红色砒砂岩水泥土干湿循环下力学性能试验研究

为有效利用砒砂岩资源,通过简单加工降低治理成本,达到利用价值,在红色砒砂岩中加入不同掺量的硅酸盐水泥制成砒砂岩水泥土,在不同龄期下进行干湿循环、无侧限抗压强度试验和超景深微观结构观测.结果表明:掺量仅为5%砒砂岩水泥土就可以有效改善砒砂岩遇水溃散的特性;干湿循环5次砒砂岩水泥土抗压强度达到最大,然后趋于平缓,可见干湿循环对无掺水泥砒砂岩有破坏作用,对砒砂岩水泥土却提供了有效养护;不论是早期还是后期强度,掺量为5%的抗压强度最低,然后逐渐增加,掺量20%及以上的强度几乎相等且最大,可见水泥最优掺量为20%;通过微观结构观察,龄期的增加,掺量小的砒砂岩水泥土表面凹凸起伏程度大,孔洞多,最优掺量为20%的砒砂岩水泥土结构整体性紧密,表面平整、孔洞少,密实性更好,且抗压强度可以满足砖和砌块的强度要求.     

玄武岩纤维-砒砂岩水泥土力学特性试验研究

为了降低黄河流域泥沙治理成本,提高砒砂岩的利用价值,在砒砂岩中掺入适量水泥和纤维改善其力学性质及功能性.借助玄武岩纤维(BF)的加筋效应,配制玄武岩纤维掺量为0.2%,0.5%,0.7%的BF-砒砂岩水泥土试块,进行无侧限抗压强度和SEM扫描电镜试验.探究BF掺量、龄期对BF-砒砂岩水泥土强度影响以及BF-砒砂岩水泥土强度形成机理; 建立了玄武岩纤维参与下砒砂岩水泥土应力-应变曲线方程.结果表明:纤维掺入有效提高了砒砂岩水泥土的强度,其强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小的趋势,掺量为0.2%时达到峰值强度; BF-砒砂岩水泥土后期强度同比砒砂岩水泥土强度提高更明显; BF-砒砂岩水泥土的龄期与无侧限抗压强度表现为正相关,而与其强度增长速率表现为负相关; 水泥掺量10%、纤维掺量0.2%的砒砂岩水泥土在强度指标上完全可以替代水泥掺量15%的砒砂岩水泥土; 建立龄期28 d时,BF掺量0~0.7%的BF-砒砂岩水泥土应力-应变曲线方程,反映了各纤维掺量下应力-应变变化及破坏情况.     

复合粉煤灰砒砂岩水泥土力学性能室内试验研究

为了研究粉煤灰对砒砂岩水泥土力学性能、破坏模式、微观结构和细观构造的影响,对不同粉煤灰掺量、不同龄期的砒砂岩复合水泥土进行了无侧限抗压试验,通过扫描电镜(SEM)和超景深三维显微镜对复合粉煤灰砒砂岩水泥土的微观结构和表观形貌进行分析观测.结果表明:适量掺入粉煤灰对砒砂岩复合水泥土的强度形成具有一定的促进作用;复合粉煤灰砒砂岩水泥土的应力-应变曲线可分为压密阶段、弹性阶段、塑性屈服阶段和破坏阶段;粉煤灰的掺入有利于水泥土变形模量的增长,能够促进砒砂岩复合水泥土的变形控制;扫描电镜和超景深三维显微镜分析表明,粉煤灰玻璃体中的活性物质在碱环境下与水泥水化产物Ca(OH)₂反应生成致密且稳定的C-S-H凝胶和AFt构成网状结构,促使试件内部胶结更加紧密,并对表观的沟壑孔洞进行填充和密实,从而提升砒砂岩复合水泥土的强度性能以及抑制其裂缝扩展和破坏作用.     

