水泥加固(改良)软土地基的研究

利用水泥作为固化剂以提高软土地基的强度和减少软土地基的变形, 已经为沿海软土地区建设中较为普遍地采用。一般通过粉喷或深层搅拌法, 把水泥掺加拌和到软土地基中, 使它和软土中的物质组分发生物理化学反应, 以收到加固效应。通过对现场和室内的水泥土样品进行对比试验及宏观和微观的对比分析研究, 搞清了水泥土加固软土的作用机理, 提出了用水泥加固提高地基强度和节约水泥用量的建议。     

CMSC型固化剂改良土的新型CBR试验研究

针对苏北某高速公路沿线特殊软土的特点,采用两种方案按全粉料配料的方法配制CMSC型固化剂,并按一定剂量掺入土中。同时,考虑当地的水文气候因素,针对传统钢制击实筒的饱水条件偏保守的特点,研制了新型击实筒,在新型击实筒内制备试件并养护至规定龄期,采用新型浸水装置饱水,进行贯入试验。结果表明,试件的各向饱水条件更接近实际工况,增强了CBR值的可信度。CMSC型固化剂改良土的改良效果优于石灰改良土,且固化剂掺入剂量存在最佳掺量,同时分析了CMSC型固化剂的加固机理,为进一步研究和工程应用提供了参考。     

应用碱性水泥外掺剂固化天津海积软土的试验研究

天津海积软土具有高含水量、低强度、高压缩性、低pH值等特征,不能直接满足工程建设需要,必须进行人工处理。在水泥土搅拌法中使用适量碱性外掺剂NaOH或Na2CO3,可以提高桩身水泥土强度和复合地基承载力,同时能节省大量水泥,降低工程费用。现场试验中将海积软土与分别掺入0.5%NaOH和0.5%Na2CO3的10%水泥就地搅拌,形成两种新型水泥土,在与原状土及20%纯水泥土进行比较后,发现碱性外掺剂可以促使生成大量针状、棒状或纤维状水化硅酸钙晶体,抑制了能产生膨胀作用的钙矾石的生成,同时,有Ca(OH)2晶体析出,它们共同构成土颗粒间和土颗粒表面的充填物和包裹物,使水泥固化土的孔隙明显减小,密度和强度得到极大提高。检测结果显示水泥土强度提高了20%以上,复合地基承载力不小于120kPa。     

聚丙烯纤维和水泥对粘性土强度的影响及机理研究

选取聚丙烯纤维和水泥作为加固材料,在室内试验的基础上,研究了单独的纤维和水泥对粘性土强度的影响及其的综合作用,分析了它们的作用机理。试验中,3种不同百分比(0.05%,0.15%和0.25%素土重)的纤维和两种不同百分比的(5%和8%素土重)水泥分别掺入到粘土试样中,配制了12组试样,进行了无侧限抗压试验。试验结果表明,纤维和水泥均能够提高土体的强度,纤维的加入改善了水泥土样的脆性破坏模式;纤维水泥土样的强度远远高于相同掺量下的纯纤维土和纯水泥的强度,甚至高于它们的强度之和。运用扫描电镜(SEM)从微观层次上分析了纤维和水泥加固粘性土的力学机理,发现纤维表面与土介质之间的粘结力和摩擦力对加固效果有直接影响。     

含盐量对水泥土强度影响的室内试验研究

通过含盐量对非有机质土加固强度影响的试验研究,得到了含盐量对水泥土强度的提高或减小的阈值为3.5%。当盐渍土的含盐量低于这个阈值时,盐渍土的加固强度会因可溶性盐的结晶膨胀作用,提高水泥土的强度;相反当盐渍土的含盐量高于该阈值时,盐渍土的强度会因可溶性盐的过多的结晶膨胀作用,使水泥土的结构遭到破坏,从而使水泥土的强度大大降低。同时分析了可溶性硫酸盐、镁盐和氯盐对水泥土的浸蚀性作用,并从盐类对水泥土强度的影响从机理上进行了阐释,提出了高含盐量对水泥土破坏作用的对策。     

