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不同厚度的珊瑚泥与高岭土面层龟裂特性对比模型试验研究
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作者 丁选明 李一夫 +2 位作者 方华强 王红 辛义文 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第3期501-512,共12页
为探究珊瑚泥面层的龟裂特性,重点考虑了厚度影响,进行了珊瑚泥面层和高岭土面层的室内模型对比试验,利用Python和PCAS对试验结果进行处理,定量分析了两种土体面层的裂隙节点数、裂隙条数、裂隙平均长度、裂隙平均宽度、表面裂隙率以及... 为探究珊瑚泥面层的龟裂特性,重点考虑了厚度影响,进行了珊瑚泥面层和高岭土面层的室内模型对比试验,利用Python和PCAS对试验结果进行处理,定量分析了两种土体面层的裂隙节点数、裂隙条数、裂隙平均长度、裂隙平均宽度、表面裂隙率以及分形维数在不同厚度下随时间的变化规律,并使用扫描电子显微镜(SEM)对珊瑚泥面层样进行了微观扫描。结果表明:(1)对于珊瑚泥面层,最终裂隙面积分形维数、最终裂隙长度分形维数、最终裂隙节点数、最终裂隙条数以及最终表面裂隙率随厚度增加而减小,裂隙平均宽度峰值、最终裂隙平均长度随厚度增加而增大。高岭土面层的裂隙参数受厚度的影响形式与珊瑚泥相同,但受影响程度明显低于珊瑚泥;(2)珊瑚泥面层和高岭土面层的裂隙平均长度变化趋势一致,而对于珊瑚泥和高岭土的其他裂隙参数,前者的增长速率在初始阶段较大,后者则符合S型增长曲线,初始阶段的增长速率较低;(3)面层裂隙以水平和竖向裂隙为主,这是因为水分在重力和蒸发作用下向底部和表层迁移,造成面层形成水力梯度,进而导致了不均匀收缩并产生定向裂隙;(4)此外,结合断裂力学理论分析了珊瑚泥龟裂的特点。珊瑚泥具有多孔隙结构,裂隙很可能在孔隙处萌发。黏粒团簇的基质吸力对外表现为拉应力并作用于裂隙尖端,珊瑚泥中砂粒粉粒的干扰造成黏粒团簇分布不均,改变了拉应力方向,进而将张开型断裂转变为滑移型断裂,导致珊瑚泥裂隙发育方向容易改变;(5)在撕开型断裂中,随着面层厚度增加,裂隙面上的剪应力分布会变得更加复杂,进而导致裂缝传播的驱动力增加,也就造成了珊瑚泥面层的裂隙参数对于厚度变化的敏感程度要高于高岭土。该研究对后续珊瑚泥新型绿色工程材料的研发与应用具有重要参考价值。 展开更多
关键词 珊瑚泥 面层 龟裂 模型试验 断裂力学
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基于粒子图像测速技术的纤维改性珊瑚泥面层龟裂模型试验研究
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作者 方华强 丁选明 +5 位作者 张灵芝 李一夫 王红 辛义文 彭宇 李铮 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期368-380,共13页
为了开发珊瑚泥的工程应用价值,采用粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,进行了聚乙烯醇(polyvinylalcohol,简称PVA)纤维改性珊瑚泥面层模型龟裂试验研究。获得了珊瑚泥面层的位移场和速度场,从多物理场作用、能量... 为了开发珊瑚泥的工程应用价值,采用粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,进行了聚乙烯醇(polyvinylalcohol,简称PVA)纤维改性珊瑚泥面层模型龟裂试验研究。获得了珊瑚泥面层的位移场和速度场,从多物理场作用、能量耗散角度揭示了珊瑚泥面层龟裂及抑裂机制。探讨了多物理场与土体水分蒸发、收缩以及龟裂之间的相互作用机制,为龟裂动力学行为提供了新视角。结果表明:(1)珊瑚泥面层表面颗粒移动轨迹在重力场的影响下呈现为顺时针涡流形式的收缩方向。