冻融作用下粉砂土微观结构变化对宏观力学参数的影响研究

土的宏观力学行为究其原因是微观结构的外在反映。为了研究粉砂土微观结构在冻融循环作用下的变化对宏观力学特性的影响规律,通过对不同含水量下粉砂土的平均粒径、粒度分维、颗粒定向概率熵、颗粒起伏分维、平均孔径、平均丰度、孔径分维、平均圆形度等8个微观参数的观测,基于灰色关联理论,分析了微观结构特性与粉砂土的内摩擦角、黏聚力以及粉砂土路基抗剪强度等宏观力学行为的关联性。研究结果表明:平均丰度、平均孔径与内摩擦角的关联性较大,关联度大于0.64;平均粒径、粒度分维、颗粒定向概率熵与黏聚力的关联性较大,其关联度大于0.64;平均粒径、定向概率熵、粒度分维、颗粒起伏分维与粉砂土路基抗剪强度关联性较大,关联度大于0.64,其中平均粒径、定向概率熵与粉砂土路基抗剪强度的关联度大于0.8,说明二者与粉砂土路基抗剪强度密切相关。     

塑料类材料与砂土接触界面直剪试验研究

在桩身中性点以上增加一个预制塑料套筒是一种减小桩身负摩阻力的方法。为了研究该方法优化负摩阻力的效果,考虑塑料种类和砂土颗粒粒径变化两个因素,通过直剪仪进行了砂土与四种塑料类材料(PVC,ABS,PC,PP)及混凝土的剪切试验。试验结果显示:塑料类材料与砂土接触界面特性与塑料类材料种类及砂土粒径密切相关。塑料类材料与砂土接触界面剪应力随着相对剪切位移的增大而增大,最大剪应力随着法向应力的增大而增大。砂土粒径越大,接触界面抗剪强度越高。塑料类材料与砂土接触界面的抗剪强度都明显低于混凝土与砂土接触界面的抗剪强度。四种塑料材料与砂土接触界面的抗剪强度,PCPVCABSPP,选用PP塑料套筒减少桩身的负摩阻力效果最佳。     

橡胶颗粒混合砂抗液化性能研究

为了探究橡胶颗粒掺入砂土路基制成混合砂材料时的抗液化性能,本文通过筛分试验及动三轴试验开展相关研究,分别分析了橡胶颗粒掺量、粒径及混合砂材料的围压大小、固结比等变化对混合砂试样动孔隙水压力的影响规律,从而评价其对抗液化性能的影响。结果表明：橡胶颗粒掺量、粒径、围压及固结比均是影响混合砂材料抗液化性能的主要因素,且呈正相关变化趋势。     

层状地基中水平受荷桩-土相互作用试验

为了深入研究侧向受荷桩的承载特性及抵抗变形的能力,结合实际工程中天然土体的成层特性,开展了侧向受荷桩的室内模型试验,研究了不同粒径土层厚度及相对密实度对桩土相互动态耦合作用的影响,并结合PIV图像技术,分析了桩周土体位移场的发展趋势,为水平受荷桩的设计提供了理论依据。试验结果表明：①土体刚度与较小粒径土层的厚度呈正相关关系,而较大粒径砂土层厚的增加则对整个桩土体系的刚度产生了弱化作用;②当桩顶位移相同时,随着较小粒径砂土层厚的增大以及相对密实度的提高,土抗力随之增大,在深度为5~6倍桩径范围内达到最大值,且相对密实度对土抗力的影响更大;③水平受荷桩的桩前和桩后砂土表面均形成了一个纺锤形的位移影响区域,且此区域与水平加载方向的最大夹角随土层条件和相对密实度的变化很小,其值均为45°左右;④在相同的桩顶荷载下,砂土相对密实度的增大约束了桩体的运动趋势,使得桩体的水平位移减小,例如,当桩顶荷载均为30 N,密实度为0.5时桩前砂土的最大位移影响范围比密实度为0.3时普遍减少了约1倍桩径的距离;⑤桩身弯矩值随着较小粒径土层厚度的增大而增大,最大弯矩约出现在0.15 m深度（5倍桩径）处;随着砂土相对密实度的提高,桩身弯矩也逐渐增大,最大弯矩所在的位置逐渐上移。     

