三轴试验条件下钙质砂颗粒破碎影响因素研究

针对钙质砂颗粒易破碎的特点,对取自南海某礁的钙质砂进行大量三轴试验,研究钙质砂在不同围压、粒径、级配、密实度、排水条件和含水率条件下的颗粒破碎情况,分析以上因素对钙质砂颗粒破碎的影响。试验结果表明:钙质砂颗粒破碎受围压影响显著,与粒径并没有明显相关性;级配越好的钙质砂破碎越小;密实度增大会导致颗粒破碎加剧;不同排水条件下钙质砂颗粒破碎受有效围压影响;颗粒破碎随含水率增加而变大。     

侧限条件下高压对钙质砂颗粒破碎影响研究

高应力环境中钙质砂的颗粒破碎会影响其工程稳定性,利用液压万能试验机在侧限条件下对0.25mm~0.5mm、1mm~2mm、2mm~5mm粒径和混合粒组钙质砂进行高压加载,研究终止压力、平均粒径、干密度等因素对其颗粒破碎影响。试验结果表明:终止压力P值对钙质砂颗粒相对破碎率Br值影响显著,用Slogistic函数拟合后相关性良好,根据拟合曲线可将破碎分为渐增和缓增阶段;同时相对破碎率Br与试样平均粒径d50呈线性负相关;控制变形速率和终止压力相同,干密度大的试样加荷速率更快,相对破碎率Br比干密度低的试样略大;同等终止压力水平下混合粒组钙质砂相对破碎率Br远小于单粒组;高压加载导致级配和粒组百分含量变化十分显著,工程中应充分考虑其对钙质砂工程性质的影响。试验结论对海相钙质砂区域工程建设具有参考意义。     

广西红黏土热物理特性及影响因素试验研究

结合矿物组成分析,通过室内试验对广西4种红黏土的热物理特性从土质学角度进行了深入研究,探讨了红黏土的热特性参数与各影响因素之间的关系。研究结果表明:当土体干密度保持不变,红黏土的热导率、比热容随体积含水率的增加而线性递增;热导率变化曲线存在临界含水率点,土体含水率低于该点时,热导率呈线性急剧增加,反之,热导率增长缓慢,趋于稳定;热扩散率以临界含水率点为界,先随含水率的增大而递增,到达临界含水率后随含水率的增加而递减,整体呈抛物线的变化趋势;当土体含水率保持不变,红黏土的热导率、比热容、热扩散率均随干密度的增加而线性递增;红黏土矿物成分中的石英含量对土体的热导率具有显著影响,石英含量与热导率的增长速率呈正相关的关系。     

基于SEM图片的钙质砂连通孔隙分析

钙质砂是一种以碳酸钙为主要成分的特殊砂土,由于在形成过程中保留了原生物的骨架,故钙质砂颗粒不仅形状各异而且富含孔隙。颗粒孔隙的存在对钙质砂的压缩、剪切、强度和破碎性等力学性质有很大影响。针对这一问题,取南海一处岛礁建设地基的钙质砂试样,根据粒径大小将其分为6个不同的粒组,在每个粒组中选出不同形状的代表性颗粒,对其进行电镜扫描试验。借助MATLAB图像处理程序,选取合适的阈值对扫描试验得到的图片进行二值化处理,对钙质砂的连通孔隙进行了分析,系统的研究了不同粒径和粒形钙质砂颗粒的表观孔隙率的分布规律。结果表明:对于粒径小于1 mm的颗粒,面孔隙度随着粒径的增大而增大,不同形状颗粒面孔隙度差别不大;粒径超过1 mm后,面孔隙度随着粒径的增大而减小;条状颗粒面孔隙度最大而片状颗粒的面孔隙度最小。     

高应力剪切条件下粗砂与混凝土结构接触面颗粒破碎试验研究

通过在RMT-150B岩石力学系统基础上自行改进的高应力直剪仪,对不同含水率的粗砂与不同硬度和粗糙度的混凝土结构接触面进行粗砂与混凝土结构接触面颗粒破碎试验研究。结果表明,高法向应力粗砂与混凝土结构接触面直剪试验后颗粒级配曲线相较于试验前的曲线所对应出的颗粒粒径含量,随粒径的减小呈现出先减小后增加趋势,在颗粒粒径为0.25~0.074mm段,试验前后两级配曲线相互靠拢,对应粒径的含量变化较小;干粗砂破碎相较于含水的粗砂总体上破碎率较大,大粒径颗粒砂随含水率增大破碎量增大,小粒径颗粒砂随含水率增大呈现破碎减小状态,而含水率的大小对颗粒破碎影响相差不大;结构接触面的混凝土强度为C20、C30,粗糙度为3mm时,颗粒相对破碎率最小,结构接触面的混凝土强度为C40、C50表现与之相反;随着混凝土强度的增加,粗糙类型-破碎率曲线随粗糙度波动的敏感度变小,在混凝土结构接触面强度为C40时粗糙类型-破碎率曲线随粗糙度波动敏感度最小。     

