冻融循环条件下岩石弹性模量变化规律研究

岩体冻融损伤机制为温度降低使岩体中的水发生相变、体积膨胀、产生冻胀力的作用,岩体中的微裂隙在冻胀力的作用下扩展延伸,温度升高时,融化的水进入新的裂隙,冻结成冰再次产生冻胀作用,反复循环使裂隙网络扩展,最终造成岩体的损伤。基于此,从弹塑性力学、断裂力学的角度出发,研究了在冻胀力的作用下单裂隙扩展特性,推导了冻胀力与裂纹扩展长度之间的关系,利用Mori-Tanaka方法建立了岩体宏观损伤量与冻胀力及冻融次数之间的关系式,讨论了岩体弹性模量与冻融次数、冻胀应力以及渗透系数的变化规律,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,岩体在冻融循环条件下的弹性模量随冻融次数的增加呈非线性减小;冻胀应力越大,岩体弹性模量衰减越快;岩体的渗透系数越大,弹性模量衰减越慢。     

冻融循环作用下含水率对粗颗粒填料水分迁移影响的宏细观试验研究北大核心CSCD

冻融循环作用和初始含水率是影响粗颗粒填料水分迁移特征和冻胀融沉变形的两个主要因素。为明确冻融循环作用下,不同初始含水率粗颗粒填料的水分迁移特征及细观机制,采用荧光素为追踪剂,以CT细观机理观测为研究手段,开展了不同初始含水率条件下粗颗粒填料的一系列冻融循环试验,探究了温度场和冻深变化、水分迁移图像、补水量变化、最终含水率分布及CT值变化规律等。试验结果表明,冻深基本随冻融循环的次数增加不断加深,初始含水率越大,不同冻融循环作用下冻深的变化越稳定。外界补水量和液态水迁移高度与初始含水率呈负相关。CT扫描结果分析表明,经历多次冻融循环后,试样中的水分迁移导致土体孔隙结构及颗粒构造发生变化,试样的密度普遍增加,孔隙率以减小为主,进而导致土体发生相应变形。     

青藏公路沿线土壤微生物数量变化及其影响因素研究

以青藏公路沿线土壤为研究对象, 研究了土壤可培养微生物数量的变化特征及影响因子. 结果表明: 青藏公路沿线土壤可培养微生物数量为0.77×10⁶~2.44×10⁷CFU·g^-1dw; 沿青藏公路从南(申格里贡山)到北(西大滩), 土壤可培养细菌与真菌数量表现为先迅速减少, 然后渐趋平缓; 可培养放线菌数量先减少后增加; 土壤总氮、 有机碳和含水量逐渐降低, 而pH值逐渐升高. C/N比率与真菌/细菌比率变化趋势相似, 均为先增加后减少. 土壤可培养微生物数量与理化因子的相关性分析结果表明: 青藏公路沿线土壤微生物数量主要受纬度和土壤理化性质的影响, 表现为微生物数量与纬度和pH值显著负相关, 而与总氮、 有机碳和含水量极显著正相关.     

柴油污染地下水修复生物反应墙中功能微生物数量及群落多样性

利用功能微生物、泥炭和含水层介质构建生物反应墙原位修复柴油污染地下水,系统经调试稳定后运行80 d,目标污染物去除率为83.60%~99.85%。运行期结束,采用荧光素-最大或然数和Biolog方法研究了生物墙内不同位置处功能微生物的数量及群落多样性。结果表明：墙体内各处均能保持较高的功能微生物数量,且微生物群落的物种数、丰富度、均一性、碳源利用性以及代谢特征均相似;但随着生物墙深度的增加,功能微生物比例有所下降,微生物群落略显丰富,但均一性略差,碳源利用倾向略微不同。生物反应墙原位修复地下水时,功能微生物能够长期保持较高的数量、较好的降解性能和稳定的群落多样性;但随着墙体深度的增加,营养结构发生了改变,导致微生物群落结构略显不同。     