微生物诱导碳酸钙结晶加固路基土技术及应用

路基土体中存在多种微生物,微生物的活动会对路基土的物理力学性质产生影响,如何利用微生物技术加固路基土体是目前的研究热点之一。微生物矿化碳酸钙结晶(Microbial Induced Calcium carbonate Precipitation,MICP)技术利用微生物在特定条件下反应生成具有胶结作用的碳酸钙凝胶加固路基土体属于环境友好型技术,且加固效果明显。文中介绍了该技术的理论基础和发展现状,从砂土注浆、微生物生成气泡降低饱和度、微生物反应产生微生物膜起到防渗作用等方面分析了其加固路基土体的机理。     

颗粒长短轴比对饱和砂土液化影响的离散元分析

运用基于离散元方法的颗粒流软件（PFC）进行了不同长短轴比颗粒组成的饱和砂土试样在不排水条件下的循环剪切试验模拟,研究了颗粒长短轴比对砂土液化的影响。结果表明:颗粒长短轴比通过影响砂土试样的接触数量,进而影响砂土的抗液化强度与液化前后应变幅值,并且这种影响具有区间效应,长短轴比值为1.6时颗粒接触数量最大,抗液化强度最高,剪应变幅值最小。     

土压平衡盾构施工中泡沫改良砾砂土的试验研究

为了解决土压平衡盾构在砾砂土地层掘进过程中,土体塑流性差、刀盘及螺旋输送机磨损严重和开挖面平衡不易保持等问题,通过自制泡沫发生器发泡,对砾砂土地层的泡沫改良技术进行室内试验研究,分析气液比、含水率和泡沫掺量对塑流性的影响和改良前后土样的渗透系数的变化规律,得出泡沫发生器气液比在30∶1~55∶1、含水率为5%~12.5%、泡沫掺量为20%~40%时,土体具有较好的塑流性,泡沫的"轴承效应"和泡沫剂中表面活性剂的亲水基团与水、砾砂土颗粒形成的氢键是塑流性提高的根本原因;使用泡沫剂改良砾砂土后,渗透系数大幅降低,掺泡沫后在280 min内渗透系数随时间变化较小,能达到10~(-5)cm/s,泡沫剂溶液中高分子化合物的联结和液桥力是土样具有堵水作用的原因。     

胶结剂对花岗岩残积土微生物固化特性的影响规律

为系统分析胶结剂对花岗岩残积土微生物固化特性的影响规律，分别考虑氯化钙、氯化镁与乙酸钙等3种胶结剂以及4种固化次数，进行微生物固化花岗岩残积土的室内试验，对不同工况的固化试样分别开展无侧限抗压强度(UCS)、碳酸盐生成率、崩解、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)试验，以此分析胶结剂与固化次数对花岗岩残积土力学特性的影响规律及其固化机理。研究结果表明：试验采用的3种胶结剂下，花岗岩残积土的固化效果均随固化次数的增加而提升，固化次数相同时，氯化钙、氯化镁、乙酸钙3种胶结剂对花岗岩残积土的固化效果依次减弱；固化最佳工况为氯化钙固化14次试样，无侧限抗压强度达到1 045 kPa,崩解系数降至9%;固化次数较少时固化试样存在明显的不均匀性，其随固化次数的增加而得到改善，但其改善效果随固化次数增加而减弱；不同胶结剂反应产生的碳酸盐沉淀晶体形态不同，其主要附着在土体颗粒表面和颗粒之间，所起胶结作用是改善花岗岩残积土固化试样宏观物理力学特性的根本原因。     

基于表面能理论的纳米改性沥青愈合性能研究

为了探究不同维度纳米材料对沥青愈合性能的影响，在基质沥青中分别加入纳米碳酸钙（CaCO₃）、多壁碳纳米管（CNTs）和纳米蒙脱土（MMT）,采用DSR的时间扫描模式以“疲劳-愈合”试验对沥青愈合性能进行评价，并分析愈合时间和损伤度对自愈合能力的影响。对各组沥青进行接触角试验，基于表面自由能理论计算表面能相关参数，从热力学角度分析纳米材料对于沥青愈合性能的影响。结果表明：CaCO₃对于损伤度较低的沥青愈合性能有显著的增强作用，MMT在高损伤度且愈合时间长的条件下对愈合能力具有较好的促进作用，CNTs对于沥青愈合性能影响较小。3种纳米材料均可提高沥青的表面能以促进沥青裂缝的界面进行主动愈合。此外，CaCO₃对沥青黏聚功提升效果最好，且沥青与砂岩间具有较好的黏附性。     

