干燥状态下混凝土孔隙结构研究

【目的】研究105 ℃恒温干燥115.5 h前后混凝土内部孔隙结构的演化规律,分析混凝土干燥前后孔隙结构对其强度的影响机理,为混凝土干燥工艺的确定提供参考。【方法】基于不同干燥温度下混凝土强度变化规律所确定的105 ℃恒温干燥115.5 h的干燥工艺,应用X-ray CT三维扫描技术分别对干燥处理前后的混凝土试件进行三维扫描,并对混凝土扫描数据进行三维重构,通过VG Studio MAX 2.2软件对其内部孔隙个数、直径、体积进行系统对比研究。【结果】经105 ℃恒温干燥处理115.5 h后,与干燥处理前相比,干燥后混凝土的孔隙率和孔隙个数均有所提高,其中孔隙率较干燥前增加了19.77%,孔隙个数增加了41.61%,单个最大孔隙体积增大了4.72%;大孔径孔隙个数所占比例降低,直径5.0~15.0 mm的大孔径孔隙所占比例仅为总孔隙数量的0.73%;小孔径孔隙比例增大,其中以直径0.5~1.0 mm的小孔径孔隙增长较为显著, 为干燥前的2.08倍。【结论】混凝土于105 ℃恒温干燥115.5 h,该干燥工艺的机理是总孔隙率增加,且小孔径孔隙比例增加而大孔径孔隙比例降低。总孔隙率增大对混凝土强度有降低效应,但小孔径孔隙比例的提高却对强度有增大效应,两种效应的叠加使混凝土强度损伤达到最小化。     

北京市昌平区农地土壤大孔隙形成的影响因素分析

【目的】探讨影响土壤大孔隙形成的主要因素。【方法】利用土壤水分穿透曲线法对北京市昌平区农地的土壤大孔隙数量特征进行分析,确定了大孔隙数量的潜在影响因素,包括根系密度、土壤质地、土壤结构(水稳性团聚体)、有机质含量,并利用典型相关分析,研究了各因素对大孔隙率的影响。【结果】根系密度、土壤质地和水稳性团聚体对大孔隙的形成均存在显著影响;根系密度与大孔隙率呈极显著正相关关系(P<0.01),根系密度对大孔隙的影响主要在于根对土壤的机械力作用以及环形根孔本身作为大孔隙的一部分对大孔隙率的直接贡献;土壤质地对大孔隙形成的影响主要在于粉粒含量的变化,粉粒含量与大孔隙率呈显著负相关关系(P<0.05),砂粒和黏粒含量对大孔隙率的影响不显著;土壤水稳性团聚体含量与大孔隙率呈显著正相关关系(P<0.05),但二者之间的关系又主要受有机质含量的影响。【结论】土壤大孔隙形成的主要影响因素为植物根系密度、粉粒含量和有机质含量。     

滇西南宿根甘蔗地土壤大孔隙特征

【目的】准确掌握宿根甘蔗土壤孔隙的变化特征,为甘蔗种植中的土壤管理、土壤水文预测预报等提供依据。【方法】采用空间代替时间法结合土壤水分穿透曲线法测定了不同坡度、不同宿根年限、不同土层的甘蔗地土壤大孔隙。【结果】宿根甘蔗地40 cm深土壤大孔隙半径分布在0.3～3.6 mm,随着孔径的增大,土层深度的增加,大孔隙数量显著减少;随着坡度和年限的增加,小于0.6 mm的大孔隙数量减少得更显著;土壤大孔隙平均半径最大为种植后第4年,且年限间差异主要出现在坡地上;坡地大孔隙面积比和平均体积呈现出随着宿根年限增加其值减小的趋势。【结论】甘蔗地宿根管理下,深层及小孔径大孔隙数量减少是主要趋势,应加强深施肥或原位松土管理。     