不同碳酸盐岩和土层厚度下土壤微生物数量及生物量的研究——以贵阳市花溪区为例

碳酸盐岩发育土壤的厚度变幅大,通过野外挖掘调查,在贵阳市花溪区分薄土、中土及厚土3种土层类型研究喀斯特地区不同土层厚度下微生物数量及生物量,结果表明:随着土层厚度的增加,土壤的细菌、真菌、放线菌及微生物总数逐渐增加;细菌在土壤微生物中占据了绝对优势,在石灰岩及白云岩发育土壤的各土层中分别占88.13%、85.71%、87.36%、85.00%及77.78%;石灰岩发育的土壤从薄土到厚土微生物量碳（C）、氮（N）、磷（P）的含量逐渐增加,分别增加15.15 mg·kg-1、2.82 mg·kg-1、0.18 mg·kg-1,白云岩从薄土到中土微生物量C、N、P的含量分别增加5.13 mg·kg-1、0.39 mg·kg-1、0.10 mg·kg-1;在同等厚度下石灰岩发育的土壤微生物量N、P含量明显低于白云岩发育的土壤,中土中差异最大,分别相差0.90 mg·kg-1和0.21 mg·kg-1,而石灰岩发育土壤的中土中微生物量C的含量则高于白云岩发育的土壤,高17.31 mg·kg-1;探讨相关性,pH值对微生物量C、P有显著影响（p<0.05）,全P含量对微生物量P有极显著影响（p<0.01）。      

安徽铜陵狮子山硫化物矿山酸矿水中微生物功能群的研究

从安徽铜陵狮子山硫化物矿山酸矿水溪流获得样品,采用YE、Feo、FeSo、FeTo 4种选择性培养基,利用overlay分离技术,获得7株细菌菌株.利用16S rRNA基因序列同源性分析,与目前已分离得到的酸矿水微生物进行了比较.利用分离菌株16S rRNA基因序列构建系统进化树,结果表明获得的菌株可分为3个功能群:嗜酸性异养菌、嗜酸性自养菌、中度嗜酸性铁氧化细菌.嗜酸性异养菌主要与酸矿水中三价铁的异化还原和寡营养状态的维持有关;嗜酸性自养菌与酸矿水中铁、硫元素的氧化有关,是酸水中的生产者;中度嗜酸性铁氧化细菌能将二价铁氧化成三价铁,并产生难溶性的矿物,可实现酸矿水与酸矿水底泥之间铁元素的动态平衡.     

循环冻融条件下岩石物理特性的试验研究

新鲜岩石和风化岩石的力学性质有着较大的区别,特别是当岩石的风化程度很深时,岩石的力学性质会明显下降,而在实际工程中又常常将风化岩石作为工程的基础,因此,研究和认识风化岩石的力学特性是有必要的.温度的变化是引起岩石风化的主要原因之一,尤其是循环温度变化更容易使岩石风化.将采自焦作的大理岩和砂岩分成干燥和饱和两组岩样,进行了循环冻融试验来模拟岩石的风化.在冻融前、每10次循环冻融后,量测岩样的质量,利用NM-4B非金属超声检测分析仪对各岩样进行超声纵波无损检测,总共进行50次循环冻融.分析了循环冻融对岩石质量损失的影响并就纵波波速的改变进行了比较,据此归纳出岩石材料受风化影响的物理特性.     

冻融作用下砂土颗粒形态变化规律研究

土壤中的石英颗粒的表面形态不仅是该沉积物物源区沉积环境、 搬运机制的信息载体, 同时也会直接影响到砂土的宏观物理特性, 对力学和实际工程有着重要的意义。借助显微与高精度图像处理技术, 采用长径比, 磨圆度两个量化指标, 对经过不同次数冻融作用的两组砂土颗粒进行观察。结果表明： 砂土颗粒在冻融循环过程中, 由于颗粒之间的相互作用, 磨圆度先增大后减小, 最后趋于稳定; 长径比先减小, 后增加, 最后趋于稳定。长径比与磨圆度的变化曲线共轭。     

冻融循环作用下黄土基本物理性质变异性研究

以陕西富平重塑黄土为研究对象, 引入有关变异性分析的变化量和变异系数两个参数, 对历经不同冻融循环次数后黄土的物理性质指标进行清晰全面的描述. 结果表明:土样的密度和孔隙比的变化量呈现"共轭"变化, 水理性质指标的变化量均随冻融次数的增加而变小; 各项指标的变异系数均随冻融次数逐渐减小, 即土样内部形成新的结构, 并趋于稳定. 在分析黄土基本物理性质变异性的基础上, 可进一步探讨其内部颗粒排列、粒度成分及矿物成分等的发展转变, 为解决该地区冻融黄土的土工问题提供了参考, 同时, 也是判断其工程性质最基本的依据之一.     

