分析得知岩石横纵尺寸变化在众多影响抗压强度的因素中十分重要,并提出了其关联分析及结果运用。研究得知完整岩石纵向尺寸变化对抗压强度影响大于横向尺寸变化,岩样抗压强度基本随着岩石横向尺寸及纵向尺寸的增大而成增大趋势。     

全断面岩石隧道掘进机滚刀磨损影响因素分析

为了有效控制和降低全断面岩石隧道掘进机施工时滚刀的磨损,较准确地预测滚刀的磨损量,通过室内实验和现场实验从地质影响因素和机械影响因素2个方面对滚刀磨损问题进行了分析。通过水泥试样实验,得出等效石英含量EQC和单轴抗压强度UCS单独对岩石磨蚀性的影响规律;通过现场岩样实验,得出两者共同对岩石磨蚀性的影响规律。通过对比进口与国产TBM的刀盘刀具布置,得出滚刀破岩面积对磨损速率的影响规律;通过统计现场掘进参数与刀具磨损数据,得出场切深指数FPI对滚刀平均磨损速率的影响规律。研究结果表明： 岩石对滚刀磨损的地质影响是岩石等效石英含量和单轴抗压强度共同作用的结果;破岩面积是刀盘刀具设计参数对滚刀磨损的敏感指标;场切深指数是设备掘进参数对滚刀磨损的敏感指标。     

UHPC单轴受压力学性能及本构关系研究

为了解纤维掺量不同的超高性能混凝土(UHPC)试件单轴受压力学性能,考虑PVA纤维、钢纤维及其混杂纤维的掺量及水胶比,制作4组普通混凝土试件和11组UHPC试件进行单轴受压试验,分析各组试件单轴受压破坏形态、韧性等受力特性,并根据试验结果研究UHPC受压本构关系。结果表明:随着纤维掺量的增加,试件的破坏形态由脆性向塑性转变,UHPC试件开裂后韧性增加,相较未掺纤维的韧性指数I_(1.5)、I_(2.0)、I_(3.0)均提高为原来的1.6倍以上;相同纤维掺量下,钢纤维对UHPC的阻裂效果优于PVA纤维。经无量纲化处理的UHPC受压应力～应变曲线具有明显的非弹性段,纤维掺量较高时部分试件的曲线会出现应力台阶;所提出的UHPC开裂变形计算方法可避免常规作图法人为因素的影响,UHPC受压本构模型考虑了纤维种类及掺量,能较好地模拟各纤维掺量下的结构受力。     

单轴压缩下泡沫混凝土的强度特性研究

以水泥、粉煤灰、矿渣为胶凝材料,制备出不同气泡含量的泡沫混凝土。通过室内试验,对不同气泡率下(0~74.23%)的泡沫混凝土进行单轴压缩破坏试验,得到其不同龄期下的抗压强度和破坏形态,研究了泡沫混凝土的应力-应变曲线,探讨了抗压强度与龄期和气泡率之间的关系。结果表明:泡沫混凝土在单轴压缩下经过密实、弹性、屈服、破坏4个阶段;其抗压强度随泡沫含量的增大而减小,在一定范围内随着龄期的增大而增大。     

裂隙性黄土单轴抗压强度离散元分析

为探究单轴压缩条件下裂隙倾角对裂隙性黄土的应力-应变曲线、单轴抗压强度以及破坏模式的影响规律。将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证数值模型的可靠性,基于此采用离散元软件3DEC开展裂隙性黄土单轴抗压强度数值模拟。结果表明:裂隙倾角对裂隙性黄土的应力应变曲线影响显著,裂隙倾角10°～30°时,曲线有明显的屈服强度且应变较大;裂隙倾角50°～70°时,曲线没有明显的屈服强度,应力陡降且应变较小;裂隙倾角为0°和90°时,曲线没有明显的峰值点和应力降;随着裂隙倾角的增大,裂隙性黄土单轴抗压强度呈现先减小后增大的趋势,且存在最不利裂隙倾角区间(60°,70°)。不同倾角的裂隙性黄土的破坏模式不同,主要有压裂破坏、滑移破坏、滑移压剪复合破坏以及压裂滑移混合破坏等4种类型。基于Mohr-Coulomb准则,计算了不同裂隙倾角的裂隙性黄土单轴抗压强度理论值,将理论计算结果与数值模拟结果进行对比,发现当β≤φ_j=32°和β=90°时试样的抗压强度理论值相同,而试验值和模拟值并不相同,说明数值模拟结果比理论计算结果更加符合实际情况,进一步说明了数值模拟结果的合理性。     

