开放条件下粒径对块石和碎石护坡降温效果影响的试验研究

为了维持多年冻土区路基的稳定,青藏铁路部分路段采用片石气冷—碎石护坡组合路基主动保护多年冻土。为考察片石气冷—碎石护坡组合路基片石层表面被风沙和积雪等封闭后,其降温效果是否失效,基于青藏铁路清水河地区片石气冷—碎石护坡组合路基2个测试断面、2个冻融循环的地温监测资料,研究片石层表面开放与封闭对片石气冷—碎石护坡组合路基降温效果的影响。结果表明:片石层表面封闭的片石气冷—碎石护坡组合路基及其基底平均地温比片石层表面开放的片石气冷—碎石护坡组合路基低0.16~0.23℃,负积温值封闭比开放大115.32℃.天,最大融化深度抬升幅度封闭比开放大0~0.4m。说明片石层表面封闭的片石气冷—碎石护坡组合路基较开放的更有利于保护多年冻土,维持路基稳定;当片石气冷—碎石护坡组合路基片石层表面被风沙等封闭后仍具有良好的降温效果。

不同条件下低温低浊水混凝试验研究

以田师府—桓仁客运专线大前石岭隧道边坡碎石土为研究对象,在通过室内常规物理力学试验获得该碎石土的基本物理性质的基础上,采用大型直剪仪对三组不同含石量的碎石土重塑样进行了剪切试验。试验结果表明:随着含石量的增加,抗剪强度增大;内摩擦角随着含石量的增加而增大,含石量为30%~50%时增幅较快,含石量超过50%后,增幅较慢且呈现逐渐稳定的趋势;黏聚力随着含石量的增大先略微下降后急剧上升,在含石量为50%时最低,而后又急剧升高。碎石土的抗剪特性不同于一般岩土体,含石量对碎石土的抗剪强度影响很大。

以田师府—桓仁客运专线大前石岭隧道边坡碎石土为研究对象,在通过室内常规物理力学试验获得该碎石土的基本物理性质的基础上,采用大型直剪仪对三组不同含石量的碎石土重塑样进行了剪切试验。试验结果表明：随着含石量的增加,抗剪强度增大;内摩擦角随着含石量的增加而增大,含石量为30%～50%时增幅较快,含石量超过50%后,增幅较慢且呈现逐渐稳定的趋势;黏聚力随着含石量的增大先略微下降后急剧上升,在含石量为50%时最低,而后又急剧升高。碎石土的抗剪特性不同于一般岩土体,含石量对碎石土的抗剪强度影响很大。

对影响试件成型质量的一个重要指标——碎石用量进行研究;采用胶垫厚度、初压次数、复压次数、养生温度四个评价指标,通过室内试验来模拟、比较分析该四个指标对碎石用量和试件成型质量的影响。

根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程,应用伽辽金法导出了多孔介质对流换热的有限元公式,并对传统道碴路基和抛石路基在未来50年青藏高原气温上升2.0℃情况下的温度变化进行了预报分析和比较.计算结果表明,在年平均气温大于-3.5℃或天然地表温度大于-1℃的地区,传统道碴路基以下5m内的冻土将会融化,路基将产生很大的融沉,对铁路造成很大的破坏.而抛石路基除了能抵消气候变暖的影响外,还能对路基下的冻土制冷,保证冻土路基的稳定,不至于使冻土融化.因此大力推荐该种路基作为青藏铁路高温冻土区的路基结构,以便最大限度地保护冻土区的铁路.

为探讨温度和孔隙压力对岩石渗透率的影响规律,采用中国矿业大学211工程建设项目"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机",在不同温度和恒定压力条件下,对长石细砂岩进行大试样的实时渗透率研究,试样为圆柱体,外观尺寸为φ200mm×400mm。加温试验发现,长石细砂岩渗透率存在门槛值温度,当温度达到门槛值后,其渗透率出现大幅度增加,与室温状态相比,渗透率增加65倍。在长石细砂岩热破裂的门槛值温度区域,长石细砂岩渗透率同时具有孔隙压力门槛值,其渗透率在孔隙压力门槛值发生剧烈变化,大幅度增加;继续增加温度脱离温度门槛值后,孔隙压力对于渗透率的影响随之减弱。

从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯,进行不同冻结温度(-10℃～-50℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验,分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c,?值随温度的变化关系。试验结果表明:(1)无论干燥还是饱和试样,微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高,但呈现非线性增加的趋势,得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式,并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值,此值约为-40℃;(2)微风化花岗岩在干燥和饱和条件下,黏聚力c值随温度的降低而增大,在干燥条件下尤为明显。干燥条件下,微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小,摩擦角基本保持在57°左右,饱和条件下,微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加,由-10℃～-50℃增长幅度约为3.43%。该研究成果可为液化天然气(lng)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。

