仿岩溶碳酸氢钙对酸性环境的响应及改性分散土的研究

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作者 郭弘东 樊恒辉 +3 位作者 文纪翔 郭昊炜 鞠鹏 武智鹏 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期163-172,183,共11页

为提高仿岩溶碳酸氢钙对分散土的改性效果,通过控制反应的初始pH进行溶液指标测定试验,并开展分散性判别试验、团聚体水稳性试验及机理分析试验,研究酸性环境对制备仿岩溶碳酸氢钙的影响,评价仿岩溶碳酸氢钙加入分散土的改性效果,阐明... 为提高仿岩溶碳酸氢钙对分散土的改性效果,通过控制反应的初始pH进行溶液指标测定试验,并开展分散性判别试验、团聚体水稳性试验及机理分析试验,研究酸性环境对制备仿岩溶碳酸氢钙的影响,评价仿岩溶碳酸氢钙加入分散土的改性效果,阐明酸性环境优化仿岩溶碳酸氢钙改性分散土的作用机理。结果表明:(1)随着溶液环境由中性(pH=7.00)向酸性(pH=6.00)转变,生成的仿岩溶碳酸氢钙的钙离子浓度由26.10 mmol·L~(-1)上升至37.30 mmol·L~(-1),增加了42.91%。(2)中性环境下生成的溶液与分散土的质量比为2.5∶1时,分散土改性为非分散土,其大于0.25 mm团聚体含量为19.54%,团聚体平均质量直径为0.210 mm;酸性环境下生成的溶液完全改性所需的质量比降至1.5∶1,改性土大于0.25 mm团聚体含量为23.47%,团聚体平均质量直径为0.247 mm,两项指标分别提升了3.93%和17.62%,溶液用量降低40%。(3)酸性环境下制备的仿岩溶碳酸氢钙的浓度增加,更多的H~+和Ca~(2+)作用于分散土,进一步降低其分散性。在实际工程中可在酸性溶液环境下制备反应液,以获得改性效果更佳的仿岩溶碳酸氢钙。 展开更多

关键词 分散土 岩溶系统 团聚体 酸碱度 机制

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穿堤建筑物与分散土界面渗透稳定性研究

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作者 文纪翔 樊恒辉 +2 位作者 贾琼瑜 刘宇芊 孙增春 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第5期958-967,共10页

分散土具有遇水分散流失的特性,位于分散土体中的建筑物在土-水-建筑物耦合作用下往往会出现界面处的渗透变形而发生破坏,常导致水利工程出现险情。采用人工配制的不同程度的分散土,开展分散性试验与抗渗试验,同时考虑穿堤建筑物因不均... 分散土具有遇水分散流失的特性,位于分散土体中的建筑物在土-水-建筑物耦合作用下往往会出现界面处的渗透变形而发生破坏,常导致水利工程出现险情。采用人工配制的不同程度的分散土,开展分散性试验与抗渗试验,同时考虑穿堤建筑物因不均匀沉降和振动等因素导致的与接触位置填土的分离脱空,对非分散土与分散土开展脱空区在管道上侧和下侧两种位置的裂缝冲刷试验。结果表明:①随着碳酸钠掺量的增加,土样逐渐从非分散向分散转化,临界坡降从120.0降低到12.9,14.7,抗渗性能显著下降。②分散土与非分散土的自身裂缝(无建筑物)均可在反滤料的保护下逐渐愈合,裂缝段试验末分别能承担大于59.0,51.2的坡降,抗渗性能显著提高。③在相同干密度的条件下,与非分散土相比,分散土中的裂缝愈合更快,在较低速的流动水的条件下即可迅速填充堵塞渗流通道。④建筑物-土界面存在裂缝,当裂缝位于建筑物上部时,裂缝可以在反滤料的保护下逐渐愈合,非分散土和分散土分别能承担大于87.4,63.1的坡降,具有一定的抗渗性能;当裂缝位于建筑物下部时,裂缝段基本不承担坡降,在反滤料的保护下裂缝也难以愈合且在高水头下易发生反滤料的管涌破坏。 展开更多

关键词 分散土 土-结构接触面 裂缝 渗透稳定性

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磷石膏/木质素固化铅污染土的无侧限抗压强度 被引量：1

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作者 赵之 杨秀娟 +2 位作者 石庆红 樊恒辉 刘翼飞 《土木与环境工程学报（中英文）》 北大核心 2025年第1期89-99,共11页