粗集料对超高性能水泥基材料动态力学性能的影响

采用大掺量超细工业废渣取代水泥、最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600 m的磨细石英砂,并掺加了最大粒径为10 mm的高弹高强粗集料,制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料。并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的钢纤维增强超高性能水泥基复合材料（ultra-high performance steel fiber reinforced cementitious composites, UHPSFRCC）试件进行了高速冲击压缩实验,研究了应变率和纤维掺量对该材料抗冲击性能的影响规律及粗集料发挥的作用。结果表明,UHPSFRCC的抗冲击能力随纤维掺量的增加而增强;动态强度随应变率的提高相应地增大;动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的改善。还分析了超高性能水泥基复合材料具有高动态性能的机理。     

危岩主控结构面强度参数计算方法

主控结构面强度参数c、φ是危岩稳定性分析的关键问题,目前仅根据贯通段和非贯通段的长度进行c、φ线性加权计算,与实际情况误差在40%左右。本文对主控结构面设计11种贯通率(10％、30％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％和90％),预制20cm×10cm×5cm的M15砂浆试件并进行直剪试验,获得了c、φ值与贯通率之间的非线性实验曲线,据此建立了考虑不同贯通率和防治工程安全等级的危岩主控结构面c、φ值计算方法,即贯通率法;实际应用中,只需量测主控结构面的贯通率并采用常规试验确定危岩完整岩石的单轴抗压强度和内摩擦角,因此,该方法易于操作,计算结果与实际情况基本一致。     

水泥土细观破裂过程的实时观测试验

利用中科院武汉岩土力学研究所的岩石破裂过程细观力学实验系统,对不同水泥掺量的水泥土试件进行了单轴压缩细观实验,该试验系统可通过显微镜和数码视频装置实时观测水泥土试件的细观结构及其破坏的全过程,试验得到了水泥土破裂过程中的细观图像及其相应应力应变关系曲线.分析了不同水泥掺量的水泥土试件的细观破坏特征及其与宏观力学行为的关系,研究为水泥土细观损伤本构模型的建立提供了实验依据.     

粉煤灰及SAP对喷射混凝土早龄期开裂损伤影响

为系统研究粉煤灰、吸水保水剂(SAP)对喷射混凝土早龄期开裂损伤的影响,以掺入了粉煤灰、SAP的喷射混凝土为研究对象,对喷射混凝土的早龄期开裂损伤进行平板法试验研究。完成了各种试件的早龄期开裂损伤测试,研究了粉煤灰对喷射混凝土以及SAP对掺入20%粉煤灰喷射混凝土的早龄期开裂损伤的改善作用。试验结果表明,掺粉煤灰等量取代10%、20%水泥后,喷射混凝土的早龄期开裂损伤与基准喷射混凝土相比分别减小约7.2%和26.8%。掺0.25%SAP和0.5%SAP可以使20%粉煤灰掺量喷射混凝土的早龄期开裂损伤与基准喷射混凝土相比分别减小约57.9%和66.50%。因此,掺粉煤灰可有效地降低喷射混凝土早龄期开裂损伤,且在掺加粉煤灰的基础上再掺加适量的SAP效果会更佳。     

粉煤灰处理软土地基的试验研究

利用淤泥质粘土掺入不同比例的粉煤灰, 分别进行了渗透、固结、直接剪切及三轴剪切试验, 详细研究了粘土掺入粉煤灰后其工程力学性能变化的特征以及粉煤灰加固软土的机理。试验结果证实, 利用粉煤灰处理软土地基是-种所需投资较少且有明显效果的方法, 并可带来良好的环境效益和社会效益。     

土体腐殖酸组分对水泥土强度影响效果试验

利用高速阴影照相系统,对方形管道内火焰流经悬吊圆柱时所产生的变化及其诱导的 流场进行了实验研究,并利用高精度PPM格式对上述现象进行了数值模拟,其中,湍流采用 大涡模拟(LES)方法,燃烧采用旋涡破碎(EBU)模型,圆柱边界采用沉浸边界法(IBM). 实验结果与计算结果比较吻合,在一定程度上揭示了火焰阵面变形和加速的规律. 根据研究 结果,对火焰与悬吊圆柱相互作用过程中火焰的三维形状、流场中涡量和湍流强度的分布、 火焰与流场的相互影响以及火焰传播轨迹等进行了讨论.     