铁路道碴铺层和抛石层可以看作多孔介质,其内部流体的对流换热为多孔介质的传热传质问题.目前抛石路基作为一种特殊的新型路基结构已在青藏铁路得到广泛应用,但其抛石层多为上下封闭、左右开放,内部空气与外界连通,对流与传热模式变的更为复杂.因此,基于多孔介质中流体热对流的连续性方程,非达西流动量方程及能量方程,针对青藏铁路的气温条件和地质条件,对开放边界、不同路堤高度(抛石层厚度为1.5m)的抛石路基内速度场及其在未来50年的温度场特征进行了研究与分析.结果表明:在外界风的作用下,这种开放路基道碴和抛石层内的对流换热方式以强迫对流为主;并且在年平均气温为?4.0℃,考虑未来50年气温上升2.6℃的情况下,其降温效果较好,路堤下有低温冻土核生成;并且较高路基降温效果好于较低路基,这主要是由于较高路堤底部较宽,对下部冻土产生的影响范围较大;但由于主导风向的影响,较高路基的下部温度场出现左右不对称现象,这很可能会造成路基整体的横向不均匀变形,而较低路基无此现象发生,这应引起设计与施工部门的足够重视.

风沙危害正在威胁着青藏铁路的安全营运.通过数值方法研究了风积沙填堵和覆盖青藏铁路块碎石路基后,块碎石层降温机理以及降温效果的变化特征.结果表明:开放条件下块石路基具有较强的强迫对流效应;风积沙填堵后,块碎石层降温效果减弱.封闭条件下,冷季路基坡脚处自然对流较强,冻土上限抬升;路基内部自然对流较弱,由于路基填土作用,路基中心处冻土上限抬升较大,但随时间增长而降低;沙层覆盖后,块碎石层降温效果减弱,路基下部冻土上限下降.在气候变暖背景条件下,封闭块碎石层自然对流减弱,冻土上限下降,不利于冻土路基的热稳定.因此,建议对沙害路段的块碎石路基采取补强措施.

为了达到最接近实际工程的试验效果,采用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机",设计了精确的加压和旋转系统,操作控制比较方便,测量数据准确。利用大尺寸(φ200mm×400mm)花岗岩试样和工程钻头(φ30mm的pdc钻头),使试验条件更加接近实际工程情况,开创了该类大试样试验的先河。通过正交试验研究花岗岩在高温高压状态下的切削破碎规律,得出以下结论:(1)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,花岗岩的可切削性逐渐增强,在超过一定的钻压时,切削速度随着温度的升高而明显增大,在755n钻压下,300℃的切削速度比室温时增大30%～50%;(2)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,单位破岩能耗明显降低,在钻压为755n时,300℃时的单位破岩能耗比室温时降低20%～30%;(3)在高温高压环境下,切削速度随着钻压或转速的增大而增大;单位破岩能耗随着转速的增大而增大,随着钻压的增大而减小,与室温无围压状态下的切削破碎规律基本一致;(4)由于花岗岩在此温压范围内属于渐进破坏,抗压强度下降缓慢,如果钻压太低则切削速度和单位破岩能耗受温度影响很小,为了在高温下取得对花岗岩的良好切削效果,钻压需要超过一定的值。

为了探索沿海新垦区土壤快速脱盐的途径,设计了3种间距(10m、15m、20m)和3种埋深(0.6m、0.9m、1.2m)的暗管排水组合处理,在灌水洗盐和降雨洗盐2种方式下,开展了暗管排水效果以及排水含盐量变化规律的试验研究。结果表明:埋深相同,暗管间距越小,排水量占灌(降)水量的比例越大,地下水降落速度也越快;间距相同,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;暗管埋深对暗管初始排水的盐度、电导率也有一定的影响,间距相同,暗管埋深越大,初始排水的盐度、电导率也越大。该研究为江苏沿海滩涂新垦区利用暗管排水技术改良盐渍土提供了支撑。

设计了动态测量板坯温度场和变形过程的试验装置,通过采用不同冷却边界条件的水套,研究了边界条件对板坯温度场和变形的影响,探索了板坯的变形行为与温度场的关系及其控制方法。试验表明:板坯的凝固进程直接影响其成形及冷却后的外形轮廓,四周均匀的凝固进程有利于得到平直板坯