循环冻融条件下节理岩体损伤破坏试验研究

通过循环冻融和相似材料试验,研究了节理岩体在冻融条件下的损伤破坏机制及其相应的力学特性。通过对经历冻融循环后的试件损伤破坏模式的观察和单轴压缩试验,重点研究了节理倾角、节理贯通度、节理条数、节理充填物厚度、节理充填物类型、试件饱和度、冻融循环次数等对试件冻融损伤破坏模式、单轴抗压强度和弹性模量的影响。研究发现：节理存在及其物理力学性质对岩体的冻融损伤破坏模式及强度均有很大影响。节理倾角通过影响冻融裂纹的起裂位置进而影响其破坏模式和强度;随着贯通度的增加,试件表面裂纹由稀变密;随着节理条数增加,试件受冻融影响明显加剧;随着节理充填物厚度增加,试件冻融损伤程度先增加后减小;节理充填物类型对试件冻融损伤程度也有一定影响;随着试件饱和度的增加,试件冻融损伤程度先减小后增加;随着冻融循环次数的增加,节理试件表面因冻胀引起的裂纹逐渐增多、变宽,且其抗冻融特性较完整试件差。上述研究成果对寒区岩体工程建设及安全运营具有重要的参考价值。     

冻融循环作用下土体冻结锋面移动规律试验研究

冻融循环作用改变了土体结构及热物理性质,进而影响了土体温度变化过程,土体冻结锋面的稳定位置也随之变化。为研究冻融循环作用下土体冻结锋面的移动规律,进行了开放系统下的兰州黄土冻融循环试验。试验结果表明：冻结初期冻结锋面迅速下移,冷端温度稳定后其下移速度降低,当土体温度达到平衡时,冻结锋面位置趋于稳定;冻结锋面稳定深度随冻融循环次数的增加而增加.为阐述黄土冻结锋面随着时间变化规律,采用时间比拟法得到了冻融循环次数与冻融时间相似比拟曲线。由拟合曲线得第6次冻融循环后土体冻结锋面稳定在土样高度24.4mm处,实测稳定在24.3mm处,相对误差为0.4%。     

冻融作用下草本植物根系加固土体试验研究

为了研究植物根系在冻融作用下对边坡土体的加固效应,取哈尔滨、东营、合肥等地公路常见的3种草本植物根系作为研究对象,基于植物根系与土体之间的界面摩擦效应,对不同植物根系在不同次数冻融作用后的根-土复合体进行了拉拔试验以及直剪试验。结果表明：结缕草根系与土体之间的摩擦效应最为显著,加筋效果最好;狗尾草的根系与土体之间的摩擦效应最差,但狗尾草根系抗冻性较好。根-土复合体模型的抗剪强度随冻融作用次数的增加发生变化,体现在黏聚力不断减小,后趋于稳定;内摩擦角先增大后减小,之后趋于稳定。所得结果可为植物护坡加固工程以及加筋土作用机理研究提供数据参考。     

冻融循环对青藏红黏土物理力学性质影响试验研究

以红黏土为研究对象,使土样在封闭系统下进行不同次数的冻融循环作用,对冻融循环后的冻结土样进行粒度成分和物理力学性质测试,研究不同次数冻融循环作用下冻结红黏土粒度成分和物理力学性质的变化规律。结果表明：粉粒组和黏粒组质量含量受冻融循环作用次数影响较大。红黏土中颗粒在前10次冻融循环过程中向粒径小于0.001 mm及粒径在0.01~0.05 mm范围富集;冻融循环10次之后,随冻融循环次数的增加,粒径范围在0.002~0.005 mm的土颗粒含量明显增加,粒径范围在0.01~0.05 mm的土颗粒含量明显减小,其他粒径范围的土颗粒含量基本不受冻融循环次数的影响。红黏土的液、塑限大体上随冻融循环次数的增加而增加。冻融循环作用对红黏土等效黏聚力强度影响较明显,冻融循环作用10次以内红黏土等效黏聚力强度变化较大,在红黏土地区新修路基应考虑冻融循环作用引起的附加沉降影响。建议采用维亚洛夫或吴紫汪长期强度预报方程预测红黏土长期等效黏聚力强度。     

