水土化学力学效应研究现状与展望

水溶液在入渗土体过程中会发生水土化学作用，进而影响土体力学性质，该作用在土质滑坡孕育阶段扮演重要角色，是诱发滑坡形成的关键因素。本文系统性地总结和梳理了水土化学作用对土体力学性质、微观结构影响，以及土体强度变化机理与力学模型等方面的研究现状。在近五十年的研究历程中，水土化学作用力学效应研究不断深入，从力学性质影响规律的定性描述到初步建立水土化学力学效应模型，从细微观结构变化的唯象认识到土体强度变化机理性研究，但由于土体物质组成复杂，影响因素较多，现有研究成果还不足以指导土质滑坡的预报和防治工作。为进一步有效指导土质滑坡预报、预警和防治工作，根据现阶段研究状况，提出有必要就土体抗剪强度本构模型、水土化学作用下非饱和土体黏聚力变化定量模型、水土化学作用机理应用等深层次问题，持续展开深入细致地研究。     

卸荷土体力学与卸荷岩土体力学的提出及其基本理论框架

本文提出了＂卸荷土体力学＂新学科,并对＂地层结构力学＂的定义、研究对象和研究内容进行了分析,并综合卸荷岩体力学和卸荷土体力学提出了＂卸荷岩土体力学＂新学科。     

水—岩土化学作用的环境效应

对水－岩土化学作用的环境效应从几个方面进行了实例分析。针对水－岩土化学作用所存在的正负两方面的环境效应,强调指出,在重视研究其负效应的同时,还应更多地通过分析水－岩土化学作用的过程,综合利用地质环境中水－岩土化学作用的规律来达到调控和防治环境地质灾害的目的。分析了水－岩土化学作用环境效应的研究思路及研究方法,并认为这是环境地质研究中值得开拓的新领域。     

国内外水岩相互作用的研究概况

水文地质主要研究水与岩土介质作用对地下水溶质运移的影响,其采用的研究方法主要是水力学和同位素化学方法等,对于这方面的研究,资料很多。工程地质和岩土力学主要集中在水与岩土介质作用对岩土的力学状态、变形特性的影响。由于水岩相互作用关系涉及到工程的成败问题,因此必须对之进行详细而认真的研究。     

岩土介质沉陷破坏过程中的混沌识别

针对岩石介质的天然属性、复杂地质采矿条件及岩土介质沉陷破坏的本质特征，分析了岩土介质沉陷破坏的复杂性，揭示了岩土介质沉陷破坏现象与非线性科学各分支学科的内在联系；研究了岩石介质破裂出现分岔并随机扩展而导致地层动态沉陷发生混沌的实质，指出了应用混沌理论研究岩土介质沉陷破坏复杂性的可行性，分析了岩土介质沉陷破坏过程中的混沌识别和动态沉陷混沌性的预测。     

水溶液对砼土剪切强度力学效应的实验研究

利用室内土工直剪实验设备 ,在常温常压下 ,对不同水化学溶液、作用不同时间后的砼块进行了剪切实验 ,结果表明 :①水—砼块相互作用之力学效应包括物理和化学两方面 ,其表现为水化学作用后砼块剪切面上的剪切强度增大或减小 ;②水—砼块化学作用之剪切强度力学效应具有显著的时间效应 ;③水—砼块相互作用前后砼块剪切面上的抗剪强度及因水化学作用而导致剪切面上的抗剪强度的增量均较好地满足摩尔—库仑强度准则 ;文中最后从摩尔—库仑定律出发 ,推导并给出了水砼 (岩土体 )化学作用对砼 (岩土体 )正、负力学效应的判别公式     

环境岩土力学及其发展

对环境岩土力学及环境岩土工程及发展进行了综述分析,重点介绍了矿山地下开采带来地表沉陷的环境岩土工程问题,并对人类工程活动和环境影响的关系做了简单介绍.     

土钉支护突变稳定分析中能量方程的建立

突变理论是系统科学中研究系统变化的一种方法,能够阐述系统中某些变量如何从连续逐渐变化导致系统的突然变化的问题,对于研究系统临界状态有着独特的作用.突变理论的核心问题在于是否能够找到一个能够描述系统状态变化的力学方程.针对在基坑开挖中的土钉支护体系,以岩土塑性力学原理对单根土钉及其周围维护土体进行能量变化分析,分别得出了土体能量方程和土体与土钉之间的粘结摩擦能量方程.     

蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型

针对岩体是一种可变形的多孔介质,岩体在荷载作用下发生蠕变的问题,岩体孔隙度、渗透率等物性参数随之变化;同时,孔隙和渗透特性的变化又引起压力场、速度场的改变,带动蠕变特性的变化。在研究渗流的过程中,考虑岩体蠕变的影响,基于岩体流变力学和渗流力学理论,应用对应性原理,建立了含有蠕变参数的动态应力平衡方程,推导了蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型。     

水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法

为了准确高效地基于分子动力学模拟计算微观尺度高、低密度水化硅酸钙(C—S—H)的力学参数,选用7种常用的C—S—H晶体类似物结构和三种多孔介质力学模型进行对比分析研究。首先在纳观尺度通过分子动力学模拟得到C—S—H晶体类似物结构的体积模量、剪切模量、弹性模量和泊松比四个力学参数;并与第一性原理计算得到的结果进行对比,以此为基础,再应用多孔介质力学模型计算获得微观尺度高、低密度水化硅酸钙的相应力学参数;并与已有文献实测的高、低密度水化硅酸钙弹性模量进行验证。结果表明,与第一性原理计算相比,6种Tobermorite晶体结构模型的力学参数计算平均误差约20%; Jennite晶体结构模型计算平均误差达59%。采用C—S—H晶体类似物结构Tobermorite 14,结合Mehta或张俊彦的多孔介质力学模型进行模拟计算,效果最佳。C—S—H晶体结构类型对C—S—H跨纳-微观尺度力学参数准确性影响最大。提出的基于分子动力学模拟和多孔介质力学模型进行水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法,避免了采用大规模分子动力学模拟获得高、低密度水化硅酸钙的微观力学参数,计算效率高且结果可靠。     

NaOH和NH_3·H_2O环境污染土的试验研究

通过室内模拟试验的方法,对受两种碱溶液NaOH和NH3.H2O质量分数分别为4.5%,9%,13.5%,18%侵蚀的粉土进行了物理力学指标的测定,总结了各项指标与侵蚀介质的类型、含量之间的变化规律:污染后土样的基本物理性质和压缩性都发生了变化。比较了NaOH和NH3.H2O溶液侵蚀下土样的各项指标,NaOH对于土样的影响要强于NH3.H2O。通过微观分析表明,孔隙面积占图像总面积的比例在中孔时达到峰值,并以中孔为分界值,前半段曲线呈升高趋势,后半段呈降低趋势;同等条件下NH3.H2O污染土较NaOH污染土具有更多的颗粒内孔隙;最后结合土体的物理力学性质和微观结构研究结果,阐述引起土性发生改变的原因,揭示了污染土的侵蚀机理。     

中国寒区粗粒土力学研究现状与进展

在寒冷地区,粗粒土是路基、土石坝等工程主要填料,也在高寒山区斜坡上广泛分布。寒区高铁路基冬季冻胀病害和高海拔斜坡春季滑塌灾害等的防治与评价,均与冻融作用下粗粒土的力学特性密切相关。在查阅大量国内外文献的基础上,从本构关系、物理特性、力学性质和界面问题等方面对寒区粗粒土力学理论的研究现状进行综述,得出如下结论：通过引入不同新理论建立了考虑剪胀性、颗粒破碎性、非线性和冻融效应等粗粒土特殊性的本构模型;明确了粗粒土的基本物理性质、水理性、热物理和电学特性;基于大型直剪试验、大型三轴试验、数值模拟以及理论分析等手段深入研究了不同因素水平和应力条件下常温和冻融粗粒土的抗剪强度、变形规律以及作用机制;探讨了粗粒土-结构界面、冻-融界面的剪切力学特性及其与斜坡稳定性的关系;并且,针对目前研究现状,对寒区粗粒土力学特性研究进行展望分析。     

木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质的研究

冻土因其独特的工程性质成为所有寒区工程面监的一大难题,深入研究和解决冻土问题成为了寒区工程的关键.冻土(岩)测试主要是获取岩土体在冻融条件下,岩土体物理力学性质的变化情况,为露天矿在服务年限内安全开采以及相关设计提供依据.该文主要对木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质从力学参数及地温监测两方面进行研究,为该露天矿边坡稳定的研究做基础.     

