土石混合体渗透性能的正交试验研究

土石混合体作为土和石块的介质耦合体,具有非均质性、非连续性及试样的难以采集性等内在的独特的性质,从而给研究带来极大的困难。土石混合体属于典型的多孔介质,其渗透特性与颗粒的大小、孔隙比及颗粒形状关系密切。本文采用室内正交实验,利用自制的常水头渗透仪,研究了砾石含量、孔隙比和颗粒形状3个因素在不同水平下对土石混合体渗透系数的影响。通过正交试验确定了3种因素对土石混合体渗透系数的影响顺序及各因素的显著性水平。提出了土石混合体渗透系数计算公式,并通过试验结果验证了计算公式的正确性,为土石混合体渗透系数的理论计算提供了一个简明有用的计算工具。     

基于格子Boltzmann方法的土石混合体的渗流特性研究

为了探究土石混合体的渗流特性，基于颗粒离散元法和三维离散元模型虚拟切片技术建立了土石混合体的三维随机孔隙结构模型并将其体素化，引入三维格子Boltzmann方法从孔隙尺度对其渗流开展了模拟，并据此分析了块石含量、相对密实度和块石粒径对土石混合体渗透率的影响，最后探讨了不同条件下块石含量对土石混合体渗透率存在不同影响的内在机制。研究结果表明：当相对密实度和块石粒径不变时，随块石含量增加，土石混合体的渗透率总体上是逐渐增大的，且增大的速率越来越大；相对密实度越高，土石混合体的渗透率越低；块石粒径对土石混合体的渗透率存在一定程度的影响，当块石含量小于临界值时，块石粒径越大则渗透率越小，而当块石含量高于临界值时，块石粒径越大则渗透率越大；当土石混合体中土体的密度保持不变时，其渗透率随块石含量增加先减小后增大。     

基于真实块石形态的土石混合体细观力学三维数值直剪试验研究

 块石形态是影响土石混合体细观结构及宏细观力学特性的一个重要因素。提出一种基于真实块石形态的土石混合体细观力学研究方法,首先采用三维扫描技术建立块石三维形态数据库,然后根据粒度组成生成试样内部块石三维空间分布模型,从而构建土石混合体的数字模型。利用所提出的基于多球颗粒均匀接触的复杂块体表征算法,实现任意复杂形态块体的多球颗粒均匀、紧密接触填充。基于上述方法,建立土石混合体离散元数值计算分析模型,并协同现场试验结果开展三维数值直剪试验研究。根据土体的现场试验结果反演得到离散元数值试验中土颗粒的细观接触力学参数,将其应用于土石混合体数值试验得到了较好的效果。通过数值试验研究表明,土石混合体在剪切过程中的块石效应,使剪切带变得更加宽厚和曲折,在宏观上造成了试样的内摩擦角有增高趋势;而由于块石含量增加,使得其黏结作用的土体含量减小,从而在宏观上表现为试样黏聚力呈略有降低趋势。     

土石混合路基检测方法研究

在分析目前各种路基压实影响因素、施工过程及检测技术特点的基础上,针对土石混合料颗粒组成和含水状态极不均匀的特点,引入最佳含水量系数对最大干容重的理论计算法进行了改进,探讨了用空隙率控制法和不同粗集料含量下改进的工地压实度控制方法作为土石混合料压实质量控制标准的可行性。     

土石混合料最大干密度试验研究

在开发了大型击实仪的基础上,研究了不同最大粒径及粗颗粒含量时土石混合料最大干密度和最佳含水量的变化规律,试验结果表明,粗颗粒含量对土石混合料的最大干密度影响较大,最大粒径变化时,土石混合料的最大干密度和最佳含水量变化规律不明显。     

多元混合介质骨料的随机构形生成方法及应用

土石多元混合介质是一种内部结构复杂、规律性差,非均匀、不连续的混合体,其力学特性与破坏机制受复杂多变的细观结构影响较大。从多元混合介质的细观结构特征分析出发,结合统计学、几何学、计算机学等技术,利用Visual C++程序语言开发任意凹凸多边形及圆形块体的多元混合介质细观随机构形生成系统M-MRMS2D。利用该系统,根据块体形状、光滑度、骨料种类、骨料含量等逐级配随机生成混合介质数值模型,将其运用于云南省古水水电站争岗滑坡堆积体的物质组成分析,利用数值试验分析多元混合介质的应力–应变曲线、变形破坏特征及宏观力学性质等,对深入了解土石多元介质的力学性质有借鉴意义。     