含赤泥土壤固化剂改良粉质黏土的路用性能研究

对含赤泥土壤固化剂(土凝岩)改良粉质黏土与水泥改良土进行对比,开展击实、标养与浸水养生后无侧限抗压强度试验,并对土凝岩改良土的水稳定性进行分析。结果表明:标准养生后,土凝岩改良土强度较水泥改良大幅度提升,28d时较水泥改良土提高了100%~150%。且随着土凝岩掺量、养生龄期的增加,抗压强度呈上升趋势。浸水养生后,水泥改良土强度较标准养生提高了10%~40%,而土凝岩改良土则下降10%~24%。但同种掺量、养生龄期情况下,土凝岩改良土还是较水泥改良土提高了0.3~1.7 MPa。土凝岩改良土强度水稳定系数随养生龄期的增加先降低后趋于稳定,且掺量越大,稳定值越大。试件吸水量随养生龄期的增长而增加,随土凝岩掺量增大而减少。     

水泥稳定钢渣碎石基层材料路用性能研究

通过室内浸水膨胀率试验、CBR试验及无侧限抗压强度试验,设计了60 %钢渣掺量的水泥稳定钢渣碎石材料配合比,对比研究了水泥稳定钢渣碎石与水泥稳定碎石路用性能。结果表明:粗型C级配钢渣碎石材料承载力和体积稳定性最好,4 %水泥掺量的稳定钢渣碎石抗压强度满足基层强度设计要求;水泥稳定钢渣碎石养生前期力学强度增长速率大于后期强度增长速率,室内标准养生试件抗压强度较现场养生试件强度提高了17 %,16 %;干缩观测时间≥28天,水泥稳定钢渣碎石干缩性基本消失;冲刷时间>60分钟,水泥稳定钢渣碎石累计冲刷量曲线减缓,质量损失显著减小。     

高模量沥青混合料贯入强度研究

为研究高模量沥青混合料的抗剪切性能,依托工程中应用的4种高模量添加剂,在室内制备成型高模量沥青混合料试件,进行单轴贯入、无侧限抗压强度和单轴压缩动态模量试验,研究高模量添加剂对黏聚力和内摩擦角的影响规律,系统探究了高模量沥青混合料贯入强度的改善机理,并建立了内摩擦角与贯入强度的相关性模型。     

意大利威尼斯一座建筑玻璃砌体人行拱桥的方案设计

玻璃表现出极高的抗压强度和优良的耐久性,但是它固有的脆性却严重制约了其在结构中的应用.为了增大玻璃的表观延性,一种新的玻璃砌体被构思出来.在该砌体中."砌块"由叠层或整块的浮法玻璃板制成,并通过由环氧树脂构成的"砂浆"连接起来.分别在该玻璃砌体试件及干连接玻璃试件上进行了单轴抗压试验,结果表明玻璃砌体试件的抗压强度约为干连接玻璃试件相应值的一半,但是其延性却提高了一个数量级,表现出明显的应变软化现象.在玻璃砌体试件单轴抗压试验的后临界响应中,填充在砌块间隙缝中的环氧树脂接缝所提供的侧向应力发挥了关键作用.在跨越意大利威尼斯著名大运河的一座50 m跨径无铰人行拱桥的方案设计中,上述玻璃砌体材料所表现出的可观抗压强度及延性得到了应用.研究表明,至少从理论上来看,建造中小跨径的玻璃砌体人行拱桥是可行的.     

基于标度化灰色关联理论的岩石黄纵尺寸效应研究

针对不同类型岩石在不同高径比尺寸下进行单轴抗压试验研究,运用经过数据标度化方法改进后的灰色关联分析法,对岩石横向和纵向尺寸变化对抗压强度的影响进行灰色绝对、相对以及综合关联分析.利用灰色理论分析得知岩石横纵尺寸变化在众多影响抗压强度的因素中十分重要,并提出了其关联分析及结果运用.研究得知完整岩石纵向尺寸变化对抗压强度影...