珊瑚泥面层土颗粒在裂隙位置处具有极大值速率,而且随着裂隙的萌生、发育到扩展稳定,土颗粒速率会经历加速阶段,到达峰值后转变为衰减阶段。(2)珊瑚泥内部分碳酸盐矿物成分会发生化学硬化、结晶以及胶凝,PVA纤维与珊瑚泥颗粒之间以及珊瑚泥颗粒与颗粒之间产生胶结作用,提升了珊瑚泥强度。当纤维掺量为0.5%时珊瑚泥性能最优,珊瑚泥表面几乎无裂隙出现。(3)珊瑚泥龟裂存在张拉破坏、剪切破坏以及拉剪混合破坏3种形式。(4)从多场作用、能量耗散角度,揭示了珊瑚泥面层龟裂及抑裂机制,提出了对多物理场与土体蒸发、收缩以及龟裂之间的相互作用的新见解。土体龟裂过程中的水分场、位移场、速度场和应力场相互作用,共同影响土体的裂隙形成和发展。这些相互作用形成了一个复杂的系统,影响着土体的稳定性和力学行为。 展开更多
关键词 珊瑚泥面层 纤维改性 粒子图像测速技术 收缩与龟裂 多物理场 抑裂机制
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初始浓度对南海珊瑚泥沉积浊液面沉速特性影响试验研究 被引量:4
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作者 沈扬 冯照雁 +2 位作者 刘汉龙 王钦城 李安 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S2期22-26,共5页
珊瑚泥是由细粒珊瑚碎屑组成的钙质软泥,在南海岛礁的吹填地基中因颗粒分选以夹层形式分布。在整个吹填场地形成过程中,珊瑚泥的沉积特性会对吹填后形成岛礁的地基稳定性产生一定影响。因此,从影响地基稳定性最初阶段的吹填沉积特性出发... 珊瑚泥是由细粒珊瑚碎屑组成的钙质软泥,在南海岛礁的吹填地基中因颗粒分选以夹层形式分布。在整个吹填场地形成过程中,珊瑚泥的沉积特性会对吹填后形成岛礁的地基稳定性产生一定影响。因此,从影响地基稳定性最初阶段的吹填沉积特性出发,探求初始浓度对珊瑚泥浊液面沉速特性影响。利用扫描电镜观察絮凝体尺寸,根据Stokes定律推得浊液面在等速沉积阶段的理论沉速,并与颗粒组成相近的海相沉积土和同塑性指数的芜湖粉质黏土的沉积特性展开对比分析。试验结果表明:三种土浊液面出现的高度随初始浓度减小而减小;在等速沉积阶段,浊液面沉速随初始浓度增大而减小,其变化逐渐减缓并趋于稳定。区别在于,珊瑚泥浊液面出现时间最早,其沉速远高于其他两种土,等速沉积阶段所用时间仅为其他两种土的1/3,且初始浓度对珊瑚泥等速沉积时间的影响最为明显。最后推导得到了初始浓度与浊液面沉速关系公式,这对于南海海域吹填施工及地基的安全稳定具有一定的现实意义。 展开更多
关键词 南海珊瑚泥 地基稳定性 浊液面 沉速 初始浓度
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纤维改性珊瑚泥裂隙动态演化规律试验研究 被引量:6
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作者 丁选明 方华强 +2 位作者 刘汉龙 蒋春勇 李根峰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1801-1812,共12页
土体龟裂在自然界中广泛存在,而裂隙的存在极大地劣化了土体的工程性质。岛礁上工程材料缺乏,如何就地取材,利用珊瑚泥这种潜在的工程材料并进行改性,是亟需解决的关键问题。采用PVA纤维对珊瑚泥龟裂特性进行改善,通过龟裂试验,利用图... 土体龟裂在自然界中广泛存在,而裂隙的存在极大地劣化了土体的工程性质。岛礁上工程材料缺乏,如何就地取材,利用珊瑚泥这种潜在的工程材料并进行改性,是亟需解决的关键问题。采用PVA纤维对珊瑚泥龟裂特性进行改善,通过龟裂试验,利用图像处理技术,获得了裂隙参数、分形维数、频率分布以及裂隙发育速率的变化规律,从而得出不同纤维掺量下的珊瑚泥裂隙动态演化规律以及纤维加固效果。结果表明:PVA纤维的掺入,提高了土体的整体性能,并起到桥接作用,能在一定程度上阻碍土体的收缩以及抑制土体裂隙的拓展。此外,还得出了纤维加固土体的裂隙开裂判据,以及揭示了珊瑚泥纤维加固机理。这对珊瑚泥的潜在应用价值具有重要意义。 展开更多
