開放條件下粒徑對塊石和碎石護坡降溫效果影響的試驗研究

為了維持多年凍土區(qū)路基的穩(wěn)定,青藏鐵路部分路段采用片石氣冷—碎石護坡組合路基主動保護多年凍土。為考察片石氣冷—碎石護坡組合路基片石層表面被風(fēng)沙和積雪等封閉后,其降溫效果是否失效,基于青藏鐵路清水河地區(qū)片石氣冷—碎石護坡組合路基2個測試斷面、2個凍融循環(huán)的地溫監(jiān)測資料,研究片石層表面開放與封閉對片石氣冷—碎石護坡組合路基降溫效果的影響。結(jié)果表明:片石層表面封閉的片石氣冷—碎石護坡組合路基及其基底平均地溫比片石層表面開放的片石氣冷—碎石護坡組合路基低0.16~0.23℃,負(fù)積溫值封閉比開放大115.32℃.天,最大融化深度抬升幅度封閉比開放大0~0.4m。說明片石層表面封閉的片石氣冷—碎石護坡組合路基較開放的更有利于保護多年凍土,維持路基穩(wěn)定;當(dāng)片石氣冷—碎石護坡組合路基片石層表面被風(fēng)沙等封閉后仍具有良好的降溫效果。

不同條件下低溫低濁水混凝試驗研究

以田師府—桓仁客運專線大前石嶺隧道邊坡碎石土為研究對象,在通過室內(nèi)常規(guī)物理力學(xué)試驗獲得該碎石土的基本物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用大型直剪儀對三組不同含石量的碎石土重塑樣進行了剪切試驗。試驗結(jié)果表明:隨著含石量的增加,抗剪強度增大;內(nèi)摩擦角隨著含石量的增加而增大,含石量為30%~50%時增幅較快,含石量超過50%后,增幅較慢且呈現(xiàn)逐漸穩(wěn)定的趨勢;黏聚力隨著含石量的增大先略微下降后急劇上升,在含石量為50%時最低,而后又急劇升高。碎石土的抗剪特性不同于一般巖土體,含石量對碎石土的抗剪強度影響很大。

以田師府—桓仁客運專線大前石嶺隧道邊坡碎石土為研究對象,在通過室內(nèi)常規(guī)物理力學(xué)試驗獲得該碎石土的基本物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用大型直剪儀對三組不同含石量的碎石土重塑樣進行了剪切試驗。試驗結(jié)果表明：隨著含石量的增加,抗剪強度增大;內(nèi)摩擦角隨著含石量的增加而增大,含石量為30%～50%時增幅較快,含石量超過50%后,增幅較慢且呈現(xiàn)逐漸穩(wěn)定的趨勢;黏聚力隨著含石量的增大先略微下降后急劇上升,在含石量為50%時最低,而后又急劇升高。碎石土的抗剪特性不同于一般巖土體,含石量對碎石土的抗剪強度影響很大。

對影響試件成型質(zhì)量的一個重要指標(biāo)——碎石用量進行研究;采用膠墊厚度、初壓次數(shù)、復(fù)壓次數(shù)、養(yǎng)生溫度四個評價指標(biāo),通過室內(nèi)試驗來模擬、比較分析該四個指標(biāo)對碎石用量和試件成型質(zhì)量的影響。

根據(jù)多孔介質(zhì)中流體熱對流的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程,應(yīng)用伽遼金法導(dǎo)出了多孔介質(zhì)對流換熱的有限元公式,并對傳統(tǒng)道碴路基和拋石路基在未來50年青藏高原氣溫上升2.0℃情況下的溫度變化進行了預(yù)報分析和比較.計算結(jié)果表明,在年平均氣溫大于-3.5℃或天然地表溫度大于-1℃的地區(qū),傳統(tǒng)道碴路基以下5m內(nèi)的凍土將會融化,路基將產(chǎn)生很大的融沉,對鐵路造成很大的破壞.而拋石路基除了能抵消氣候變暖的影響外,還能對路基下的凍土制冷,保證凍土路基的穩(wěn)定,不至于使凍土融化.因此大力推薦該種路基作為青藏鐵路高溫凍土區(qū)的路基結(jié)構(gòu),以便最大限度地保護凍土區(qū)的鐵路.