路面抛丸机抛丸器内钢丸颗粒运动过程的EDEM仿真分析

为了研究路面抛丸机抛丸过程中不同钢丸颗粒粒径对钢丸抛出速度的影响,采用离散元方法模拟钢丸颗粒在抛丸器内的宏观运动过程.研究表明,不同粒径的钢丸颗粒从抛丸器抛出具有不同的速度,粒径0.5 mm左右时具有较小的抛出速度且平均速度的标准差较大,抛射速度不稳定;粒径1～2 mm时具有较大的速度且平均速度的标准差较小,抛出速度较稳定.     

盾构隧道接缝漏损诱发水土流失模型试验及离散元分析

盾构隧道接缝漏损是诱发地面塌陷的主要因素,掌控水土流失发展规律是规避地面塌陷风险的基础和前提。基于临界漏缝宽度,针对不同漏缝位置、不同覆土深度、不同上覆水位高度进行砂土沉降规律及孔隙水压力变化规律影响因素的模型试验分析,并设计一套渗流示踪装置探究渗流场的分布情况及其流线轨迹变化规律。试验结果表明：距离漏缝竖向距离越近的砂层沉降越明显,坍塌范围由隧道漏缝周围逐渐向上扩散至地表,砂层位置越高,沉降槽越宽,由深“V”形态、浅“V”形态向“高斯曲线形态”发展。漏缝越靠近拱底,砂土表面沉降越小,孔隙水压力消散值越小;覆土深度越高,砂土沉降越小,扰动范围越窄,孔隙水压力消散值越大;上覆水位高度越高,砂土沉降越大,扰动范围越宽,孔隙水压力消散值越大。示踪流线为一系列圆弧线,5条流线均向漏缝位置流动,距离漏缝较远处水的流动速度慢,导致流线变长,示踪流线向下发展将加速贯通至漏缝流线形成。此外,通过构建隧道-砂土离散元数值模型,对渗流侵蚀过程中的砂土成拱效应及位移演变规律进行分析,揭示了盾构隧道周围砂土颗粒迁移及损失对周围环境的细观尺度影响。离散元分析表明：在接缝未发生漏损时,没有产生渗流侵蚀通道,接缝周...     

不同密实度下砂砾土的渗透系数试验分析

通过不同单粒径砂、砾和级配砂砾与中砂组成砂砾土，在不同的砂石比和孔隙比下进行常水头渗透试验。结果表明:单粒径砂砾土的渗透系数随孔隙比增大而增大，随砂砾粒径的增大而减小，随砂石比增大而减小，砂石比大于等于5:5后，砂石比对其渗透系数影响不明显；级配砂石土的渗透系数随孔隙比增大而增大，随砂石比从4:6到5:5显著降低，而砂石比6:4到7:3其渗透系数变化趋于稳定；单粒径砂砾土的渗透系数明显大于级配砂砾土，级配砂砾土的渗透系数离散性更高，说明其影响因素更复杂。     

砂地层孔径分析及其对泥浆在地层中渗透性的影响

为明确砂地层孔径分布特征及其对泥浆在地层中渗透的影响，采用压汞试验对5组均一粒径的砂地层孔径进行实测，并参考谢拉德等计算砂砾料滤层孔径的方法，基于等直圆管对砂地层孔径计算方法进行改进。同时配制9组不同性质的泥浆在不同孔径的砂地层中开展泥浆渗透试验，依据渗透试验结果讨论地层平均孔径与泥浆颗粒粒径之间的对应关系。以泥浆在砂地层中形成泥皮+渗透带的渗透试验为例，通过测试泥浆在地层中渗透流量的变化，并计算地层渗透系数的变化分析砂地层孔径对泥浆在地层中渗透的影响。研究结果表明：基于等直圆管进行计算的地层平均孔径与压汞法实测的孔径结果相符，即为地层中频率最大的孔隙的孔径；该计算方法考虑了对达西定律中渗透流速和渗径的调整，适用于颗粒粒径较为均匀，孔径较为单一的砂地层；泥浆在高渗透性地层发生渗透时，地层孔径越大，形成泥皮或泥皮+渗透带所需泥浆颗粒的粒径越大，地层孔径大小直接决定了通过孔隙的泥浆颗粒的粒径大小；渗入地层孔隙中的泥浆颗粒在地层中形成稳定淤堵，改变了地层的物理结构，降低了地层的渗透性，阻碍了泥浆的渗透过程；地层孔径与泥浆颗粒粒径之间的对应关系是影响泥浆渗透结果的关键因素。     