对“‘水下土石混合体的原位大型水平推剪试验研究’讨论”的答复

首先感谢张旷成教授对“水下土石混合体的原位大型水平推剪试验研究”一文(以下简称原文)的讨论。下面按问题的顺序进行答复:(1)土石混合体形成是各种内外动力相互作用的共同产物,自然界中现存的土石混合体边坡很难为一种成因的。坡积和冰水堆积是金沙江流域分布的土石混合体的主要成因类型。对于试验点的土石混合体的成因主要为崩坡积。对于不同成因的土石混合体,其内部结构及组成会有很大的差异,从而会影响着其相应的物理力学性质。澄清试验点土石混合体的成因类型是必要的,笔者同意张教授的建议。(2)土石混合体为一种极其不均匀的地质体,笔者认为不能将其归类于“岩体”或“土体”。笔者认为,土石混合体内部的“土”或“石”只能     

不同围压加载方式下土石混合体变形破坏机制颗粒流模拟研究

土石混合体是一种非连续、非均质的混合多相介质材料,在轴向荷载作用下,由于内部变形的不均匀性,其变形破坏受围压加载方式影响显著。考虑刚性和柔性两种围压加载方式,采用颗粒流程序(PFC2D)开展了不同含石量和块石空间分布下土石混合体的双轴试验研究,从宏细观上探究了土石混合体在不同加载方式下的变形破坏规律。数值模拟研究表明:在不同围压加载方式下,受侧向变形约束不同的影响,土石混合体在峰后表现出了不同的力学特性,且在刚性加载下,其峰值偏应力较柔性加载下的高;同时,土石混合体在不同围压加载方式下局部化剪切带的形成演化过程也是不同的,其破坏型式不仅取决于围压加载方式,同时也决于块石含量和空间分布,在刚性加载下,多表现为复杂的多叉型破坏,在柔性加载下,多表现为非对称单叉型鼓胀破坏,而且随着含石量增加,破坏型式由简单的单叉型向复杂的多叉型转变,即使在相同含石量下,块石空间分布不同,破坏型式也不一样;土石混合体在不同加载方式下表现出了不同峰后力学行为的根本原因是由于内部土石颗粒间接触力的传递演化规律的不同所致,而且其应力应变关系是内部颗粒间切向接触力的外在宏观表现。     

大粒径无粘性土石混合填料压实过程颗粒流模拟

土石混合填料极不均匀,压实质量不易控制,而填料压实质量是影响路基沉降变形及稳定性的主要因素。文章借助颗粒流离散元程序PFC2D模拟了大粒径无粘性土石混合料的振动压实过程,观察振动作用下颗粒随时间的位置变化,并记录计算过程加载板沉降及下方孔隙率变化。结果表明:振动作用能使影响范围内土石混合填料颗粒整体松动重新排列,从而达到更好的压实效果;当小粒径颗粒足够填充大粒径颗粒间隙时,块石含量越大,填料孔隙率越小。     

土石混合体力学特性的颗粒离散元双轴试验模拟研究

土石混合体作为土体和碎石的混合体,其宏观力学特性与碎石特性密切相关。采用试验研究和数值模拟相结合的方法,对土石混合体的力学特性进行研究。基于FISH语言开发颗粒流的多边形碎石生成模块,通过室内试验校核颗粒流模型的细观参数,建立土石混合体双轴试验模型。提出以形状因子m作为衡量碎石磨圆度的指标,对碎石形状进行了量化。研究了碎石含量、强度、形状对土石混合体力学特性影响,探讨碎石对土体强度提高的细观原因,揭示土石混合料的强度指标随各主要影响因素的变化趋势。结果表明:碎石含量和强度越高,混合体的强度也越高,当含石量小于40%时,土石混合体的力学特性受土体主导;内摩擦角随着碎石含量增加而增大,而黏聚力却在减小;随着形状因子的增大,强度降低,黏聚力和内摩擦角均减小;土石混合体中应力分布不均,在碎石含量较高时,碎石形成骨架效应,承担了主要荷载。     