针对级配碎石混合料,采用振动成型法试验,研究了粗集料强度和棱角性对混合料最终级配的影响。试验结果表明,粗集料强度和棱角性对级配碎石混合料的最终级配都有显著影响。尤其是当集料压碎值大同时针片状含量也大的时候,这种叠加效应下的影响最为显著。

根据国内外研究结果发现,微裂技术下水稳碎石基层材料产生的微细裂缝网络,具有一定的自愈合能力.选择养生2d后进行微裂并控制微裂损伤程度为30％～40％的试件,研究微细裂缝网对水稳材料收缩特性的影响.研究结果表明,微裂后水稳碎石试样的温缩系数明显减小,表明微裂技术能有效降低水稳碎石基层材料温缩应力,可减缓或减少温缩裂缝的产生.

以田师傅-桓仁铁路大前石岭隧道进口边坡碎石土为研究对象,通过室内大型直剪试验对三组不同含水率的重塑土样分别进行剪切试验,讨论分析了含水率对碎石土工程力学特性的影响规律。同时,通过与室内常规直剪试验结果的对比分析,验证了室内大型直剪试验的结果更加符合现场的实际工程地质特性。

以田师傅-桓仁铁路大前石岭隧道进口边坡碎石土为研究对象,通过室内大型直剪试验对三组不同含水率的重塑土样分别进行剪切试验,讨论分析了含水率对碎石土工程力学特性的影响规律。同时,通过与室内常规直剪试验结果的对比分析,验证了室内大型直剪试验的结果更加符合现场的实际工程地质特性。

干热条件下施工的混凝土特性试验研究——本文模拟新疆35℃干燥气候条件下施工，对混凝土的坍落度损失、含气量损失、凝结时间、抗压强度、干缩变形、极限拉伸、抗渗性和抗冻性等性能影响进行了试验研究。结果表明：混凝土拌和物的坍落度存在较大的损失，干热条件...

三向受力条件下冻结岩石力学特性试验研究——随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要，越来越有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以陕西彬长矿区胡家河煤矿冻结立井为背景，从现场采集的煤岩和砂岩为代表，进行常温(+2o℃)和不同冻结温度（-5℃...

依据宜兴抽水蓄能电站上库主坝主堆石料原型级配,联合采用相似级配和等量替代的级配模拟技术制备大型三轴试样,利用ys–30型应力路径大型试验机开展应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究。研究结果表明:应力路径与固结应力共同作用,成为影响堆石料剪切特性的主要外部因素。堆石料抗剪强度具有显著的非线性特征,而应力路径对其抗剪强度影响极小。随着σc与k的增加,应力–应变关系由低压应变软化、高压应变硬化型向完全应变硬化型转变;体积应变关系由低压剪胀、高压剪缩型向完全剪缩型转变;随着应力比k的增加,堆石料塑性变形性质逐渐由剪切塑性变形变化为主转变为压缩塑性变形变化为主,破坏形式则由剪切破坏转变为压缩破坏。堆石料剪胀剪缩转化关系由临界应力比kcrit与临界固结应力(σc)crit共同决定。

水泥稳定碎石的强度受众多因素影响。本文根据南石线水泥稳定碎石施工中,采取具有代表性的四种不同级配的碎石进行组成设计试验,对试验结果采用方差分析法来确定级配、水泥剂量以及二者交互作用对强度的影响程度，并着重分析了随着级配变化．强度的变化规律。

通过人工模拟降雨,利用蒸渗仪、tdr(时域反射仪)和翻斗式自计流量测定仪,对石子和秸秆覆盖条件下的土壤水分动态变化、地下渗流过程进行了连续监测,并对不同下垫面条件下水量转化的变异特征进行了分析。结果表明:(1)不同下垫面条件下土壤表层的水分变异不大,而土壤深层的水分变异较大,这主要是由于覆盖降低了雨滴对土壤表层结构的破坏程度,以及石子在地表构建了许多个微型拦水坝,从而促进了土壤水分的快速下渗;(2)覆盖具有增加地下渗流的效果,特别是坡地上覆盖小石子在防止土壤侵蚀,增加地下渗流方面效果最为显著,地下渗流系数达到了37.44%;(3)小石子覆盖有利于山地降水资源的高效转化利用,其中在水平地上进行覆盖处理有助于降水资源的就地利用,而在“上覆土壤、下伏岩石”为结构特征的坡地上进行覆盖处理有助于坡地岩土界面渗流的产生,而从提高降水资源的异地利用率。