為探討溫度和孔隙壓力對巖石滲透率的影響規(guī)律,采用中國礦業(yè)大學(xué)211工程建設(shè)項目"20mn伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機",在不同溫度和恒定壓力條件下,對長石細(xì)砂巖進行大試樣的實時滲透率研究,試樣為圓柱體,外觀尺寸為φ200mm×400mm。加溫試驗發(fā)現(xiàn),長石細(xì)砂巖滲透率存在門檻值溫度,當(dāng)溫度達(dá)到門檻值后,其滲透率出現(xiàn)大幅度增加,與室溫狀態(tài)相比,滲透率增加65倍。在長石細(xì)砂巖熱破裂的門檻值溫度區(qū)域,長石細(xì)砂巖滲透率同時具有孔隙壓力門檻值,其滲透率在孔隙壓力門檻值發(fā)生劇烈變化,大幅度增加;繼續(xù)增加溫度脫離溫度門檻值后,孔隙壓力對于滲透率的影響隨之減弱。

從遼寧錦州擬建地下儲庫工程現(xiàn)場鉆取典型花崗巖巖芯,進行不同凍結(jié)溫度(-10℃～-50℃)和不同含水狀態(tài)(干燥和飽和)的單軸及三軸壓縮試驗,分析巖石的變形破壞規(guī)律、干燥和飽和狀態(tài)抗壓強度以及三軸剪切強度參數(shù)c,?值隨溫度的變化關(guān)系。試驗結(jié)果表明:(1)無論干燥還是飽和試樣,微風(fēng)化花崗巖單軸及三軸抗壓強度隨著低溫溫度的降低而提高,但呈現(xiàn)非線性增加的趨勢,得到花崗巖抗壓強度隨低溫溫度變化的非線性關(guān)系擬合式,并認(rèn)為微風(fēng)化花崗巖存在一個抗壓強度趨于穩(wěn)定的溫度界限值,此值約為-40℃;(2)微風(fēng)化花崗巖在干燥和飽和條件下,黏聚力c值隨溫度的降低而增大,在干燥條件下尤為明顯。干燥條件下,微風(fēng)化花崗巖內(nèi)摩擦角隨低溫溫度降低變化較小,摩擦角基本保持在57°左右,飽和條件下,微風(fēng)化花崗巖內(nèi)摩擦角隨溫度降低而增加,由-10℃～-50℃增長幅度約為3.43%。該研究成果可為液化天然氣(lng)的低溫地下存儲提供一定的力學(xué)參數(shù)依據(jù)。

鐵路道碴鋪層和拋石層可以看作多孔介質(zhì),其內(nèi)部流體的對流換熱為多孔介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)問題.目前拋石路基作為一種特殊的新型路基結(jié)構(gòu)已在青藏鐵路得到廣泛應(yīng)用,但其拋石層多為上下封閉、左右開放,內(nèi)部空氣與外界連通,對流與傳熱模式變的更為復(fù)雜.因此,基于多孔介質(zhì)中流體熱對流的連續(xù)性方程,非達(dá)西流動量方程及能量方程,針對青藏鐵路的氣溫條件和地質(zhì)條件,對開放邊界、不同路堤高度(拋石層厚度為1.5m)的拋石路基內(nèi)速度場及其在未來50年的溫度場特征進行了研究與分析.結(jié)果表明:在外界風(fēng)的作用下,這種開放路基道碴和拋石層內(nèi)的對流換熱方式以強迫對流為主;并且在年平均氣溫為?4.0℃,考慮未來50年氣溫上升2.6℃的情況下,其降溫效果較好,路堤下有低溫凍土核生成;并且較高路基降溫效果好于較低路基,這主要是由于較高路堤底部較寬,對下部凍土產(chǎn)生的影響范圍較大;但由于主導(dǎo)風(fēng)向的影響,較高路基的下部溫度場出現(xiàn)左右不對稱現(xiàn)象,這很可能會造成路基整體的橫向不均勻變形,而較低路基無此現(xiàn)象發(fā)生,這應(yīng)引起設(shè)計與施工部門的足夠重視.

風(fēng)沙危害正在威脅著青藏鐵路的安全營運.通過數(shù)值方法研究了風(fēng)積沙填堵和覆蓋青藏鐵路塊碎石路基后,塊碎石層降溫機理以及降溫效果的變化特征.結(jié)果表明:開放條件下塊石路基具有較強的強迫對流效應(yīng);風(fēng)積沙填堵后,塊碎石層降溫效果減弱.封閉條件下,冷季路基坡腳處自然對流較強,凍土上限抬升;路基內(nèi)部自然對流較弱,由于路基填土作用,路基中心處凍土上限抬升較大,但隨時間增長而降低;沙層覆蓋后,塊碎石層降溫效果減弱,路基下部凍土上限下降.在氣候變暖背景條件下,封閉塊碎石層自然對流減弱,凍土上限下降,不利于凍土路基的熱穩(wěn)定.因此,建議對沙害路段的塊碎石路基采取補強措施.