采用工业固体废弃物磷石膏、木质素对人工配制铅污染土进行固化处理,通过无侧限抗压强度(UCS)试验探究固化剂掺量、养护龄期对不同程度铅污染土固化后应力-应变曲线、破坏形态及无侧限抗压强度的影响规律,对比分析两种固化剂的固化效果... 采用工业固体废弃物磷石膏、木质素对人工配制铅污染土进行固化处理,通过无侧限抗压强度(UCS)试验探究固化剂掺量、养护龄期对不同程度铅污染土固化后应力-应变曲线、破坏形态及无侧限抗压强度的影响规律,对比分析两种固化剂的固化效果,并采用扫描电镜(SEM)试验分析土样固化前后的微观特性。试验结果表明,磷石膏、木质素均能增大固化土的无侧限抗压强度,减小破坏应变;固化土的无侧限抗压强度随磷石膏掺量增加呈持续上升趋势,随木质素掺量增加呈先上升后下降趋势;延长养护时间能有效提高固化土无侧限抗压强度。随固化剂掺量和养护龄期的增加,土体内部胶结水平提高,土样破坏形态从局部张裂逐渐转变为剪切破坏,呈现脆性破坏特征。两种固化剂固化土效果各有优劣,木质素对高浓度铅污染土的固化效果优于磷石膏,抵抗变形能力更好,而磷石膏短期内提升强度能力及对铅的固定效果更好。扫描电镜试验表明,固化剂可起到填充孔隙、胶结土颗粒的作用,水化产物在土体内形成致密结构,宏观表现为强度增强。 展开更多

关键词 磷石膏 木质素 铅污染土 无侧限抗压强度 微观特性

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原位热力加固分散土的影响因素及其作用机理研究 被引量：4

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作者 倪晓逸 张路 +3 位作者 樊恒辉 杨秀娟 孟敏强 赵彦军 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1240-1249,共10页

分散土是一种水敏性特殊土,常采用石灰等土壤固化材料进行改性处理,但是对于边坡工程,由于改性处理的施工工艺复杂,使得改性成本较高且效果往往达不到设计要求。通过泥球、碎块、针孔、双相对质量密度计等分散性判别试验以及微观结构检... 分散土是一种水敏性特殊土,常采用石灰等土壤固化材料进行改性处理,但是对于边坡工程,由于改性处理的施工工艺复杂,使得改性成本较高且效果往往达不到设计要求。通过泥球、碎块、针孔、双相对质量密度计等分散性判别试验以及微观结构检测、X射线衍射、红外光谱分析等微观试验,研究了原位热力加固分散土的影响因素及其作用机理。试验结果表明,温度、加热时间、压实度对热力加固分散土具有显著的影响。随着温度的升高、加热时间的延长、压实度的增加,分散土的分散性逐步减弱,直至消除。加热温度低于200℃时,分散土的分散性虽然减弱,但具有可逆性;高于200℃以上时,分散土彻底失去分散性,且具有不可逆性。分散土经过高温处理后,通过颗粒失水凝聚、盐矿物形变胶结等作用,使得颗粒团聚结构增强,水溶性离子溶出量减少,土体碱性降低,双电层厚度减小,进而土颗粒间的引力大于斥力,分散性减弱甚至消失。研究结果表明,原位热力加固技术是一项很有前景的特殊土边坡稳定处置技术。 展开更多

关键词 分散土 热力加固 加热温度 微观结构 作用机理

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工业废渣-过硫酸钠协同固化/稳定化石油污染土配比优选研究 被引量：8

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作者 石庆红 杨秀娟 +3 位作者 赵之 樊恒辉 孟敏强 马兴业 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1791-1801,共11页