砒砂岩重塑土强度和应力-应变曲线试验研究

以内蒙古鄂尔多斯市南部准格尔旗作为研究区域,以当地紫红色砒砂岩重塑土为研究对象,使用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数、不同围压下的三轴剪切试验来分析砒砂岩的变形情况.研究结果表明:在每个冻融循环次数的不同围压下,砒砂岩重塑土试样的应力-应变曲线都呈现出应变硬化的特性,并且从应力-应变曲线分布上,大致都经历了3个阶段:近似完全弹性阶段、应变硬化阶段、屈服阶段.为了定量地分析了不同冻融循环次数下砒砂岩的强度参数,引入强度参数劣化系数K_C和K_φ,通过劣化系数曲线拟合得出强度参数劣化趋势函数.通过比较不同冻融循环次数下,砒砂岩重塑土峰值强度与残余强度的大小关系,分析了砒砂岩重塑土的应力-应变曲线软、硬化特性,并引入系数K_q来更直观地分析砒砂岩的变形情况.     

砒砂岩区水土流失治理措施调研

通过对砒砂岩区治理水土流失的生物措施及工程措施进行调研,本文对最适合砒砂岩区生长的油松、沙棘、柠条的特点进行了详细的调查分析,给出砒砂岩区植被建设的几点建议.提出了砒砂岩区综合治理的总体思路,并总结了不同类型砒砂岩区的措施空间配置模式.生物措施方面以沙棘作为砒砂岩区生物措施治理的突破口,在立地条件较好的地方栽种油松、柠条,在造林方式上宜采用混交造林;在工程措施方面要结合沙棘植物"柔性坝"技术,以大、中型拦泥库为骨架,以淤地坝为主体,建设支流坝系.实现淤粗排细,改善进入下游河道的水沙条件及泥沙组成.     

冻融循环对鄂尔多斯砒砂岩重塑土样力学性能影响

为了分析内蒙古南部鄂尔多斯市准格尔旗砒砂岩重塑土的力学性能,采用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数的三轴压缩试验,研究冻融对砒砂岩重塑土力学性能的影响.在不同冻融循环次数(0~7次)和不同围压(50~300 kPa)条件下,得到了砒砂岩抗剪强度、内摩擦角和黏聚力、弹性模量的变化规律.结果表明:在相同的冻融循环次数下,随着围压的增大,抗剪强度峰值呈线性增长.在相同的冻融循环次数下,砒砂岩黏聚力均随含水率增大而减小,内摩擦角随着含水率的增加呈现上下波动,因此冻融循环对抗剪强度的影响主要表现在对黏聚力的影响.在饱和含水率之前,弹性模量基本保持不变,含水率和冻融对其弹塑性的影响可以不考虑.达到饱和含水率后,偏应力-应变曲线不再存在直线段,砒砂岩弹性消失,全面进入塑性阶段.此研究可以为鄂尔多斯砒砂岩冻融侵蚀的破坏机理研究以及治理提供基础依据.     

砒砂岩改良风沙土对铵态氮吸附特性影响研究

由于砒砂岩的广泛分布和煤炭资料的开发利用,晋陕蒙接壤区出现了一系列生态环境问题。为恢复区域生态,尝试利用区域内的砒砂岩来改良风沙土,以实现砒砂岩的资源化利用和受损生态系统的修复,本研究设计了风沙土中砒砂岩不同添加比例(0、10%、25%、50%、75%、90%、100%)的改良模式。研究了25℃下不同改良模式对NH+4-N吸附动力学和等温吸附特征的影响,评价了不同模型对改良土壤的适应性,以期为建立合理的氮肥施用指标和提高肥料利用率提供依据。结果表明:相同条件下,砒砂岩对NH+4-N的吸附量大于风沙土;随着砒砂岩添加比例的增加,改良土壤对NH+4-N的吸附量呈线性增加关系。砒砂岩的添加可以显著增加风沙土对NH+4-N的吸附,增加土壤供氮的持续性,提高肥料的有效性。准二级动力学模型可用于拟合改良土壤对NH+4-N的吸附动力学曲线。NH+4-N的等温吸附曲线以Freundlich模型拟合效果更优。各处理对NH+4-N的吸附均为自发过程,且为有利吸附,吸附速率由膜扩散和颗粒内扩散共同控制。     

