冻融条件下重塑黄土渗透规律试验分析

【目的】研究冻融作用对重塑黄土渗透特性的影响,为季节冻土区黄土边坡、道路及堤坝等工程的设计和施工提供参考。【方法】以Q3黄土为研究对象,在封闭系统下进行快速冻融循环试验,每个循环为-20℃冻结12h,20℃融化12h,冻融循环次数分别为0,2,4,5,10,14,17和20。将干密度为1.7g/cm~3、含水率为18.0%的重塑黄土样制成长×宽×高为1cm×1cm×2cm的长条形样品,然后置于高低温试验箱进行冻融循环处理;将冻融后的样品风干后进行扫描电镜观察,并定量分析重塑黄土的骨架颗粒形态、连接方式、孔隙形态及孔隙面积比等微观结构特征。同时制作含水率分别为15.0%,18.0%,21.0%,28.0%及饱和含水率的土样,分5层压制成干密度分别为1.4,1.5,1.6和1.7g/cm~3的黄土三轴样,然后置于高低温试验箱进行冻融循环试验;最后在围压分别为100,200,300和400kPa条件下进行三轴黄土渗透试验,分析围压、含水率、干密度和冻融循环次数对黄土渗透特性的影响。【结果】冻融作用对土体表面结构破坏严重,有横向和纵向裂缝。冻融过程中,重塑黄土土体微观结构发生了明显变化,集团粒数量明显减少,土粒胶结性变差;随着冻融循环次数的增加,土样的孔隙面积比呈指数增大趋势,冻融循环20次后孔隙面积比由0.76增加到0.79。渗透系数随围压的增大表现出指数衰减特征,且围压为400kPa时渗透系数差异较小;随着干密度和初始含水率的增加,渗透系数表现出抛物线变化特征,且干密度和含水率分别为1.6g/cm~3和21.0%左右时,渗透系数较大;渗透系数随冻融循环次数增加表现出指数增大特征,冻融循环20次后渗透系数增加1~2个量级。【结论】经历冻融循环后,重塑黄土土体的结构强度遭受一定程度破坏,渗透性增强,冻融循环20次后黄土土体渗透特性趋于稳定;冻融过程中产生的裂缝是诱发黄土土体渗透性增强的主要原因;冻融过程中重塑黄土渗透特性与土的初始状态、冻融循环次数及围压密切相关。     

不同冻融循环次数对膨胀土三轴剪切强度的影响

冻融循环损伤作用是影响膨胀土边坡的安全建设与运营的重要影响因素。为了研究冻融循环引起膨胀土力学特性的衰减规律,本文对南水北调中线的渠道边坡膨胀土试样进行0～8次的冻融循环处理,然后对土样开展围压为100、200、和300 k Pa的三轴固结排水剪切试验,并对土体强度指标的冻融劣化效应进行了定量评价。结果表明:不同冻融循环次数下膨胀土的三轴剪切强度与围压保持线性正相关的关系;同一循环次数下,三轴剪切强度在0～6次冻融循环次数增加有明显下降趋势,6～8次冻融后几乎保持稳定;根据摩尔库伦准则计算了土体的强度指标—内聚力c和有效内摩擦角φ,对数函数可以对强度指标和循环次数的关系进行有效拟合;根据试验结果提出一个考虑冻融循环次数的强度表达式,由此预测了膨胀土在多次冻融循环后的强度指标。     

冻融循环作用下膨胀土的力学与孔隙分布特点

膨胀土是南水北调中线工程建设中涉及到的重要土层,为获取其物理、力学性质及结构特征,对南阳膨胀土进行了系统的室内土工测试,并评价了膨胀土受冻融循环的影响程度。结果表明:膨胀土内部含大量石英颗粒,黏土矿物具有典型的层状结构,主要为亲水性的蒙脱石、高岭土、伊利石等;颗粒粒径分布特殊,粗粒和黏土粒的含量均比较多,渗透系数较小;压缩系数为0.30～0.35 MPa-1,属于中等压缩土;冻融循环削弱了土体的结构强度,导致无侧限抗压强度的衰减,且衰减率随干循环次数增加逐渐趋于稳定;随冻融循环次数的增加,膨胀土内部的小孔隙比例逐渐下降,大孔隙的比例逐渐增大,且冻融循环过程中整体孔隙体积也不断增加。在冻融循环过程中,表征孔隙率大小的NMR谱面积与峰值强度呈负相关的线性关系。     