关键词 珊瑚泥 龟裂 PVA纤维 裂隙动态演化
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分级加卸载下南海珊瑚泥一维固结长期变形试验及模型研究 被引量:1
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作者 沈扬 邓珏 +1 位作者 翁禾 阳龙 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期685-696,共12页
南海珊瑚泥是珊瑚群体死后的骨胳、碎屑聚积形成的海洋岩土体钙质软泥,具有特殊的工程性状,研究其在荷载作用下与时间相关的长期非线性变形对吹填岛礁建设和长期稳定分析具有重要意义。对珊瑚泥进行了3组不同加卸载方案的一维固结压缩试... 南海珊瑚泥是珊瑚群体死后的骨胳、碎屑聚积形成的海洋岩土体钙质软泥,具有特殊的工程性状,研究其在荷载作用下与时间相关的长期非线性变形对吹填岛礁建设和长期稳定分析具有重要意义。对珊瑚泥进行了3组不同加卸载方案的一维固结压缩试验,通过改变加载时间与加卸载循环圈数探究应力历史对其长期变形性质的影响,并针对珊瑚泥在加卸载试验条件下呈现出的瞬时变形、延时衰减与延时稳定变形3阶段规律,采用改进的Burgers模型拟合不同竖向应力作用下的ε-t(应变-时间)曲线,具有较高拟合精度。同时分析模型参数后发现,随着分级加载时间提高,瞬时应变增量及其增长率下降,最终荷载下的延时衰减时间缩短,延时稳定应变速率及最终荷载下的总应变增量减小。同一加卸载循环圈数中,同竖向应力下卸载阶段的瞬时应变增量小于加载阶段。随着加卸载循环圈数的增加,加、卸载各阶段瞬时应变增量均减小且二者相近,延时衰减时间缩短,延时稳定应变速率及最终荷载下的总应变增量减小。研究了分级加载时间与加卸载循环圈数对珊瑚泥长期变形性质的影响,旨在为岛礁建设中的堆载预压方案提供理论依据。 展开更多
关键词 南海珊瑚泥 分级加卸载 长期非线性变形 改进Burgers模型 模型参数
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南海珊瑚泥一维压缩分数阶元件模型研究
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作者 沈扬 翁禾 马可 《岩土工程学报》 2025年第9期1804-1811,共8页
南海珊瑚泥广泛分布于中国南海海域,研究珊瑚泥的沉降变形规律对南海的开发有着重要意义。南海珊瑚泥的一维压缩具有典型的软土变形特征,同时由于其特殊的性质,其变形速度与常见软土相比较快,适合进行变形模型的研究。针对软土的一维压... 南海珊瑚泥广泛分布于中国南海海域,研究珊瑚泥的沉降变形规律对南海的开发有着重要意义。南海珊瑚泥的一维压缩具有典型的软土变形特征,同时由于其特殊的性质,其变形速度与常见软土相比较快,适合进行变形模型的研究。针对软土的一维压缩变形常使用元件模型进行模拟,但由于元件模型中反映长期变形的元件参数为定值,并不能准确反映延时塑性变形。应用分数阶理论的Abel黏壶比牛顿黏壶能更反应土体延时塑性变形特征,故引入Burgers模型进行修正,得到分数阶修正Burgers模型。对近似天然条件下的珊瑚泥进行每一级历时8~14 d的一维固结压缩试验,使用前11 h的读数分别对Merchant模型,Burgers模型和分数阶修正Burgers模型进行自拟合,并使用拟合得到的模型参数对11 h后的变形进行预测。对比3种模型11 h内的自拟合精度和11 h后的预测精度,并对各个模型的参数及各部分变形情况进行分析。研究发现,分数阶修正Burgers模型的自拟合精度为Merchant模型的23~65倍,为Burgers模型的6~18倍;预测精度为Merchant模型的5~35倍,为Burgers模型的262~6213倍。 展开更多
关键词 珊瑚泥 分数阶模型 Abel黏壶 Burgers模型
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