管涌后缺级砂土的压缩固结特性试验研究

土体管涌对重要工程的危害众所周知,发生管涌后土体的承载力将直接影响上部建筑的安全性。故而研究管涌前后土体的压缩固结特性至关重要。选用标准试验砂与可溶性盐,利用相同级配的不同密实度砂进行不同管涌侵蚀程度下的缺级砂土压缩固结试验。结果表明,在相同的管涌侵蚀程度下砂土压缩性与固结系数都随管涌前初始密实度的增大而减小,其压缩模量则反之。随管涌侵蚀的扩大,土体压缩曲线变化并不规律,以30%的细粒流失量为转折点;而固结系数逐渐增大,且增大趋势明显。受管涌侵蚀越严重的砂土在同等附加应力作用下越容易发生沉降,压缩系数越大。利用函数拟合沉降量与时间关系曲线,分析得出土体沉降速率与初始密实度也有较大关联。     

盾构施工影响下砂土地层变形规律模型试验研究

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究。试验模型箱是由钢化玻璃板、底部钢板以及刚框架组合而成的开口箱体,砂性地层采用完全烘干的砂土来制作,盾构开挖过程通过一种能够精确控制地层损失率大小的小型圆筒状传动装置来模拟,试验过程中的地层变化利用视频测量系统进行监测。研究结果表明：随着隧道埋深增加,土体扰动范围逐渐向两侧扩展,地表最大沉降值逐渐减小;当隧道埋深临近土拱形成深度时,沉降槽宽度显著增加,隧道上方核心沉降区逐渐减小。地层损失率与沉降槽宽度之间存在明显的线性关系。砂土粒径越大,地表最大沉降值越小,沉降槽宽度越大;当最大粒径与最小粒径比一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着砂土粒径的增大而减小;当最大粒径一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着粒径范围的增大而增大。不同隧道埋深、地层损失率和砂土颗粒级配下的地表沉降曲线均具有类似高斯分布函数的形态特征,向隧道中线处急剧下降,向远处逐渐变缓,与地层变形规律相似。     

吉林省西部分散性土的粒度成分分形研究

以吉林省西部地区分散性土为研究对象，在颗粒分析试验的基础上，运用分形理论研究了分散性土的粒度成分分形特征。研究结果表明:土中砂粒含量越多，分维数越小，土的分散性越大；粉粒含量越多，分维数越大，分散性越大；粘粒含量越多，分维数越大，土的分散性越小。     

列车振动下隧道外承压水砂土层液化特性研究

依托湛江海湾某下穿隧道，运用有限差分软件进行动力-地下水耦合数值计算，研究承压水砂土层的列车振动液化特性，并对其影响因素进行研究。结果表明:初始阶段超孔隙水压力主要集中在拱底位置，之后逐渐向拱顶处累积，因此拱顶和拱底处土层均为可能发生液化的薄弱位置；各监测点处超孔压比变化趋势较为相似，在短时间内迅速增至峰值，之后逐渐趋于稳定，且短期内不会消散，但拱顶处的超孔压比始终大于拱腰处，说明拱顶处地层更易发生液化。总体来看:各监测点最大超孔压比远小于1.0，均未达到液化条件；承压水水头越高、列车行驶速度越快、隧道覆土厚度越小、地层超孔压比数值越大，承压水砂土层越容易发生液化。     

膨胀土膨胀机理及其改良(抑制)方法的研究综述

在综合大量资料的基础上,论述了膨胀土颗粒表面的带电原理、膨胀土的胀缩机理,对膨胀土的改良机理作了详细的分析,对阳离子型添加剂、石灰、石灰和粉煤灰混合料改良膨胀土、加筋纤维抑制膨胀土膨胀性、砂石料减弱膨胀土的膨胀性机理和方法进行了综述,指出了今后膨胀土改良的发展方向。