砒砂岩区人工沙棘林盖度对林下植被的影响

为了探讨砒砂岩地区沙棘林木覆盖度对沙棘林下草本植被的影响效果,文章对内蒙古自治区鄂尔多斯砒砂岩区不同覆盖度沙棘人工林对林下植被的影响进行了调查研究,通过对林下植被的盖度、生物量、物种多样性的结果分析,从造林对林下草本植被良性影响角度考虑,砒砂岩区沙棘林的覆盖度应该以20％-25％为宜。     

砒砂岩重塑土力学特性及本构模型试验研究

为研究含水率和围压对砒砂岩重塑土力学特性的影响,采用TSZ-6A全自动静三轴仪进行三轴剪切试验.试验结果表明:随着围压的增大,土体抗剪强度逐渐变大;含水率越大,土体抗剪强度越小,并且两者都近似呈线性变化的趋势.以含水率、围压为影响因素,依据邓肯-张模型建立了砒砂岩重塑土的本构模型.应用该模型对不同含水率、围压下砒砂岩重塑土的应力-应变关系进行预测,预测结果与实测结果接近,表明以含水率、围压为参数建立的预测模型能较好地反映砒砂岩重塑土的本构关系.研究可为砒砂岩土在工程建设中的应用提供基础理论依据.     

砒砂岩改良风沙土对作物产量影响的RZWQM2模型模拟

基于2012—2013年陕西省榆林市榆阳区小纪汗乡玉米大田试验结果,利用不同复配比例的砒砂岩改良风沙土(砒砂岩与风沙土按体积比1∶1(T1)、1∶2(T2)、1∶5(T3)混合)处理下土壤水分、地上部生物量、叶面积指数和产量数据对RZWQM2(Root zone water quality model 2)模型进行校正和验证,然后利用验证后的模型模拟不同复配比的土壤水分动态和玉米产量变化。模型校正和验证结果表明,土壤分层含水量模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)分别在0.011~0.042 cm~3/cm~3和0.008~0.029 cm~3/cm~3范围内变化;地上生物量模拟值和实测值之间的RMSE分别在512~1 245 kg/hm~2和598~1 461 kg/hm~2之间变化;作物产量的模拟值与观测值之间的RMSE变化范围分别为84~249 kg/hm~2和71~485 kg/hm~2。模型模拟结果表明,RZWQM2模型能够较好地模拟砒砂岩改良风沙土对作物产量的影响,3种砒砂岩改良风沙土配比中,砒砂岩与风沙土的体积比为1∶2处理(T2)下玉米产量最高,1990—2013年的平均产量为3 527 kg/hm~2,变化范围为880~7 206 kg/hm~2。因此,砒砂岩与风沙土的体积比为1∶2复配模式下对玉米增产的效果较优,该复配模式可作为该地区砒砂岩改良风沙土复配比例的推荐选择。     

橡胶浮石混凝土的抗冻性能及微观结构

为探究冻融循环条件下橡胶浮石混凝土宏观性能和孔隙结构的变化规律,进行冻融循环、单轴压缩试验,通过扫描电子显微镜(SEM)以及核磁共振(NMR)技术对橡胶浮石混凝土抗冻性进行分析,同时建立其抗冻性预测模型.结果表明:加入0.12～0.18 mm的橡胶可有效降低冻融条件下浮石混凝土表面的剥蚀、内部的损伤以及力学性能的衰减,...     