冲击能对钙质砂砾颗粒级配影响试验研究

岛礁工程中常规模化采用冲击法加固钙质砂砾回填料地基。对钙质砂砾试样进行冲击试验,研究不同总冲击能对试样颗粒级配、变形、颗粒破碎的影响,结果表明:随着总冲击能的增大,试样孔隙比逐渐减小,并最终呈稳定趋势,二者满足指数函数关系;试样相对破碎率随总冲击能的增大而逐渐增大,但存在一临界总冲击能,超过该值后,相对破碎率增幅逐渐减弱;冲击能能改变试样粒径的构成,其不均匀系数、曲率系数随总冲击能增大而增大,并呈二项式函数关系;试样平均粒径随总冲击能的增大而减小,二者呈线性负相关;钙质砂砾经过冲击作用后,粒组百分含量变化较为明显,含砂量增大,砂砾比例发生变化,其中原粒组下一级粒径区间质量百分含量增量尤为明显。利用钙质砂砾进行规模化地基填筑时,应充分考虑冲击能对其颗粒级配、砂砾比变化的影响,选择合理的施工工艺。     

考虑颗粒形貌的干砂热传导特性研究

为揭示颗粒形貌对干砂热导率的影响规律,通过砂颗粒形貌测量和室内热探针试验,研究不同天然河砂的二维颗粒形貌统计分布特征以及颗粒形貌特征参数与热导率的相关关系,同时从细观尺度探讨砂颗粒接触传热的内在机制。结果表明：天然河砂颗粒圆度和球度值的统计分布具有正态分布特征,期望值可作为定量表征颗粒形貌的参数;干砂热导率随孔隙率增加而减小,在半对数坐标中两者具有良好的线性关系,直线斜率与“平均形貌因子”Am呈线性减小关系;相同孔隙率下,浑圆颗粒的干砂热导率值较大,不同干砂间热导率值的差异随孔隙率的增加而逐渐减小;提出的热导率计算新模型综合考虑了颗粒形貌和矿物组分的影响,相比于传统C?té和Konrad模型,具有更好的适用性和先进性;颗粒形貌对干燥状态下无黏性土热传导特性的作用受多因素综合影响,与应力环境、颗粒刚度等密切相关。     

非饱和黄土土水特征曲线的研究

利用高速离心机法测试了在不同温度和密度条件下的非饱和黄土的土水特征曲线。试验数据分析表明:基质吸力随含水率的增大而减小;基质吸力随密度的增大而增大;温度、密度、基质吸力与含水率之间符合幂函数的变化关系。最后推导出了一个综合考虑温度、密度、基质吸力对含水率影响的非饱和黄土土水特征曲线拟合公式,可以用来直接计算不同温度、不同密度和不同基质吸力条件下的非饱和黄土的含水率。     

三轴排水剪切下钙质砂的颗粒破碎特性

颗粒破碎是影响粒状土的变形和强度机理的重要因素。为了研究钙质砂在剪切过程中的颗粒破碎特性及其对变形和强度性质的影响,对3种不同初始分布的钙质砂进行了不同围压下的三轴排水剪切试验。结果显示:初始分形的粒径分布在三轴剪切过程中始终保持着较为严格的分形特性,该现象与各粒组中的破碎颗粒主要向相邻的下一级粒组中迁移的机制有关。钙质砂的应力–应变特性与围压大小和初始粒径分布有关,围压越低,初始粒径分布越不均匀,钙质砂的剪胀效应越显著。随着围压的增大,钙质砂的剪胀倾向减少,并逐渐过渡到剪缩状态。钙质砂的破碎率随剪切过程中的应力和应变的增长而增大,其峰值内摩擦角随着破碎率的增大而降低,最后趋于定值。用非线性的指数函数来描述峰值内摩擦角与破碎率的相关关系,揭示了颗粒破碎对钙质砂抗剪强度的影响规律。     