膨胀土地基增湿变形的离心模型试验研究

【目的】根据渠道地基的运行特点,对浸水条件下的膨胀土渠道地基进行离心模拟试验。【方法】将模型离心加速度增加到60g,然后浸水并保持水头8.5 cm,再用各种传感器测量浸水过程中模型的表面位移、内部土压力和吸力。【结果】在上覆水压力作用下,膨胀土先发生压缩,然后由于水分浸入发生轻微膨胀,并导致侧压力系数逐渐增大。试验后对模型含水量和干密度的测定表明,模型内形成了含水量梯度,干密度随深度逐渐增加而增大。【结论】模型变形和内部土压力变化是模型内部含水量变化的结果,同时也受上覆压力影响;基质吸力主要与含水量有关,受重力加速度变化的影响较小。     

大孔隙率下水泥作填料的沥青混凝土水稳定性分析

为研究以水泥作填料时,大孔隙条件下对沥青混凝土水稳定性能的影响,在相同配合比下,分别以水泥和石灰石粉为填料制备孔隙率为1%和以水泥为填料配制孔隙率为3%的沥青混凝土试件,进行延长浸水时间的水稳定性试验。结果表明,以水泥作填料时,孔隙率为1%的沥青混凝土试件随着浸水时间的延长水稳定系数由0.99增大到1.05,增长5.7%,之后逐渐稳定;孔隙率为3%时,水稳定系数随着时间的增加由0.96增长至1.20,增长20.0%,之后渐趋于稳定;以石灰石粉为填料的沥青混凝土试件水稳定系数由1.01降低至0.91,减小9.9%,持续下降,但试验结果均满足水稳定系数≥0.9的规范要求。     

沙柳的孔隙结构、微纤丝角和纤维素结晶度研究

【目的】研究不同年轮沙柳(Salix psammophila)材的孔隙结构、微纤丝角和纤维素结晶度,为更合理、有效地利用沙柳资源提供依据。【方法】以取自内蒙古鄂尔多斯沙地的3年生沙柳为研究对象,利用氮气吸附法(NAD)研究不同年轮处沙柳木材的孔隙结构,并用X射线衍射(XRD)测定不同年轮处沙柳木材的微纤丝角和纤维素结晶度。【结果】从髓心到树皮的3个年轮处沙柳木材的比表面积逐渐增大,分别为0.54,0.68和1.81m2/g;孔体积逐渐增大,分别为0.002,0.468和1.560cm3/g,大多数孔隙的直径为2~10nm;而微纤丝角逐渐减小,分别为14.35°,12.17°和10.71°;纤维素结晶度从第1年轮到第3年轮略有增加,分别为48.15%,49.23%和49.58%。【结论】靠近树皮的沙柳材具有较大的比表面积、孔体积、纤维素结晶度和较小的微纤丝角,是制取纤维素材料和生物质能源的较好原材料。     

高温冻土中孔隙水压力量测初探

采用2种室内压缩试验方法研究高温冻土在变温变载条件下孔隙水压力的变化规律,即通过恒载变温试验和恒温变载试验分别从升温和加载的角度考虑高温冻土中孔隙水压力的变化,分析了孔隙水压力与温度变化及加载的关系.结果表明:高温冻土中孔隙水压力变化对荷载较为敏感,温度决定了孔隙水压力变化的实效性,在温度越高的条件下,孔隙水压力对加载...     