冻融循环作用下不同含气量混凝土抗冻性研究

冻融作用是影响混凝土耐久性的重要因素。本研究通过不同含气量混凝土的冻融循环试验,对冻融后混凝土的抗冻性能进行分析,采用质量损失与动弹性模量变化为抗冻指标对混凝土冻融循环结果进行评价。结果表明:引气剂的掺入可改善混凝土冻融循环条件下的抗冻性能。随冻融循环次数增加,混凝土的质量与动弹性模量均有所下降,掺有引气剂的混凝土下降幅度较小,质量与动弹性模量下降幅度随含气量增大而减小。通过研究引气剂对混凝土抗压强度的影响,发现含气量越高,混凝土抗压强度下降幅度越明显。从质量损失、动弹性模量变化与抗压强度三方面综合分析,得出使混凝土具有较好抗冻性能与较好力学性能的最佳含气量。     

低掺量水泥稳定煤矸石耐久性研究

煤矸石路用性能的研究,对于煤矸石的消耗,减少污染有重要的意义。以掺量为4%、5%和6%水泥稳定煤矸石作为研究对象,进行无侧限抗压强度试验,并结合核磁共振试验对水泥稳定煤矸石孔隙密度和孔隙体积的变化,分析强度的形成。通过干缩试验、温缩试验和冻融循环试验,研究了低掺量水泥稳定煤矸石的耐久性。结果表明,水泥稳定煤矸石7 d无侧限抗压强度可以满足高速公路对基层材料的要求;水泥掺量的增加,可以降低水泥稳定煤矸石内部孔隙体积,提高密实度;干缩系数随龄期增长逐渐变大,后期趋于稳定;低温条件下水泥稳定煤矸石温缩应变较大,水泥掺量5%的抗温缩性能最佳;冻融循环5次后,水泥稳定煤矸石强度保证率都保持在90%左右,水泥剂量的增加有利于提高抗冻性能。     

粉质黏土粘聚力影响因素显著性分析

本文以位山灌区粉质黏土为研究对象,制备不同干密度、含水率的试样进行差异性冻融处理,冻融循环结束后对土样进行直剪试验,并对试验数据的影响因素显著性分析,结合分析结果建立粘聚力回归方程。结果表明:土体粘聚力与含水率、冻融循环次数呈负相关,与干密度呈正相关,土体粘聚力在冻融循环1～2次之后显著降低,低密度、低含水率的土体在冻融作用下粘聚力下降幅度较大;经多次冻融循环后土体粘聚力趋于稳定;各因素对粉质黏土粘聚力影响存在差异,不同影响因素对土体粘聚力的影响表现为:干密度含水率冻融次数。     

大骨料混凝土冻融循环后单轴动态抗拉性能试验研究

针对寒冷地区水工混凝土结构受冻融循环和动荷载作用后会影响其混凝土力学性能,采用混凝土自动快速冻融机进行大骨料混凝土抗冻性试验,再利用大型电液伺服静动三轴试验设备对其进行单轴动态抗拉试验。基于试验数据分析了不同冻融循环次数下的大骨料混凝土的破坏形态和质量损失率及单轴抗拉强度、峰值应力点的应变随冻融次数和应变速率的变化规律。结果表明,动态极限强度较静态极限强度提高的百分比随冻融循环次数增加呈降低趋势,冻融循环作用后单轴抗拉强度在应变速率为1×10~(-3)/s或1×10~(-2)/s时损失最多;在对试验结果分析的基础上建立了冻融循环和动态加载速率作用的大骨料混凝土单轴动态抗拉破坏准则。     

冻融循环对水土混合样磷吸附-解析特性的影响

为了探讨冻融环境下水土混合样磷的吸附-解析特性,人工模拟冻融环境,以棕壤土样与溶液混合后进行冻融循环试验,探讨冻融循环次数和外源磷含量对磷吸附解析机制的影响。结果表明:经过冻融循环的土样有更强的缓冲能力;外源磷含量越高其吸附量越大,随着冻融循环次数增多吸附量减少、吸附速率降低;不同外源磷含量土样均在未冻融时吸附量最大,1次冻融后吸附量减少最多;第3次冻融时吸附量再次增加;6次冻融循环后,不同外源磷含量土样的P吸附量均趋于动态平衡。外源磷含量对棕壤磷吸附的影响相对较大。解析量随着解析次数的增加而减少,最终趋于稳定,且经过冻融的水土混合样比单一土样的P吸附量、解析量大。     

水泥土在冻融循环及污染水作用下强度特性及电阻率特性的研究

采用无侧限抗压强度测试试验以及伏安法电阻率测试试验对经受生活污水侵蚀及冻融循环双重作用下的水泥土进行抗压强度及电阻率测试,观察水泥土的无侧限抗压强度及电阻率随着不同的侵蚀浓度,不同的冻融循环次数的变化情况,试验结果表明,不同冻融次数的水泥土抗压强度随生活污水浓度的变化而不断的变化,受侵蚀浓度为40%的水泥土抗压强度强度是最大的,因此呼和浩特地区浓度为40%的生活污水可以作为相关工程水泥土搅拌用水。此外,建立了无侧限抗压强度与电阻率之间的关系。     