采用过硫酸钠、石灰、粉煤灰、电石渣为固化剂材料,设置4因素4水平正交试验,研究不同配比下石油污染土的无侧限抗压强度、毒性浸出浓度、酸中和容量的变化规律,并通过模糊优选理论筛选出固化剂最优配比,利用pH值、温度、S_(2)O_(8)^(2-... 采用过硫酸钠、石灰、粉煤灰、电石渣为固化剂材料,设置4因素4水平正交试验,研究不同配比下石油污染土的无侧限抗压强度、毒性浸出浓度、酸中和容量的变化规律,并通过模糊优选理论筛选出固化剂最优配比,利用pH值、温度、S_(2)O_(8)^(2-)含量、总石油烃含量、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)试验分析固化机理.试验结果表明:从极差分析得到过硫酸钠对石油污染土的无侧限抗压强度和毒性浸出浓度影响最大,石灰对酸中和容量影响最大;以无侧限抗压强度、毒性浸出浓度、酸中和容量和处理成本作为模糊优选指标,过硫酸钠、石灰、粉煤灰、电石渣掺量分别为0.6%、8.0%、10.0%、6.0%时为最优配比,此时处理后的污染土7d无侧限抗压强度为630.40kPa,毒性浸出浓度为4.44mg/L,酸中和容量为385.71cmol/kg,处理成本为136.46元/t,处理后的污染土达到了废物再利用的强度和环境安全要求;过硫酸钠氧化去除土中部分石油,石灰、粉煤灰和电石渣水化反应生成胶凝物质包裹吸附石油,并胶结土壤颗粒,使处理后的污染土毒性浸出浓度降低,强度及酸中和容量提高. 展开更多

关键词 石油污染土 固化/稳定化 正交试验 模糊优选 机理分析

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基于分散机理的细粒土分散性判别方法研究 被引量：6

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作者 陶然 孟敏强 +4 位作者 张文博 樊恒辉 文纪翔 郭弘东 杨秀娟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期599-608,共10页

针孔、碎块、双密度计、孔隙水可溶性阳离子和交换性钠离子百分比等现有评价细粒土分散性的5种常规试验方法,操作过程繁琐,耗时耗力。基于细粒土分散机理,通过人工配制不同黏粒含量、不同碳酸钠质量分数的土样,研究细粒土分散性常规判... 针孔、碎块、双密度计、孔隙水可溶性阳离子和交换性钠离子百分比等现有评价细粒土分散性的5种常规试验方法,操作过程繁琐,耗时耗力。基于细粒土分散机理,通过人工配制不同黏粒含量、不同碳酸钠质量分数的土样,研究细粒土分散性常规判别试验方法的适用性,提出快速准确评价细粒土分散性的方法。试验结果表明,分散土可分为物理性分散土(可称之为低凝聚性土)、化学性分散土、物理-化学复合型分散土,其中黏粒含量10%是细粒土产生物理性分散的界限。泥球、孔隙水可溶性阳离子和交换性钠离子百分比试验适用于所有细粒土,针孔和双密度计试验适用于黏粒含量不低于10%的细粒土。当黏粒含量低于10%时,采用泥球试验的判别结果作为判别依据;当黏粒含量不低于10%时,以泥球和针孔试验的判别结果作为综合判别依据,并且以最强的分散性判别结果为准。双密度计、孔隙水可溶性阳离子、交换性钠离子百分比和酸碱度试验仅作为细粒土分散机理的解释性试验,不参与综合判别。 展开更多

关键词 分散土 分散机理 判别方法 适用性 综合评价

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降雨作用下黄土填方区交界面水分迁移及沉降规律研究 被引量：4

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作者 赵文赫 杨秀娟 +3 位作者 王宝仲 樊恒辉 孟敏强 朱振 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1710-1720,I0012,F0003,共13页

针对黄土高原地区治沟造地实践中由于填方区新老交界面及不同压实度交界面等而引起的管涌、塌陷、滑坡、不均匀沉降、裂缝等灾害,通过建立黄土填方区新老交界面及不同压实度交界面实体物理模型,研究了降雨作用下黄土填方区交界面水分迁... 针对黄土高原地区治沟造地实践中由于填方区新老交界面及不同压实度交界面等而引起的管涌、塌陷、滑坡、不均匀沉降、裂缝等灾害,通过建立黄土填方区新老交界面及不同压实度交界面实体物理模型,研究了降雨作用下黄土填方区交界面水分迁移及沉降规律。试验结果表明:(1)雨水下渗速率随着填土压实度的降低而增快,低压实度填土体积含水率和孔隙水压力在峰值附近存在“骤增骤减”现象,孔隙水压力具有明显滞后性;(2)湿润锋在交界面附近出现明显过渡区,交界面存在雨水优势流通道;(3)交界面上方土体总沉降与交界面上方填土高度成非线性关系,不同压实度交界面上缘的局部倾斜值远大于交界面下缘,局部倾斜最大值靠近交界面上缘;(4)交界面两侧压实度差越大,土体的差异沉降越大,交界面发生破坏趋势越大;(5)填土的大幅沉降以及土体的不均匀沉降往往伴随着表面裂缝的产生,最大裂缝出现在填方区不同压实度交界面上缘附近。研究结果表明,在治沟造地等岩土工程实践中,提高回填土压实度对降低不均匀沉降及防止交界面出现裂缝具有重要意义。 展开更多