长期施肥对砂姜黑土大孔隙形态和数量特征的影响

为探明长期施肥对砂姜黑土大孔隙结构的影响,本研究选取37 a田间定位试验的5个处理：不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）、等氮条件下有机肥与化肥配施（MNPK）和高氮条件下有机肥与化肥配施（HMNPK）,通过X射线CT扫描原状土柱（直径7.4 cm,高20 cm）,利用图像处理技术进行土壤孔隙三维结构重建。结果表明,各处理下土壤团聚体结构内部以及团聚体之间均存在大孔隙,尤以M处理数量最多;分形维数和各向异性由大到小次序分别为HMNPK>M>MNPK>NPK>CK和MNPK>CK>M>NPK>HMNPK。与CK相比,有机肥配施处理（M、MNPK、HMNPK）的大孔隙度分别增加7、6、10个百分点,大孔隙数量分别增加41.5%、33.3%、26.8%。HMNPK处理孔径分布呈剧烈的双峰曲线波动,第一和第二峰值分别出现在395~577 μm和1 545~1 701 μm处。主成分分析表明,<126 μm孔径主要受粉粒含量影响,126~500 μm孔径受容重影响,500~2 500 μm孔径则受砂粒含量、黏粒含量、连通性和分形维数等多因素综合影响。研究表明,有机肥和无机肥长期配施,可显著改善砂姜黑土大孔隙数量和形态特征,尤以HMNPK处理效果最佳,而NPK处理效果不明显。分形维数和连通性可作为砂姜黑土结构改良的定量评价指标。     

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。     

粉煤灰对混凝土抗冻及抗硫酸盐性能的影响

【目的】研究冻融循环与硫酸盐侵蚀双因素作用下粉煤灰对混凝土耐久性的影响机理,为粉煤灰在耐久性混凝土工程中的应用提供依据。【方法】将粉煤灰掺量(质量分数)为15%,25%,35%的混凝土在质量分数5.0%硫酸钠溶液中进行单一冻融循环试验、单一硫酸盐侵蚀试验及冻融循环+硫酸盐侵蚀交替试验,分析混凝土的质量损失率及相对动弹模量的变化规律和特点。【结果】粉煤灰掺量对混凝土抗冻及抗硫酸盐侵蚀具有一定的影响,混凝土的最优粉煤灰掺量为25%。在此掺量下经过6次冻融循环与硫酸盐侵蚀交替试验后,试件的质量损失率为0.72%,相对动弹模量为80.27%;相比粉煤灰掺量为15%,35%的混凝土试件,其质量损失率分别减少0.23%,0.38%,相对动弹模量分别增加2.38%,4.95%,表明粉煤灰可以提高混凝土的抗冻及抗硫酸盐侵蚀性能,并且在一定范围内随着粉煤灰掺量的增大而提高。冻融破坏与硫酸盐侵蚀交替循环下,这两种破坏相互影响,相互促进。【结论】掺加25%的粉煤灰可以有效提高混凝土的耐久性。     

结构面破坏时单裂隙变形及渗流规律研究

【目的】研究粗糙结构面在剪切过程中发生大规模破坏时的裂隙变形及渗流变化规律,为岩体裂隙应力-渗流耦合研究提供参考。【方法】对完全和非完全咬合状态下的规则齿结构岩面,采用常法向应力作用下的剪切-渗流耦合试验,测定法向应力为1.91 MPa、水压为0.6 MPa时结构面剪切强度及剪切位移的变化,并在完全咬合的基础上改变水压分别为0.4,0.6和0.8 MPa,测定剪切过程中流量的变化。【结果】裂隙结构面咬合状态对剪切强度变化曲线以及法向位移变化曲线有较大影响,基于此推导出一种更接近试验结果的辐向流立方定理公式。结构面破坏之前水流的非完全轴对称性流动、水流漩涡以及粗糙度和接触面积等因素使得计算结果与试验结果之间有较大差异,流量的计算结果与试验结果差值(ΔQ)最大达41.5cm3/s,此外ΔQ会随机械隙宽的增加而增大。当水压从0.4MPa增大到0.6和0.8MPa时,ΔQ分别增加5和8.2cm3/s,渗透系数分别降低0.27和0.47cm/s,机械隙宽与水力隙宽的比值分别增加0.04和0.06。【结论】裂隙结构面在复杂应力条件下的抗剪强度和变形与结构面咬合状态密切相关,结构面破坏形态、水流形态以及水压对裂隙渗流规律影响较大。     