南宁灰白膨胀土三向膨胀率试验研究

采用自行研制的三向膨胀仪,以南宁灰白色膨胀土为研究对象,开展三向膨胀率室内试验。结果表明:膨胀土浸水后,膨胀速率可分为快速膨胀、缓慢膨胀、趋于稳定三个阶段,6 h基本完成膨胀,竖向膨胀率大于横向膨胀率,两个横向膨胀率大致相等;横向膨胀率与竖向膨胀率的比值R_0随着干密度的变化而不同,变化范围为0.61～0.82。在相同初始含水率条件下,R_0随干密度的增大而增大,说明膨胀土干密度越大,各向异性越弱;相同含水率条件下,膨胀率随干密度的增大而增大,含水率越大,竖向膨胀率随干密度的变化速率越小;相同干密度条件下,膨胀率随含水率的增大而减小,干密度越大,膨胀率随含水率的变化速率越大。     

高放废物处置库缓冲材料导热性能研究

 缓冲材料是高放废物深地质处置库中的重要工程屏障,其导热性能参数是高放废物处置系统设计的关键参数之一。利用ISOMET导热仪,研究内蒙古高庙子天然钠基膨润土GMZ01与石英砂和石墨混合材料GMZM不同压实密度和不同含水量样品的导热性能。结果表明,GMZM的导热系数、热容量和热扩散系数随压实密度的增大而显著增大,随着含水量的增大而增大;与GMZ01的导热性能相比,随着压实密度的增大,石英砂和石墨作为添加剂可以明显提高缓冲材料的导热性能和热扩散性能,但对比热没有显著影响。压实干密度大于1.8 g/cm3后,GMZM的导热系数和热扩散系数比GMZ01的导热系数和热扩散系数均提高20%以上。缓冲材料的导热性能与其含水量、干密度、矿物组成和微结构等有关,导热系数随着含水量和干密度的增大而增大,但是导热系数与含水量和压实干密度不具有一致的线性关系。当GMZ01的饱和度大于20%时,不同压实干密度样品的导热系数、比热、热容量、热扩散系数均与饱和度具有线性关系。     

膨润土-砂混合物缓冲层热传导性试验研究

由于高放废物长期衰变放热,因此缓冲材料的热性能参数对处置库的稳定和安全运营具有重要意义。膨润土-砂混合物中石英砂的掺入可有效改善其热传导性能。本研究采用中粒石英砂作辅料,利用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪对不同干密度、掺砂率和含水率试样进行测量,分析不同参数对导热性能的影响;采用自行设计的装置对按比例缩小后的试样进行不同热源温度下的热传导模拟试验,并对缓冲层热-力耦合过程进行数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和位移的变化及分布情况,对比分析不同热源幅值对其分布影响的敏感程度。研究结果表明,导热系数随着干密度、掺砂率增大而增大,且含水率越高增幅越明显;热源温度越高,缓冲层温度、应力及位移的变化越大,且热-力耦合条件下,径向比轴向变化相对较大。热源温度较低时处置库更为稳定。     

干密度和粒径对非饱和尾矿砂土水特征曲线的影响

为了得到干密度与粒径对非饱和尾矿砂土水特征曲线的影响规律,利用GEO-Experts压力板仪,开展了不同干密度、粒径的尾矿砂土-水特征曲线试验,探讨了干密度与粒径对尾矿砂土水特征曲线的影响,并采用F-X模型对试验数据进行拟合。结果表明:尾矿砂粒径越小,进气值越高,残余含水率越大,且小于0.25 mm粒径的含量增加能有效提高尾矿砂的持水能力;干密度对尾矿砂土水特征曲线的影响集中表现在过渡阶段,粒径相同时随着干密度的增大,脱水速率减小,残余含水率增大,但残余基质吸力基本不变;F-X模型对于尾矿砂土水特征曲线具有较高的拟合精度,能较好地反映尾矿砂的持水性能。     

基于热探针测试的橡胶-砂颗粒轻质混合填料#br# 导热系数影响因素研究

导热系数是岩土材料热学特性的一个重要参数,文章对橡胶-砂颗粒混合物的进行了大量的热针试验。详细分析含砂率、含水率和干密度对导热系数的影响。结果表明：当含砂量小于20%时,橡胶-砂混合物的导热系数逐渐增加,但砂粒含量超过80%后,导热系数立即出现较高的增加速率;随着干密度的增加,导热系数在低含砂率时呈现抛物线增长,在高含砂率时呈现线性增长;橡胶-砂混合物导热系数随含水率的变化可分为增长区域和稳定区域,6%含水率可作为临界含水率。该文可为地热相关结构周围的轻质回填材料提供更合理的热学参数,此外,废旧轮胎的有效利用可以减少环境污染,促进可持续的基础设施。     

Effects of physical properties on electrical conductivity of compacted lateritic soil

Natural soils of various types have different electrical properties due to the composition,structure,water content,and temperature.In order to investigate the electrical properties of lateritic soil,electrical conductivity experiments have been conducted on a self-developed testing device.Test results show that the electrical conductivity of laterite increases with the increase of water content,degree of saturation and dry density.When the water content is below the optimum water content,the electrical conductivity of soils increases nonlinearly and the variation rate increases dramatically.However,when the water content,degree of saturation,or dry density increases to a certain value,the electrical conductivity tends to be a constant.In addition,soil electrical conductivity increases with the increase of temperature,and it is observed that the electrical conductivity decreases with the increase of the number of wetting–drying cycles.     