為了達(dá)到最接近實際工程的試驗效果,采用中國礦業(yè)大學(xué)的"20mn伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機",設(shè)計了精確的加壓和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),操作控制比較方便,測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。利用大尺寸(φ200mm×400mm)花崗巖試樣和工程鉆頭(φ30mm的pdc鉆頭),使試驗條件更加接近實際工程情況,開創(chuàng)了該類大試樣試驗的先河。通過正交試驗研究花崗巖在高溫高壓狀態(tài)下的切削破碎規(guī)律,得出以下結(jié)論:(1)高圍壓狀態(tài)(100mpa)下,隨著溫度升高,花崗巖的可切削性逐漸增強,在超過一定的鉆壓時,切削速度隨著溫度的升高而明顯增大,在755n鉆壓下,300℃的切削速度比室溫時增大30%～50%;(2)高圍壓狀態(tài)(100mpa)下,隨著溫度升高,單位破巖能耗明顯降低,在鉆壓為755n時,300℃時的單位破巖能耗比室溫時降低20%～30%;(3)在高溫高壓環(huán)境下,切削速度隨著鉆壓或轉(zhuǎn)速的增大而增大;單位破巖能耗隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大,隨著鉆壓的增大而減小,與室溫?zé)o圍壓狀態(tài)下的切削破碎規(guī)律基本一致;(4)由于花崗巖在此溫壓范圍內(nèi)屬于漸進破壞,抗壓強度下降緩慢,如果鉆壓太低則切削速度和單位破巖能耗受溫度影響很小,為了在高溫下取得對花崗巖的良好切削效果,鉆壓需要超過一定的值。

為了探索沿海新墾區(qū)土壤快速脫鹽的途徑,設(shè)計了3種間距(10m、15m、20m)和3種埋深(0.6m、0.9m、1.2m)的暗管排水組合處理,在灌水洗鹽和降雨洗鹽2種方式下,開展了暗管排水效果以及排水含鹽量變化規(guī)律的試驗研究。結(jié)果表明:埋深相同,暗管間距越小,排水量占灌(降)水量的比例越大,地下水降落速度也越快;間距相同,暗管埋深越大,排水量占灌(降)水量的比例越大,地下水降落速度也越快;暗管埋深對暗管初始排水的鹽度、電導(dǎo)率也有一定的影響,間距相同,暗管埋深越大,初始排水的鹽度、電導(dǎo)率也越大。該研究為江蘇沿海灘涂新墾區(qū)利用暗管排水技術(shù)改良鹽漬土提供了支撐。

設(shè)計了動態(tài)測量板坯溫度場和變形過程的試驗裝置,通過采用不同冷卻邊界條件的水套,研究了邊界條件對板坯溫度場和變形的影響,探索了板坯的變形行為與溫度場的關(guān)系及其控制方法。試驗表明:板坯的凝固進程直接影響其成形及冷卻后的外形輪廓,四周均勻的凝固進程有利于得到平直板坯

針對級配碎石混合料,采用振動成型法試驗,研究了粗集料強度和棱角性對混合料最終級配的影響。試驗結(jié)果表明,粗集料強度和棱角性對級配碎石混合料的最終級配都有顯著影響。尤其是當(dāng)集料壓碎值大同時針片狀含量也大的時候,這種疊加效應(yīng)下的影響最為顯著。

根據(jù)國內(nèi)外研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),微裂技術(shù)下水穩(wěn)碎石基層材料產(chǎn)生的微細(xì)裂縫網(wǎng)絡(luò),具有一定的自愈合能力.選擇養(yǎng)生2d后進行微裂并控制微裂損傷程度為30％～40％的試件,研究微細(xì)裂縫網(wǎng)對水穩(wěn)材料收縮特性的影響.研究結(jié)果表明,微裂后水穩(wěn)碎石試樣的溫縮系數(shù)明顯減小,表明微裂技術(shù)能有效降低水穩(wěn)碎石基層材料溫縮應(yīng)力,可減緩或減少溫縮裂縫的產(chǎn)生.