关键词 压实度 交界面 不均匀沉降 降雨入渗 优势流

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Si/Ca复合体系改性分散土的崩解特性及作用机制研究 被引量：2

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作者 刘翼飞 布泽凡 +4 位作者 蔡东廷 樊恒辉 张卓 茹含 巨娟丽 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1341-1352,共12页

分散土具有遇水分散流失的特性,在工程实践中常采用石灰、水泥等进行改性,但存在环境污染等问题。选取纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系作为分散土的改性材料,采用针孔试验、泥球试验、分散崩解试验研究改性效果,通过物理化学性质... 分散土具有遇水分散流失的特性,在工程实践中常采用石灰、水泥等进行改性,但存在环境污染等问题。选取纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系作为分散土的改性材料,采用针孔试验、泥球试验、分散崩解试验研究改性效果,通过物理化学性质等试验分析作用机制。试验结果表明,单一纳米硅溶胶在25%掺量下可完全消除分散性;单一氯化钙在0.40%掺量下可完全消除分散性;1%纳米硅溶胶与0.05%氯化钙组成的Si/Ca复合体系可完全消除土体分散性,有效减少单独使用两种材料的掺量。纳米硅溶胶改性土的崩解过程与分散土存在差异,其最终崩解时间较短,且崩解速率更稳定;与氯化钙共同作用时,最终崩解时间进一步缩短,崩解速率增大。Si/Ca复合体系改性分散土的作用机制包括降低土体的交换性钠离子百分比和pH、形成水化硅酸钙等。研究表明,由纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系可有效改性分散土。 展开更多

关键词 分散土 纳米硅溶胶 氯化钙 崩解特性 改性机制

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不同干湿循环路径下盐渍化黄土侧限变形特性研究 被引量：1

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作者 朱振 甄钧 +2 位作者 杨秀娟 党进谦 孟敏强 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第16期7002-7015,共14页

针对干湿循环作用下盐渍化黄土侧限变形问题,系统开展了侧限压缩试验及溶陷试验,研究了氯盐盐渍化黄土在不同干湿循环路径、不同干湿循环次数及不同初始干密度下的一维固结压缩特性和溶陷变形特性。结果表明:压实盐渍化黄土的压缩变形... 针对干湿循环作用下盐渍化黄土侧限变形问题,系统开展了侧限压缩试验及溶陷试验,研究了氯盐盐渍化黄土在不同干湿循环路径、不同干湿循环次数及不同初始干密度下的一维固结压缩特性和溶陷变形特性。结果表明:压实盐渍化黄土的压缩变形随初始干密度的降低而增大,随干湿循环次数和增湿饱和度的增加而增大;土样e-lgp(e为孔隙比,p垂直压力)曲线变化幅度及压缩系数随初始干密度的减小和干湿循环次数的增多而增大;不同干湿循环路径下土样的e-lgp曲线在干湿循环次数低于5次时差异较大,在干湿循环次数达到10次时趋于一致;盐渍化黄土溶陷特性对各类条件的敏感程度依次为增湿饱和度、干湿循环次数、初始干密度。针对不同条件下盐渍化黄土溶陷系数曲线的不同表现形式,建立简易3参数模型,并与试验数据对比,表明该模型能够表征初始干密度及干湿循环次数对溶陷系数的影响规律。研究成果可为盐渍化黄土的干湿循环效应认知提供参考。 展开更多

关键词 干湿循环 盐渍化黄土 增湿饱和度 割线模量 溶陷系数 溶陷模型

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仿岩溶碳酸氢钙加固风积沙的试验研究 被引量：3

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作者 蔡东廷 樊恒辉 +4 位作者 李星瑶 郭弘东 任冠洲 李玉根 赵常智 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期191-198,共8页