改良黄土强度特性与工程处置试验研究

本文针对山西朔州典型黄土,利用素黄土与石灰粉煤灰、石灰水泥、水泥粉煤灰三种改良黄土,进行了击实特性、抗剪强度特性及崩解特性试验研究,提出了黄土改良的最佳方案,并采用该方案对山西某煤矿电梯井填方段进行了数值模拟分析,验证了石灰粉煤灰改良黄土工程应用的可行性。试验结果表明:粉煤灰与黄土形成致密的混合结构,石灰的掺入,激活了粉煤灰的活性,发生了一系列的水化反应,使改良黄土的强度大大提高,改良黄土在物理力学性质方面有明显改善。     

矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的冲击力学性能

以矿渣和粉煤灰为原料,以氢氧化钠和液体硅酸钠为激发剂制备出养护28 d后静态抗压强度高达56.4 MPa的矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土（geopolymer concrete, GC）试件,以普通硅酸盐水泥为原料制备出养护28 d静态抗压强度高达61.6 MPa的普通硅酸盐水泥混凝土（ordinary Portland cement concrete, PC）试件,采用100 mm霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）试验装置分别对GC试件和PC试件进行冲击压缩试验,得到了2种材料在0~100 s-1平均应变率范围内的应力应变曲线。通过分析应力应变曲线,并与PC进行了对比,研究了矿渣-粉煤灰基GC的冲击力学性能。结果表明,GC作为一种新型混凝土类材料,在冲击荷载作用下具有较好的强度、变形性能和韧性;GC是一种率敏感材料,冲击荷载作用下抗压强度、变形性能和韧性随应变率的增大而增强;和PC相比,冲击荷载下GC的抗压强度较小,韧性较低,GC在开始破坏前产生的变形与PC的基本相等,完全破坏时产生的变形较小。     

GGBS及其激发剂固化合肥湖积软土的试验研究

将CaO和石膏作为激发剂掺入粒化高炉矿渣微粉(GGBS)制备GGBS+CaO+石膏固化黏土,通过无侧限抗压强度试验研究固化黏土的强度变化规律,基于正交试验确定GGBS、CaO和石膏三掺量的最佳配合比。研究表明:单掺GGBS对软土有一定的固化效果,但固化速度慢、效果差;将CaO、石膏和GGBS混合后固化效果明显,固化土3d(天)即可形成一定强度。养护28d后,固化黏土最大强度可以达到2.9MPa;利用极差分析得出石膏掺量变化对抗压强度的影响最大,GGBS次之,CaO影响最小;GGBS、CaO和石膏三掺量固化黏土最佳配合比分别为11%、3.5%和5%。上述研究成果为在合肥滨湖地区应用矿渣类软土固化剂提供了理论依据。     

Dense packing properties of mineral admixtures in cementitious material

The effect of ultra-fine fly ash （UFFA）, steel slag （SS） and silica fume （SF） on packing density of binary, ternary and quaternary cementitious materials was studied in this paper in terms of minimum water requirement of cement. The influence of mineral admixtures on the relative density of pastes with low water/hinder ratios was analyzed and the relationship between paste density and compressive strength of the corresponding hardened mortars was discussed. The results indicate that the incorporation of mineral admixtures can effectively improve the packing density ofcementitious materials; the increase in packing density of a composite with incorporation of two or three kinds of mineral admixtures is even more obvious than that with only one mineral admixture. Moreover, an optimal amount of mineral admixture imparts to the mixture maximum packing density. The dense packing effect of a mineral admixture can increase the packing density of the resulting cementitious material and also the density of paste with low water/binder ratio, which evidently enhances the compressive strength of the hardened mortar.     