粘土岩物理力学及工程特性研究综述

本文较为系统的梳理了国内外学者在粘土岩研究领域所取得的成果,主要包括粘土岩的矿物组成、粘土矿物的微观结构、历史成因及其物理力学性质等四个方面,其中对其物理力学性质的综述涵盖了粘土岩的结构、构造和颜色、粘土岩的密度及可塑性、粘土岩的强度特征、粘土岩的膨胀特性、粘土岩的水理性质和粘土岩的流变性能等六个子项。因近年来将粘土岩作为高放废物地质处置库的潜在围岩成为学术界研究的热点课题,本文还专门论述了国内外学者在该领域实施的开拓性工作。在此基础上,本文对部分研究成果进行了讨论,并提出了继续开展粘土岩区域性成因调查、多类型粘土岩物理力学性质对比研究和粘土岩作为地下工程构筑物潜在围岩的长期服役效能研究等三个前沿课题。     

高温作用后砂岩物理力学性质阈值温度的确定——基于机器学习算法

通过采用机器学习算法，提出了高温作用后砂岩物理力学性质变化的阈值温度的确定方法。基于Python语言，利用K-Means、SVM算法，实现了对样本数据的分类和聚类，确定了阈值温度区间，验证了二分类法的合理性和准确性.结果表明，砂岩样本的阈值温度区间为400~600 ℃，阈值温度上下砂岩的物理力学性质存在显著差异，体现为阈值温度区间以下的岩样物理力学性质较为分散，而阈值温度区间以上的岩样物理力学性质较为集中.     

半干旱区土壤酶活性与其理化及微生物的关系

在半干旱典型区域选择了8个不同植物群落样地对4类土壤酶活性及与土壤理化性质、微生物量的关系进行研究.结果表明,各种酶活性受制于水分、盐碱等因素,含量均较低.大多数酶在同一样地各个剖面中变化趋势一致.相关分析表明,影响各种酶活性的土壤物理、化学、生物性状有一定的差异,其中大多与有机质含量、微生物含量有非常密切的关系.用土壤化学性质对各种酶活性进行逐步回归分析,可以得到理想的方程.主成分分析发现,徽生物量和中性磷酸酶在各主成分中均有较大的相关系数,可认为是该地区有代表性的土壤生物特性因子.另外,对土壤表层酶活性和微生物量进行聚类分析,可以将8个样地分为不同的类别.     

高温作用后砂岩物理力学性质阈值温度的确定——基于机器学习算法

通过采用机器学习算法，提出了高温作用后砂岩物理力学性质变化的阈值温度的确定方法。基于Python语言，利用K-Means、SVM算法，实现了对样本数据的分类和聚类，确定了阈值温度区间，验证了二分类法的合理性和准确性.结果表明，砂岩样本的阈值温度区间为400~600 ℃，阈值温度上下砂岩的物理力学性质存在显著差异，体现为阈值温度区间以下的岩样物理力学性质较为分散，而阈值温度区间以上的岩样物理力学性质较为集中.     

石墨烯增强金属基纳米复合材料的研究进展

石墨烯的导电、导热以及机械性能优异,是制备先进金属基纳米复合材料理想的增强相.本文总结了近年来关于石墨烯增强金属基纳米复合材料研究的最新进展,内容包括该材料的制备方法、机械性能、摩擦学性能以及主要物理化学性能等.最后,基于现阶段存在的问题,展望了石墨烯增强金属基复合材料的发展趋势.     

高放废物黏土岩地质处置库预选区围岩物理特性及力学性质

为了探究内蒙古巴音戈壁盆地因格井坳陷高放废物粘土岩预选区围岩的基础物理特征和力学性质。通过物理实验、组分分析、力学实验对预选区8个的钻井不同深度的64个样品进行分析研究,。结果表明预选区围岩以泥质、白云石为主,且岩石内部结构致密,抗拉强度平均可达10MPa,相比瑞士Opalinus粘土岩和法国Callovo-Oxfordian泥岩抗拉力学性能优良。可见塔木素巴音戈壁盆地因格井坳陷作为高放废物粘土岩处置预选区在工程力学上的可行性。     

水-土化学作用的力学效应及机理分析

通过水 土反应物理力学效应的实验 ,探讨了水 土反应的正力学效应和负力学效应 .结果表明 ,同一种土在不同水溶液或不同的状态浸泡下 ,其水 土化学反应后的液限和塑限不同 ,并存在着正负两个方向的力学效应 :纯水或KNO3溶液使土的液塑限及塑性指数增大 ,而Ca(OH) 2 和K2 CO3溶液交替浸泡会使土的液塑限及塑性指数较大幅度的减小 .进而对水 土反应的力学效应机理进行了分析 ,认为具有力学效应的水化学反应主要有溶蚀作用、沉淀或结晶作用和阳离子交替吸附作用 3种 ,并分别对其进行了探讨 .最后认为通过水与土的化学反应可以调整土的物理力学性质 ,从而改良土质 ,防治环境地质灾害