鄂尔多斯红色砒砂岩干湿循环作用下力学性能试验研究

为了分析鄂尔多斯市准格尔旗不同粒径砒砂岩的力学性能,进行不同干湿循环次数试验,得到了砒砂岩收缩变形和强度特性的变化规律.结果表明:<2.00 mm(原状砒砂岩)试样在3次干湿循环后收缩变化最大;0.50~1.00 mm试样一直缓慢收缩沉积;0.25~0.50 mm和<0.25 mm试样在第3次循环后土体的密实度达到最强.在此基础上,利用直剪仪测定其抗剪强度.在相同的垂直荷载下,发现<2.00 mm试样随着循环次数的增大,1~3次循环的过程中抗剪强度增加最大,之后小幅度增加;0.50~1.00 mm试样随循环次数的增加呈现出缓慢增长的趋势;0.25~0.50 mm和<0.25 mm试样随着循环次数的增加而先略有降低,之后稍有增加并逐渐保持稳定.砒砂岩内摩擦角变化,<2.00 mm和0.50~1.00 mm粒径随干湿循环次数增加而递增;而0.25~0.50 mm和<0.25 mm粒径内摩擦角几乎不变化.黏聚力变化,<2.00 mm 和0.50~1.00 mm试样呈现出先增大逐渐平缓的趋势;0.25~0.50 mm和<0.25 mm试样呈现先减小随后小幅度增大的趋势.     

SY土壤固化剂对砂质粉土工程性能的影响研究

采用SY土壤固化剂,以砂质粉土为固结对象,分别在水泥含量10%、15%和20%,固化剂掺量为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时,制成最大干密度的试样,进行了3、7、14和28 d无侧限抗压强度试验,28 d劈裂抗拉强度试验,水泥含量20%时,1.0%、1.5%和2.0%固化剂掺量时的抗渗试验,以及水泥含量20%、1.5%固化剂掺量时的冻融循环试验。结果表明,SY固化剂能显著提高砂质粉土的力学性能、抗渗、抗冻性能;在同一个固化剂掺量下,其力学性能、抗渗、抗冻性能随着水泥含量的增加而提高;固化剂掺量、水泥含量与土壤含量三者之间存在协调性。SEM测试和机理分析表明,SY土壤固化剂生成的大量二氧化硅凝胶和微膨胀的钙矾石晶体,使内部结构更加致密,从而提高了砂质粉土的宏观力学性能和抗渗、抗冻性能,可用于渠道防渗工程中。     

油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置研究

针对油菜直播地表农田土壤物理机械特性参数室内测量费时费力、田间测量仪器功能单一等问题,设计了一种油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置,实现集成测量土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角4种土壤物理机械特性参数且测量结果可以通过手机APP实时储存显示。装置基于自走式移动平台实现行走控制,以STM32单片机为核心控制器,利用FDR传感器获取土壤含水率,通过圆锥贯入部件测量土壤坚实度和抗剪切强度参数(包括粘聚力和内摩擦角)。分析了装置的圆锥贯入部件和土壤含水率检测部件测量原理,设计了装置测量控制系统硬件电路及软件,开展了传感器标定试验,确定了柱式压力传感器、薄膜压力传感器和土壤水分传感器的输入输出响应关系。选取71个土壤样本,融合土壤含水率和基于圆锥受力平衡关系获取的摩擦因数,运用最小二乘法建立了土壤粘聚力和内摩擦角数学测量模型,模型决定系数R²分别为0.932和0.956。开展了装置田间测量试验,对土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角进行集成测量,结果表明：相较于AYD-2型土壤坚实度仪、干燥箱干燥法和ZJ-D型直剪仪测量结果,油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装...     

多次冻融循环条件下格栅加筋黏土土体上部含水率变化规律试验研究

路基土体冻融后表层含水率的增加,使其承载能力急剧下降,路面破坏严重。以沈阳市北二环加筋土工程为背景,根据加筋黏土选用的不同的填料压实度K、加筋间距δ和初始含水率ω0,安排二次正交旋转组合设计试验,得出多次冻融循环条件下不同加筋黏土试件上部含水率变化值Δω。通过分析试验数据和数学计算,得出试件上部含水率变化值Δω关于填料压实度、加筋间距和初始含水率的回归方程,并对方程和各影响因素进行显著性检验。利用所得方程计算其他试验条件下的Δω值,结果表明计算值和试验值较为吻合,即所得方程可用于格栅加筋土体多次冻融循环后土体上部含水率变化值Δω的初步计算。同时,根据回归方程分析各因素对Δω的影响规律,为工程实践提供理论参考。