麦秸秆的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度研究

为开展天然草本纤维材料防腐前后的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度增长规律研究,本文探讨了麦秸秆的微结构特征及防腐方法、测试并对比了防腐前后的麦秸秆的质量增加率、吸水率、极限拉力和极限延伸率,证实用SH胶浸泡麦秸秆不仅能起到防腐作用,还可提高麦秸秆的力学性能。完成了不同加筋长度、不同加筋率及浸胶后呈不同状态麦秸秆的加筋滨海盐渍土无侧限抗压强度试验,结果证实：掺加长10mm麦秸秆优于掺加长20 mm麦秸秆;适宜加筋率为0.3%~0.4%;掺加浸泡SH胶后呈潮湿状态的麦秸秆优于掺加浸泡SH胶后呈干燥状态的;麦秸秆加筋盐渍土的抗压强度高于素盐渍土。初步的研究结果表明,麦秸秆适宜作加筋材料使用。     

Impact cutting property of rock material using a point attack bit

The objective of this research was to investigate the impact cutting properties of several rock and cement mortar materials using a point attack bit. To clarify the fundamental impact property of rock material, several impact shear and bending tests were conducted by means of a falling weight method. The fracture probability of rock material at various falling heights was found to depend on Weibull's distribution. The critical impact shear energy corresponding to the fracture probability of 99% was found to increase linearly with the unconfined compressive strength and the shear strength of rock material. The critical impact bending energy increased linearly with the radial compressive strength. To investigate the cutting capacity by a point attack bit, a new rotary impact cutting test machine was constructed. Several relationships between cutting torque, acceleration, cutting volume per unit work and cutting pitch were investigated. The cutting mechanism of rock material using the point attack bit was analysed theoretically from the fundamental impact properties of a cement mortar material, i.e. the critical impact shear energy. It is clarified, experimentally and theoretically, that the cutting torque, the acceleration, and the cutting volume per unit work increased almost linearly with the cutting pitch.     

Alkali activated fly ash: effect of admixtures on paste rheology

In this paper, an investigation related to the rheological behaviour of alkali-activated fly-ash pastes (AAFA) is described. Those pastes were prepared by mixing the fly ash with an alkaline dissolution containing 85% of a 12.5 M NaOH solution and 15% of waterglass and adding some commercial chemical admixtures usually used in the Portland cement concrete fabrication, like lignosulphonates, melamines (first and second generation products) and polycarboxylates (latest generation). The fly ash rheological data were determined by rotational viscometry measurements as well as by the use of the flow table test. Results indicate that chemicals admixtures used do not work the same in the Portland cement systems than in alkali-activated fly ash systems. As a general rule, it seems that the most efficient admixtures for these new cementitious pastes (AAFA) are those based in polycarboxylates.     

基于WOA-BP神经网络的超低温冻土抗压强度预测模型研究

为获得超低温冻土抗压强度预测模型, 探究超低温状态下冻土的物理性质及力学性质的变化, 对含水率19%, 22%, 25%和28%的低液限黏土土样进行?180 °C ~ ?10 °C的单轴压缩强度试验, 并测量?80 °C ~ ?10 °C土样的未冻水含量, 建立基于WOA-BP神经网络和BP神经网络的预测模型, 探究含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度关系. 预测结果表明: 含水率、温度、未冻水含量与超低温冻土抗压强度存在复杂的非线性关系, 特别是在?180 °C ~ ?80 °C区间内, 现有的线性拟合公式已无法准确预测该区间内冻土抗压强度; 基于WOA-BP神经网络预测模型的整体预测效果较好, 其绝对误差平均值为1.167 MPa, 相对误差平均值为7.62%, BP神经网络预测模型的绝对误差平均值为8.462 MPa, 相对误差平均值为47.99%. 基于鲸鱼优化算法的BP神经网络预测模型预测误差明显小于BP神经网络预测模型及线性拟合值, 更接近实测值. 该预测模型具有较高精确度, 能有效解决超低温冻土抗压强度与其影响因素间复杂的非线性关系, 可为人工冻结技术在地层应急工程中的应用提供参考.