混凝土抗冻性试验

为了研究混凝土的抗冻耐久性，采用慢冻法对普通混凝土试件、掺2％防冻剂的混凝土试件和掺4％防冻剂的混凝土试件进行了冻融循环试验。每个试件共进行20次冻融循环试验，每次冻融循环后均测定每个试块的质量，全部冻融循环结束后对每一试块的抗压强度都进行了测定。在此基础上对3种试件质量随冻融时间变化的规律及防冻剂的掺量对混凝土抗冻耐久性的影响进行了分析，结果表明：3种试件的质量随冻融时间的延长均呈下降趋势，掺4％防冻剂的混凝土试件的抗冻耐久性最好。     

宁夏中部干旱带压砂砾石矿质元素淋溶规律

压砂地中“砾石-土壤-作物”三者之间存在相辅相成关系,砾石经历冻融、干湿等风化作用向土壤中淋溶释放一定量元素.为明确压砂砾石元素在干湿冻融循环作用中淋溶规律及释放机理,采用不同盐分浓度溶液对不同粒径开展干湿冻融循环试验.结果 表明,随循环次数增加,各元素淋溶量呈先增后减趋势;大量元素与微量元素淋溶量峰值分别出现在60次和40次;盐分浓度增大可促进Ca、K、P、Fe、S元素释放;元素迁移能力与溶解度关系密切.     

冻融循环条件下SBS改性沥青混合料的水稳定性研究

在我国北方寒冷地区,冬、春季更替时沥青路面材料长时间处于含水、低温冰冻状态及温度交替变化过程中,因水分和温度的共同作用引起的冻融循环而导致路面开裂现象较为普遍.本文对SBS改性沥青混合料试件进行多次冻融循环后进行劈裂试验,利用空隙率和冻融劈裂抗拉强度随冻融循环次数增加的变化规律来评价SBS沥青混合料的水稳定性.研究结果表明:SBS改性沥青混合料的强度及水稳定性受多次反复冻融影响衰减显著.     

超细粉煤灰对衬砌混凝土强度与变形性能的影响

为研究超细粉煤灰对衬砌混凝土材料的强度和变形性能的影响规律及微观改性机制,本文采用5种掺量超细粉煤灰制备胶结混凝土,进行抗压强度试验和电子显微镜扫描试验。结果表明:混凝土立方体的抗压强度随粉煤灰含量增加呈先增后减的趋势,15%超细粉煤灰掺量的混凝土强度性能最佳;掺入超细粉煤灰也可以提高试样抵抗变形的能力,压缩破坏时的最终应变εult在粉煤灰掺入后大幅下降;从电子显微镜扫描结果发现经过粉煤灰改性的试件内部结构有显著改变,粉煤灰细颗粒对混凝土内部孔隙具有填充效应;但超细粉煤灰过大时,水泥含量相对减少反而导致骨料之间的粘结减弱。     

冻融作用对草甸土物理力学性质的影响

以与棕壤土穿插分布的草甸土为研究对象,采用室内冻融循环试验得出不同冻融循环次数与土壤含水率条件下草甸土容重、孔隙度、渗透性以及抗剪强度等物理力学性质的变化规律。结果表明:随冻融循环次数的增加,土壤容重、粘聚力先减小后增大,之后趋于稳定,内摩擦角略有增大;而孔隙度、渗透系数则先增大后减小,之后趋于稳定,当循环次数在1～5次之间,孔隙度、渗透系数增大较明显,但增大幅度减小;在相同冻融循环周期条件下,随含水率的增大,土壤容重、土壤孔隙度、土壤渗透系数、土壤粘聚力和内摩擦角均呈现出减小的特征。     

浸水砖砌体柱轴压性能及机理研究

通过对28个砖砌体柱进行轴心抗压试验,研究了浸泡条件(0,24,48h;0,0.5,1.0,1.5m)对水泥砂浆、石灰砂浆砖砌体柱轴压性能的影响,对比分析了砖砌体柱破坏形态、轴压承载力、轴力-变形关系随浸泡条件的变化规律,建立了不同砂浆砖砌体柱轴心抗压承载力、轴力-变形随浸泡时间、深度的关系曲线,并探讨了浸水砖砌体柱的破坏机理。结果表明:水泥砂浆砖砌体柱的轴压承载力随浸泡时间的增加而降低,石灰砂浆转砌体柱的轴压承载力随浸泡时间的增加整体呈现先降低后缓慢升高的趋势;浸泡深度对砖砌体柱的轴压承载力影响极小。     