冷端温度及解冻条件对原状海相软土冻融前后物理特性影响研究

海相软土冻融前后物理特性差异是研究人工冻结法工后融沉的关键,本文以宁波典型海相软黏土为研究对象,冷端温度（?5 ℃、?10 ℃、?15 ℃）和解冻条件（强制解冻、自然解冻）为影响因素,在室内模拟软黏土人工冻融过程,定量分析冻融前后物理性质差异,并揭示产生差异的原因。研究表明:冻融作用导致海相软黏土的含水率、干密度、孔隙比、渗透性等物理参数沿冻结梯度方向发生重新分布;随冷端温度每降低1 ℃,含水率、干密度、孔隙比变化程度减小4%～8%;采用强制解冻方式,土体含水率变化程度减小约23%,干密度和孔隙比的变化程度减小约50%;但究其本质,不同冻融条件影响物理参数变化各异的实质为不同条件下水分迁移与相变量不同,探究水分迁移并揭示对物理参数值的影响值得进一步深入研究。海相软土冻融前后物理参数变化与冷端温度及解冻方式密切相关,其变化程度易直接影响工后融沉,在进行海相软土冻结法设计与施工时,应选择合理的冻融方式,减小物理特性的差异性。     

冻融循环作用对露天矿排土场土料土水特征的影响

为了研究冻融循环条件下排土场土料的非饱和土水特征,选取元宝山露天矿内排土场土料为对象,研究不同体积含水率状态下土料在经历不同冻融循环次数后的基质吸力与宏细观结构的变化规律。结果表明：经历相同冻融循环次数时,基质吸力随含水率的减小而增加,且增加的幅度逐渐增大,土水特征曲线可划分为敏感阶段、亚敏感阶段和不敏感阶段;随着冻融次数的增加,土水特征曲线的曲率呈先增大后趋于稳定的规律,且基质吸力对冻融循环次数增加的敏感程度逐渐降低;冻融循环作用破坏土颗粒的均匀程度,且初次冻融循环影响最为显著;Van-Genuchten模型能较好地预测土料土水的特征曲线。因此,矿山排土过程中应重视冻融循环作用对排土场边坡稳定性的影响。     

冻融循环作用下花岗岩损伤的宏微观尺度研究

岩石的冻融破坏是高原地区工程建设中不可忽视的自然灾害之一。冻融作用下岩石矿物的不均匀收缩和孔隙水冰相变导致岩石内部孔隙扩展造成的岩石损伤,对工程稳定具有极大的威胁。为了研究冻融循环下花岗岩的损伤规律,以川藏铁路沿线理塘县毛娅坝盆地乱石包高位远程滑坡为研究对象,针对滑带上花岗岩,通过冻融循环试验模拟高原寒冷的气候环境变化,对冻融循环后的花岗岩进行单轴压缩、电阻率和电镜扫描（SEM）试验,从宏微观多尺度综合探讨冻融循环作用对花岗岩损伤劣化的规律。从试验研究中发现:（1）冻融循环过程中花岗岩质量变化呈先减小后增大再减小的趋势,这与冻融循环引起试样表面颗粒掉落和内部裂隙扩展双重作用有关;（2）随着冻融循环次数增大,花岗岩的单轴抗压强度、弹性模量和黏聚力皆呈非线性衰减趋势,而内摩擦角仅在平均值附近微小波动;（3）当冻融循环次数增加时,由宏微观试验所确定的冻融损伤因子和冻融荷载耦合作用下的总损伤因子都呈增长趋势,说明冻融次数对于花岗岩的抗压强度影响较大。研究结果可为高原地区工程建设中衡量花岗岩冻融强度特性提供参考依据。