胡萝卜在微波干燥条件下的热物理性质和多孔特性

利用微波干燥试验系统,实时测量胡萝卜样品微波干燥过程中的温度和质量变化,在样品相同部位选取切片,观察不同干燥时期样品细胞微观图像。分析干燥过程中不同含水率样品的密度、导热系数、比热、热扩散率等物理性质参数的变化,并从多孔介质的角度,研究孔隙率、孔隙分形维数、孔径、比表面积等多孔特性参数在不同干燥节点(100%、85%、70%、55%、40%)的变化规律。通过改变微波加热功率,分析微波功率对样品热质传递的影响。结果表明:微波干燥过程中,胡萝卜皮层细胞形成一层致密薄膜阻碍水分迁移,细胞破损首先发生在样品内部。含水率降低至30%时,样品内部出现焦糊现象,随后中心处细胞全部塌陷。但是整个干燥过程的密度变化并不大,减小量约为5 kg/m~3。导热系数总体呈现先增大后减小的趋势,在含水率为60%时达到极大值,随着含水率的降低样品内部温度更加趋向于均匀一致。随着干燥的进行,孔隙率和孔隙分形维数不断增大,孔隙变得越来越复杂。干燥过程中的温度变化具有明显的阶段性,热量传递和水分传递方向具有一致性。干燥初期,微波功率(0.6 kW、0.8 kW、1.0 kW)越大,样品温度升高至100℃的速度越快,此时内部温度高于表面温度,而干燥后期内外温度基本恒定,但是二者大小关系比前期复杂。     

圆钢管型钢再生混凝土长柱轴压下受力性能的分析

【目的】采用有限元分析圆钢管型钢再生混凝土组合长柱在轴向荷载作用下的受力性能,为其工程应用提供技术支持。【方法】在前期试验的基础上,结合非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件对圆钢管型钢再生混凝土组合长柱的轴压性能进行数值模拟,观察试件的破坏过程及特征,获取其应力云图及轴向荷载-应变曲线;并在此试验结果的基础上,对长柱进行了有限元参数拓展分析。【结果】随着钢管径厚比的增大,长柱试件承载力降幅约为6.0%,且刚度明显降低。增大型钢配钢率时,其承载力提高了4.4%左右,但延性提高明显。随着钢管和型钢强度的增大,长柱承载力提高幅度为4.3%和4.5%左右,对试件变形能力的影响不明显。此外,提高再生混凝土强度,长柱承载力提高幅度最大可达13.9%,但其延性性能降低。【结论】利用Abaqus模拟圆钢管型钢再生混凝土组合长柱的轴压受力性能是可行的,同时也表明该组合柱具有较高的承载力和良好的延性变形能力。     

基于CT技术的甘蔗地不同耕作措施下土壤孔隙结构研究

【目的】开展不同耕作措施下土壤孔隙结构研究,为土地合理耕作及耕地水土保持提供参考。【方法】以广西甘蔗地为研究对象,在常规耕作和三年免耕条件下,利用CT(Computed tomography)扫描技术,通过相关插件计算获得甘蔗地土壤孔隙数量、孔隙体积和表面积,土壤弯曲度、孔隙连通性和水力半径等孔隙结构,并进行三维重建和可视化。【结果】耕作区的孔隙面密度大于免耕作区;耕作区的孔隙度均值(1.069%)和孔隙数均值(1194个)都小于免耕区的孔隙度均值(1.195%)和孔隙数均值(1519个);由弯曲度和连通性的均值数据可知,耕作区(1.374、0.512)大于免耕作区(1.333、0.299)。翻耕破坏土壤原有结构,导致土壤中的大孔隙数量和孔隙度减少,但增加中小孔隙的数量。使得在二维分布中耕作区的孔隙面密度大于免耕区,而在土壤表层三维形态特征中免耕区土壤孔隙较耕作区分布更密集;翻耕破除了土壤孔隙之间的孤立性,增加了土壤的连通性,使得耕作区的弯曲度、连通性大于免耕区。【结论】适当耕作比免耕有助于土壤内部的连通和导水,促进作物吸水以减少土壤水分流失。     