以田師傅-桓仁鐵路大前石嶺隧道進口邊坡碎石土為研究對象,通過室內(nèi)大型直剪試驗對三組不同含水率的重塑土樣分別進行剪切試驗,討論分析了含水率對碎石土工程力學(xué)特性的影響規(guī)律。同時,通過與室內(nèi)常規(guī)直剪試驗結(jié)果的對比分析,驗證了室內(nèi)大型直剪試驗的結(jié)果更加符合現(xiàn)場的實際工程地質(zhì)特性。

以田師傅-桓仁鐵路大前石嶺隧道進口邊坡碎石土為研究對象,通過室內(nèi)大型直剪試驗對三組不同含水率的重塑土樣分別進行剪切試驗,討論分析了含水率對碎石土工程力學(xué)特性的影響規(guī)律。同時,通過與室內(nèi)常規(guī)直剪試驗結(jié)果的對比分析,驗證了室內(nèi)大型直剪試驗的結(jié)果更加符合現(xiàn)場的實際工程地質(zhì)特性。

干熱條件下施工的混凝土特性試驗研究——本文模擬新疆35℃干燥氣候條件下施工，對混凝土的坍落度損失、含氣量損失、凝結(jié)時間、抗壓強度、干縮變形、極限拉伸、抗?jié)B性和抗凍性等性能影響進行了試驗研究。結(jié)果表明：混凝土拌和物的坍落度存在較大的損失，干熱條件...

三向受力條件下凍結(jié)巖石力學(xué)特性試驗研究——隨著寒區(qū)或特殊施工環(huán)境條件下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，越來越有必要對凍結(jié)巖石力學(xué)問題進行深入的研究。以陜西彬長礦區(qū)胡家河煤礦凍結(jié)立井為背景，從現(xiàn)場采集的煤巖和砂巖為代表，進行常溫(+2o℃)和不同凍結(jié)溫度（-5℃...

依據(jù)宜興抽水蓄能電站上庫主壩主堆石料原型級配,聯(lián)合采用相似級配和等量替代的級配模擬技術(shù)制備大型三軸試樣,利用ys–30型應(yīng)力路徑大型試驗機開展應(yīng)力路徑條件下堆石料剪切特性大型三軸試驗研究。研究結(jié)果表明:應(yīng)力路徑與固結(jié)應(yīng)力共同作用,成為影響堆石料剪切特性的主要外部因素。堆石料抗剪強度具有顯著的非線性特征,而應(yīng)力路徑對其抗剪強度影響極小。隨著σc與k的增加,應(yīng)力–應(yīng)變關(guān)系由低壓應(yīng)變軟化、高壓應(yīng)變硬化型向完全應(yīng)變硬化型轉(zhuǎn)變;體積應(yīng)變關(guān)系由低壓剪脹、高壓剪縮型向完全剪縮型轉(zhuǎn)變;隨著應(yīng)力比k的增加,堆石料塑性變形性質(zhì)逐漸由剪切塑性變形變化為主轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s塑性變形變化為主,破壞形式則由剪切破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s破壞。堆石料剪脹剪縮轉(zhuǎn)化關(guān)系由臨界應(yīng)力比kcrit與臨界固結(jié)應(yīng)力(σc)crit共同決定。

水泥穩(wěn)定碎石的強度受眾多因素影響。本文根據(jù)南石線水泥穩(wěn)定碎石施工中,采取具有代表性的四種不同級配的碎石進行組成設(shè)計試驗,對試驗結(jié)果采用方差分析法來確定級配、水泥劑量以及二者交互作用對強度的影響程度，并著重分析了隨著級配變化．強度的變化規(guī)律。

通過人工模擬降雨,利用蒸滲儀、tdr(時域反射儀)和翻斗式自計流量測定儀,對石子和秸稈覆蓋條件下的土壤水分動態(tài)變化、地下滲流過程進行了連續(xù)監(jiān)測,并對不同下墊面條件下水量轉(zhuǎn)化的變異特征進行了分析。結(jié)果表明:(1)不同下墊面條件下土壤表層的水分變異不大,而土壤深層的水分變異較大,這主要是由于覆蓋降低了雨滴對土壤表層結(jié)構(gòu)的破壞程度,以及石子在地表構(gòu)建了許多個微型攔水壩,從而促進了土壤水分的快速下滲;(2)覆蓋具有增加地下滲流的效果,特別是坡地上覆蓋小石子在防止土壤侵蝕,增加地下滲流方面效果最為顯著,地下滲流系數(shù)達(dá)到了37.44%;(3)小石子覆蓋有利于山地降水資源的高效轉(zhuǎn)化利用,其中在水平地上進行覆蓋處理有助于降水資源的就地利用,而在“上覆土壤、下伏巖石”為結(jié)構(gòu)特征的坡地上進行覆蓋處理有助于坡地巖土界面滲流的產(chǎn)生,而從提高降水資源的異地利用率。