干湿循环作用下大瑶山砂岩静态力学特性试验研究

针对砂岩干湿循环作用下的静态力学特性,以广西大瑶山砂岩为试验材料,进行了干湿循环、单轴压缩、声波以及压汞试验,研究了干湿循环作用对含水率、波速、静态力学及孔隙微观特性。研究表明:随干湿循环次数增加,砂岩吸水率呈一节指数增加,而波速呈指数衰减;随着干湿循环次数增加,砂岩峰值强度和弹性模量的衰减幅度呈增加趋势,平均峰值强度和平均弹性模量均呈指数衰减,且波速与平均峰值强度变化趋势呈正相关;干湿循环次数越小,进汞曲线就越先达到平缓,其进汞压力拐点就越小。随着干湿循环次数增加,单位质量孔隙体积呈线性增加。基于波速定义的砂岩损伤可较好预测岩石损伤规律。     

不同条件下冻融循环过程对土壤结构的影响研究

冻融循环过程是高纬度寒区一种典型特殊现象，冻融循环作用使土壤结构发生改变。以东北典型地区耕地黑土为研究对象，通过室内模拟冻融试验，设置20%、24%、28%(W1、W2、W3)3个土壤初始质量含水率，0、30、60和90 mm(L0、L1、L2、L3)4个积雪深度，共计12组试验。整体采用-16～4℃，-12～8℃，-8～12℃，-4～16℃梯度冻融循环温度，每个冻融温度循环2次，共8次冻融过程。分别测定不同处理下冻融循环对土壤结构影响。结果表明，(1)土壤孔径分布在冻融作用下发生改变，而土壤初始含水率的增加使冻融后土壤大孔径含量增加与极微孔径含量减少受抑制，同时冻融后土壤极微孔径随积雪深度增加而增加，大孔径随积雪深度增加而减少，其余孔径波动小。(2)冻融作用减小土壤粒径，土壤初始含水率增加抑制冻融作用下微团聚体向黏粉粒转变，而初始含水率继续增加则使土壤粒径整体向微团聚体转变。(3)冻融作用改变土壤稳定性，其中平均质量直径（Mean weight diameter,MWD）、几何平均直径（Geometric mean diameter,GMD）、>0.25 mm水稳性团聚体含量（...     

冻融作用对退化高寒草原土壤团聚体有机碳的影响

在三江源区具有典型退化特征的高寒草原设置研究样地,采集土样进行冻融处理,探讨冻融循环对退化高寒草原土壤团聚体有机碳的影响。结果表明：土壤有机碳含量与<0.25 mm、0.5~1 mm、1~2 mm、  2~10 mm粒级土壤团聚体有机碳含量均随冻融循环次数的增加而减少,且各粒级土壤团聚体有机碳含量与土壤有机碳含量间正相关,相关系数0.991~0.344。0.25~0.5 mm粒级土壤团聚体有机碳含量的变化随冻融循环次数的增加而增加,且与土壤有机碳含量呈负相关关系,相关系数-0.226~-0.547;与未冻融处理相比,冻融循环14次土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的增大而增大;随高寒草原退化程度加剧,2~10 mm粒级土壤团聚体有机碳含量分别减少57.6%、64.9%、61.4%、75.2%。土壤冻融循环次数增加与草地退化等是导致土壤各粒级团聚体有机碳变化的因素,不利于高寒草原草地生态系统的稳定。     

冻融循环条件下植被混凝土渗透性试验研究

目前关于植被混凝土中裸露边坡生态修复基材渗透性对冻融循环的响应研究较少。本文通过室内冻融循环模拟及渗透试验,以植被混凝土生境基材为研究对象,研究了不同冻融循环次数和初始含水率条件下其渗透系数的变化情况。结果表明,随着冻融循环次数的增加,同一初始含水率植被混凝土的渗透系数不断增大,冻融初期增长速度较快,冻融后期趋于稳定;在经相同冻融次数后,不同初始含水率植被混凝土的渗透系数较冻融前均显著增大。且植被混凝土初始含水率越高,初始渗透系数相对较高,经冻融后植被混凝土渗透系数变化幅度越大。     

模拟冻融循环对黑土黏化层孔隙结构的影响

以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象,采用室内模拟冻融以及CT(Computerized tomography)扫描相结合的方法,通过孔隙数目、平均面积、成圆率3个指标的量化与分析,研究了冻融循环对黏化层土壤孔隙特征的影响规律,以期为探明该区土壤侵蚀机理提供科学依据。研究结果表明,冻融循环不同程度地降低了原状土和填充土的孔隙数目和面积,均在循环3次时达到最低值,冻融循环对≥5 mm孔隙影响较为明显。相对原状土而言,前期含水量对黏化层填充土柱孔隙特征的影响较小。黏化层结构对模拟冻融循环的响应特征印证了季节性冻融循环对黑土区黏化层可蚀性的影响,进而诱发土壤侵蚀、促进沟蚀发展的可能。