填料类型和浸水时间对沥青混凝土力学性能影响分析

为探索填料类型和浸水时间对沥青混凝土力学性能的影响,使用相同配合比,分别配制以水泥和石灰石粉为填料1%孔隙率的沥青混凝土试件,并进行长期浸水的小梁弯曲试验、拉伸试验以及静力三轴试验。试验结果表明,随着浸水时间的延长,以水泥配制的沥青混凝土力学性能优于石灰石粉。其中,当浸泡时间由未浸水到浸泡2 250h时,水泥为填料的沥青混凝土抗拉强度由0.43 MPa上升至1.03 MPa,抗弯强度由1.42 MPa增加至4.06MPa,均持续上升;粘聚力增大351kPa、内摩擦角减小9.2°。以石灰石粉为填料时,抗拉强度由0.90 MPa减小至0.24MPa,抗弯强度由1.59MPa下降至0.84MPa,均持续下降;粘聚力增大203kPa、内摩擦角减小6.8°。水泥作填料的沥青混凝土随着浸水时间的增加应力不断增强,但材料适应变形的能力逐渐减弱;石灰石粉作填料的试件力学性能不断朝着劣势发展。     

水泥固化锌污染红粘土强度与微观孔隙特征

污染场地开挖置换后的污染土经过固化处理(S/S法),可作为浅层地基或护岸等非敏感区域的建筑材料,进行污染土的二次利用。针对该项技术,将一定量硝酸锌溶液与风干后红粘土混合,掺入适量水泥,并搅拌均匀、压实成型,标准养护7 d和28 d后依次进行无侧限抗压实验、压汞实验和含水率、体积等指标的测定,研究不同锌离子浓度、水泥掺量和养护龄期对锌污染红粘土水泥固化产物强度、微观孔隙和含水率等的影响。实验结果表明:水泥掺量在10%以内,锌离子浓度小于5000 mg·kg~(-1),固化物强度随龄期增长而增加;锌离子浓度大于5000 mg·kg~(-1),强度随龄期增长而先增加后减小。水泥掺量6%和8%时,固化物强度与锌离子浓度呈负相关;而水泥掺量10%时,锌离子浓度对强度的影响存在阈值,且阈值在1000 mg·kg~(-1)附近。与不含锌离子的28 d固化物相比,锌离子浓度小于1000 mg·kg~(-1)时,固化产物孔径小于10 nm的孔隙增加,孔径大于10μm的孔隙减少,强度提高;锌离子浓度在大于1000 mg·kg~(-1)时,严重阻碍C-S-H凝胶物的生成,10μm以上的孔隙和总孔隙率均显著增加,并且生成大量孔径为0.1~10μm的无定型物,同时使红粘土出现亲水性,养护过程中吸收水分且体积增加,强度则大幅度降低。     

考虑滑移效应的页岩基质纳米孔隙中压裂液滤失速度分形计算新模型

页岩气水平井分段压裂后,大量滑溜水被滞留在页岩基质纳米孔隙中,对压后产量的长期稳定性影响较大.以页岩基质的复杂纳米孔隙结构的分形特征和受限性为基础,考虑受限纳米孔隙空间内滑溜水流动的滑移效应和毛细管压力作用,建立了反映页岩纳米孔隙中的压裂液滤失速度分形计算新模型,新模型与经典滤失速度在机理方面存在一致性.分别讨论了滑移长度、压裂液黏度、基质纳米孔隙半径、毛细管压力等4个因素对滤失速度的影响:滑溜水滤失速度随滤失时间增加而降低,最后趋于稳定;纳米基质孔隙中压裂液滑移效应不容忽视,滑移长度越大,滤失速度越大;滑溜水压裂液黏度越大,流体流动阻力亦越大,滤失速度就越小;基质纳米孔隙半径越小,滤失速度越小,其降低幅度也越快;毛细管压力越大,滤失速度越大,其降低幅度也越慢.该研究结果可为页岩气压裂后返排与焖井制度及优化提供理论参考.     