Shear characteristics of calcareous gravelly soil

Because of its angularity, crushability, and high void ratio, calcareous gravelly soil has peculiar geotechnical properties. A series of large-scale direct laboratory shear tests was conducted on calcareous gravelly soil taken from coral reefs in the South China Sea. This study aimed to investigate the shear characteristics of calcareous gravelly soil under conditions of varying gradation, water content, density, and mineral composition. The experimental results revealed the extremely different mechanical properties of calcareous gravelly soil compared to common non-cohesive soil: calcareous gravelly soil has greater apparent cohesion, larger friction angle, and lower softening value than quartz sand. The friction angle increases with dry density, while the apparent cohesion increases with the median particle size (D ₅₀) of the soil. After shear failure, the apparent cohesion decreases significantly from the peak value, but friction angle decreased slightly. Grouting can be employed to reinforce foundations and enhance slopes consisting of calcareous gravelly soil at the early stage of shear failure. This study intends to provide reference information for engineering constructions on coral reefs and report new findings on coarse-grained soil.     

不同因素对陶粒混凝土导热系数的影响研究

为了研究陶粒混凝土在不同影响因素下的导热系数变化规律,利用单因素试验方法,通过稳态法中的热流计法(DRPL-Ⅱ型导热系数测定仪)对陶粒混凝土试件进行了导热系数试验,考察了砂率、粉煤灰掺量、浸水时间三个影响因素对陶粒混凝土导热系数的影响。结果表明:陶粒混凝土的导热系数随着砂率的增大而减小;陶粒混凝土的导热系数随着粉煤灰掺量的增大而先减小后增大;陶粒混凝土的导热系数随着浸水时间的增加逐渐增大并趋于稳定。研究结果为陶粒混凝土结构内部温度场的精确计算以及保温隔热性能的控制提供更为重要的理论依据。     

冻结风立井白垩系砂岩导热特性的试验研究

为掌握我国西部白垩系富水基岩的热物理特性,采用基于瞬态平面热源技术的Hot-Disk 热常数分析仪对不同温度(-30 ℃、-20 ℃、-10 ℃、-5 ℃、0 ℃、10 ℃、27 ℃)、不同含水(干燥、微量含水、大量含水、饱水)、不同粒径(中粒、粗粒)白垩系砂岩的热导率λ进行了测试。结果表明:饱水砂岩热导率λ随温度降低而先增大后略有减小并趋于稳定,-10 ℃时达峰值3.375 W/m·K;砂岩热导率λ随含水率ω增加呈先增大后减小趋势,λ的范围在0.368-2.242 W/m·K之间,当ω=6.282%-7.539%时热导率λ较大,此时中砂岩最大热导率可达2.242 W/m·K;常温下,相同含水的非饱和白垩系粗砂岩热导率总大于中砂岩0.254~0.284 W/m·K,其中粗、中砂岩平均孔隙度分别为15.169%、21.863%,说明非饱和时砂岩孔隙度越小、颗粒粒径越大则热导率越大。可为西部白垩系地层深厚富水基岩煤矿立井冻结设计提供科学的理论依据。     

土体热传导性能及其热导率模型研究

为研究不同土体的热传导特性变化规律,利用热探针测试了南京地区典型土体在不同含水量和干密度状态下的热阻系数,分析了含水量、干密度、饱和度以及矿物成分等因素对土体热阻系数的影响,研究了不同状态下土体热导率的预测模型,提出了适用于不同地区土体热阻系数估算的修正系数.结果表明:南京地区典型土体的热阻系数随含水量和干密度增加而减小,当含水量超过一定范围后,热阻系数趋于稳定;热阻系数与饱和度之间的关系表现出与其含水量之间相似的变化规律;土颗粒的热传导特性由其矿物成分决定,石英含量对土颗粒热传导特性有着显著影响;提出了可用于非饱和土热导率估算的修正归一化模型,该模型对于粗粒土具有较高的预测精度,细粒土则需考虑区域差别进行修正.