高填方土石混合料强夯振动响应及加固机理研究

基于土石混填料强夯加固的大型现场振动速度测试的试验成果,深入地分析了质点振速和波形在强夯过程中的传播及演化,以此研究了1000 kN·m夯击能作用下土石料填筑体的内部质点的振动响应及强夯加固机理。结果表明：土石料在强夯作用下土体内部仅有冲击波和振动波两种振动形态;提出了强夯起始加固临界振速的概念和确定方法,并给出相应的振速值;通过分析填筑体空间振速演化规律,阐述了粗粒土石混合料的强夯加固机理,将强夯过程分为加固发展阶段和加固退化阶段。为工程条件下强夯施工层厚给出指导性建议。     

土石混合料振动击实特性的试验研究

基于表面振动台法的试验条件参数对风化砂岩、泥岩的混合料和石灰岩材料两种不同性质土石混合料最大干密度的影响因素进行室内系统试验研究.通过改变含水量、含石量(P5)、最大粒径等因素来探讨土石混合料的室内振动击实特性,得出一些对实际工程有重要参考价值的结论.     

沥青混合料渗水特性的试验研究

渗水是沥青路面出现早期损坏的主要原因之一,通过渗水原理及试验方法的分析研究,定量分析了多种因素对不同类型沥青混合料渗水特性的影响规律.结果表明:空隙率、混合料类型及级配、集料最大公称粒径与结构层厚度对沥青混合料渗水特性有较大影响.集料最大公称粒径与混合料空隙率越大、混合料级配越粗、结构层厚度越小,沥青混合料就越容易渗水.与传统悬浮密实型沥青混合料相比,SMA混合料渗水特性更易受空隙率影响.成型方式在混合料空隙较大时对其渗水特性有明显影响,旋转压实方法可以提高沥青混合料的抗水损害能力.     

聚丙烯纤维对硅灰混凝土氯离子渗透性能的影响

在正交试验的基础上,采用NEL试验方法研究了不同掺量(体积掺量0.067%～0.5%)、不同尺度(3、6、10 mm)的聚丙烯纤维混杂对硅灰混凝土抗氯离子渗透性能的影响.研究表明,聚丙烯纤维影响硅灰混凝土抗氯离子渗透性能的因素依次为:长短纤维掺量比＞纤维掺量＞复合纤维长度.当纤维掺量在低掺量范围内增加时,硅灰混凝土氯离子渗透性能会降低,而当纤维掺量较高时,硅灰混凝土氯离子渗透性能反而增加;纤维对硅灰混凝土氯离子渗透性能的影响与复合纤维的长度关系不大,而与长短纤维掺量比关系密切.     

Performance comparison of laboratory and field produced pervious concrete mixtures

Portland cement pervious concrete (PCPC) is an environmentally friendly paving material that has been increasingly used in parking lots as well as low volume and low speed pavements. Although specifications are available for the mix design and construction of pervious concrete, there still remains a need for laboratory tests to ensure the anticipated performance of laboratory designed pervious concrete. In this study, the performance of laboratory and field produced pervious concrete mixtures as well as field cores were evaluated and compared through laboratory performance tests, including air voids, permeability, compressive and split tensile strengths, as well as Cantabro and freeze–thaw durability tests. Two types of coarse aggregate, limestone and granite, with two gradings, No. 8 and No. 89 specified in ASTM C33, were used to produce the mixtures. Latex, air-entraining admixture (AEA), and high range water reducer (HRWR) were also added to improve the overall performance of pervious concrete. The results indicated that the mixtures made with limestone and latex had lower porosity and permeability, as well as higher strength and abrasion resistance than other mixtures. Even for pervious concrete, the addition of AEA could still help to improve the freeze–thaw resistance. The comparison between laboratory and field mixtures showed that a properly designed and laboratory verified pervious concrete mixture could meet the requirements of permeability, strength, and durability performance in the field.     