滇西南不同土地利用方式坡地土壤大孔隙特征及与饱和导水率的关系

【目的】研究滇西南不同土地利用方式坡地土壤大孔隙特征与饱和导水率的变化,为控制滇西南地区坡地水土流失提供参考。【方法】以滇西南6种典型土地利用方式（荒草地、茶地、烤烟地、玉米地、甘蔗地、澳洲坚果地）坡地为研究对象,测定6种坡地不同坡位（坡上、坡下）和土层（0~15,15~30 cm）土壤的基本理化性质、水分穿透曲线、大孔隙特征及饱和导水率,分析不同土地利用方式坡地土壤大孔隙特征与饱和导水率的关系。【结果】（1）滇西南不同土地利用方式坡地土壤基本理化性质存在差异,坡位和土层深度对土壤的基本理化性质有明显影响。（2）滇西南不同土地利用方式坡地的土壤水分出流速率先增加,都在90 s之后基本趋于稳定。6种土地利用方式下0~30 cm土层土壤平均出流速率表现为玉米地＞荒草地＞澳洲坚果地＞茶地＞甘蔗地＞烤烟地。（3）不同土地利用方式坡地土壤大孔隙半径、面积比与平均体积存在明显差异。荒草地、茶地、玉米地、澳洲坚果地土壤大孔隙平均半径随土层深度的增加而减小,而甘蔗地、烤烟地土壤大孔隙平均半径变化则相反。不同土地利用方式坡地土壤大孔隙面积比与平均体积由大到小均表现为玉米地＞荒草地＞澳洲坚果地＞茶地＞甘蔗地＞烤烟地。（4）不同土地利用方式坡地土壤饱和导水率差异显著,其中玉米地和荒草地饱和导水率明显高于其他坡地。（5）相关性分析表明,不同土地利用方式坡地土壤大孔隙密度、平均体积与饱和导水率呈线性正相关关系,平均半径与饱和导水率之间呈指数函数关系。土壤大孔隙平均体积与稳定出流速率之间呈线性正相关关系。【结论】不同土地利用方式坡地表层（0~15 cm）和上坡位土壤大孔隙半径大、联通性好,更有利于土壤的滞水减流。     

裂缝对渗流场影响的数值模拟方法研究

【目的】研究裂缝对渗流场影响的数值模拟方法,为岩石、混凝土等材料裂缝渗流场的变化研究提供支持。【方法】在等效连续介质模型框架下提出渗透系数张量修正法,并基于流量等效原理推导出修正单元的渗透系数张量矩阵。应用有限元分析软件,分别建立裂缝位于构件边界和构件内部时的分析模型,应用渗透系数张量修正法得到的渗透系数张量表达式定义裂缝单元的渗透特性,将模拟所得渗流场与裂缝真实存在的数值分析结果进行比较,并通过改变修正单元的尺寸分析渗透系数张量修正法对单元尺寸的依赖性。【结果】修正单元为10倍裂缝宽度时,与精确解相比,各分析模型所得渗流量及相应断面孔隙水压的误差均小于0.5%。就单元尺寸依赖性而言,为满足工程精度要求,从渗流量角度分析,修正单元的尺寸应不大于600倍裂缝宽度;从孔隙水压角度分析,修正单元的尺寸应不大于200倍裂缝宽度。【结论】所建立的等效处理方法合理可行,当修正单元的尺寸不大于200倍裂缝宽度时,无论是渗流量还是孔隙水压,该处理方法均能满足工程精度要求。     

土壤大孔隙结构对饱和导水率的影响

[目的]探究土壤不同孔径大孔隙结构特征及数量对土壤饱和导水率的影响,为研究区域土壤水分-溶质迁移规律、水土流失治理与土壤污染防治提供理论参考.[方法]以京郊密云水库五座山林场水源涵养林为研究点,基于工业CT扫描技术,对土柱中土壤大孔隙三维空间结构重建后,探究不同孔径大孔隙结构特征参数密度及数量密度对土壤饱和导水率的影响...