Effect of biopolymers on permeability of sand-bentonite mixtures

Application of biopolymer-modified geomaterials in waste disposal practices is gaining wide acceptance due to their superior tensile characteristics and improved crack resistance. Permeability is an important design parameter which determines the suitability of a material as a liner for construction of engineered landfills. Given this, the permeability characteristics of sand-bentonite mixtures amended with biopolymers was studied using a modified-falling head permeability apparatus under an accelerated gravity environment. Both distilled water and synthetic leachate were utilized as permeant liquid to assess the role of biopolymer amendment on the permeation behavior of sand-bentonite mixtures. Experimental results indicate that addition of biopolymers causes aggregation of the clay platelets, which in turn enhances the permeation behavior of the biopolymer-modified sand-bentonite mixtures. These mixtures meet the regulatory requirement of the liner.     

Lightweight concrete incorporating pumice based blended cement and aggregate: Mechanical and durability characteristics

This paper presents the development of lightweight volcanic pumice concrete (VPC) using pumice based ASTM Type I blended cement (PVPC) and aggregates (both coarse and fine). The performance of VPC mixtures was evaluated by conducting comprehensive series of tests on fresh and hardened properties as well as durability. Fresh and mechanical properties of VPC mixtures such as slump, air content, compressive strength, tensile strength, density, and modulus of elasticity are described. The durability characteristics were investigated by drying shrinkage, water permeability, mercury intrusion porosimetry, differential scanning calorimetry and microhardness tests. The variables in the study include: % replacement (0%, 50%, 75% and 100% by volume) of normal weight coarse gravel aggregate by coarse lightweight volcanic pumice aggregate (VPA), replacement (100% by volume) of fine aggregate (sand) by fine VPA, constant (0.45)/variable (0.37–0.64) water-to-binder ratio by mass, variable (1.3–3.7) aggregate-to-binder ratio by mass and cement types (ASTM type I cement and PVPC). The investigation suggests the production of lightweight VPCs for structural applications having satisfactory strength and durability characteristics. The use of PVPC induces the beneficial effect of reducing the drying shrinkage and water permeability of VPC mixtures. The presence of coarse/fine/both VPA is also associated with lower permeability due to the development of high quality interfacial paste-aggregate transition zone and the progressive internal curing in VPCs. Development of non-expensive and environmentally friendly VPC with acceptable strength and durability characteristics (as illustrated in this study) can be extremely helpful for the sustainable construction and rehabilitation of volcanic disaster areas around the world.     

掺硅灰和粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性

本文结合粉煤灰和硅灰单掺时的优点,试验研究了将两种掺合料复掺后对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。试验结果表明:掺5%硅灰(SF)和30%粉煤灰(FA)时,对混凝土的抗氯离子渗透性改善最大,28d、90d和180d三个龄期的改善幅度分别为49%、45%和38%,明显优于单掺FA与SF的混凝土。     

自由膨胀条件下高压实砂–膨润土混合物非饱和渗透特征

选择合适的配合比,使得膨润土–石英砂混合物在增加导热性能和强度的同时,又能满足渗透性要求并维持适当的膨胀力,是混合型缓冲/回填材料研究的关键。采用瞬时截面法,通过试验研究了干密度1.9 g/cm³、配合比为7∶3的高庙子膨润土–石英砂混合物的非饱和渗透特性。结果表明,所测非饱和渗透系数主要集中在2.1×10^-15～1.0×10^-13 m/s,且趋势上随吸力的增大而减小但变化较为平缓;与自由膨胀条件下、纯膨润土试样的非饱和渗透系数相比,混合物渗透系数稍有增大,但变化幅度不太明显。石英砂的加入,改善了混合物的导热性能,且仍然基本符合缓冲/回填材料的低渗透性要求。     

控制姬塬地区长4+5超低渗油藏单井产能的主要地质因素分析

目前针对超低渗油藏单井产能的地质因素分析极少。文章通过姬塬地区长4+5超低渗油层组为研究目的层,以岩芯分析、测井解释数据统计、粒度分析资料、储层宏微观表征等技术手段,对影响目的层位的主要地质因素进行分析。结果表明,研究区目的层单井产能受沉积相类型、储层类型、储层微观参数与有效厚度等多种地质因素控制。具体表现在水下分流河道、前缘席状砂等以砂岩含量居多的沉积微相对应层位单井产能较高;储层内孔隙的空间组合类型、孔渗参数大小均影响储层的渗透与流通程度,从而影响其单井产能。总结不同地质因素对姬塬地区长4+5超低渗油藏的控制作用,可以为研究区今后的布井开发,或进一步的方案调整提供有利的依据。