分别以仿岩溶碳酸氢钙(CFPK)溶液和毛乌素沙地风积沙为固沙材料和加固对象,通过化学试验、力学试验、水理试验以及微观试验,探究二氧化碳压强和反应时间对CFPK溶液浓度的影响,分析CFPK溶液固化沙的工程性能,揭示其加固机理。结果表明:C... 分别以仿岩溶碳酸氢钙(CFPK)溶液和毛乌素沙地风积沙为固沙材料和加固对象,通过化学试验、力学试验、水理试验以及微观试验,探究二氧化碳压强和反应时间对CFPK溶液浓度的影响,分析CFPK溶液固化沙的工程性能,揭示其加固机理。结果表明:CFPK溶液浓度随着二氧化碳压强的增大而增大,随着反应时间的增加先增大而后保持稳定。呈散粒状的风积沙经过CFPK溶液处理后,其表面形成一层固结层,具有较高的表面强度、较好的抗风蚀性和耐水性。随着CFPK溶液用量的增加,固化沙的表面强度和抗风蚀性能逐渐提高。仿岩溶碳酸氢钙可在沙颗粒间分解形成具有胶结作用和填充作用的碳酸钙,能够有效加固风积沙。 展开更多

关键词 风积沙 岩溶作用 仿岩溶碳酸氢钙 抗风蚀性 固化机理

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不同碳酸钙钙源对CFPK加固风积沙的影响 被引量：1

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作者 蔡东廷 周详朋 +1 位作者 郭弘东 樊恒辉 《人民黄河》 CAS 北大核心 2024年第3期103-108,共6页

仿岩溶碳酸氢钙(CFPK)溶液是一种环境友好型固沙材料,碳酸钙钙源对CFPK溶液的制备及其特性有重要影响。为了给CFPK在固沙方面的推广应用提供参考,选择分析纯碳酸钙、生物碳酸钙、轻质碳酸钙、重质碳酸钙4种材料作为制备CFPK溶液的碳酸... 仿岩溶碳酸氢钙(CFPK)溶液是一种环境友好型固沙材料,碳酸钙钙源对CFPK溶液的制备及其特性有重要影响。为了给CFPK在固沙方面的推广应用提供参考,选择分析纯碳酸钙、生物碳酸钙、轻质碳酸钙、重质碳酸钙4种材料作为制备CFPK溶液的碳酸钙钙源,通过化学试验、力学试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验等,分析了不同碳酸钙钙源制备的CFPK溶液的固沙效果。结果表明:1)4种碳酸钙钙源制备的CFPK溶液在反应达到平衡时,电导率和钙离子浓度基本相同,即钙源对碳酸氢钙溶解度影响很小,但是反应速度差别明显,其中重质碳酸钙的反应速率最快、生物碳酸钙的反应速率最慢;2)不同碳酸钙固化沙的表面强度、抗风蚀能力差异明显,重质碳酸钙固化沙表面强度和抗风蚀能力大于其他3种碳酸钙的,生物碳酸钙固化沙表面强度和抗风蚀能力最小;3)4种碳酸钙钙源在固化沙中生成的碳酸钙晶体矿物成分基本相同,主要为方解石,但不同碳酸钙钙源在固化沙中生成的碳酸钙晶体的含量和形态有所不同,分析纯碳酸钙生成的碳酸钙晶体主要为六面体方解石,其他3种碳酸钙生成的碳酸钙晶体以薄片状为主,其中重质碳酸钙生成的碳酸钙晶体尺寸大、高度聚集、致密性高,因此重质碳酸钙作为钙源的固沙效果最好,建议选用重质碳酸钙作为制备CFPK溶液的钙源。 展开更多

关键词 风积沙 仿岩溶碳酸氢钙 碳酸钙钙源 重质碳酸钙 固沙 抗风蚀能力

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木钙+玄武岩纤维对黄土边坡力学性能及抗蚀性的影响 被引量：4

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作者 马兴业 杨秀娟 +3 位作者 樊恒辉 汤朝鑫 石庆红 孟敏强 《人民黄河》 CAS 北大核心 2023年第11期122-127,共6页

木钙与玄武岩纤维均可作为土壤改良剂,玄武岩纤维可有效提高土体黏聚力和抗剪强度,木钙可有效提高土体的水稳性和持水性,为探讨二者复合使用的效果,通过土工试验和人工降雨冲刷试验,研究了在黄土中单独掺加木钙、玄武岩纤维及二者复合... 木钙与玄武岩纤维均可作为土壤改良剂,玄武岩纤维可有效提高土体黏聚力和抗剪强度,木钙可有效提高土体的水稳性和持水性,为探讨二者复合使用的效果,通过土工试验和人工降雨冲刷试验,研究了在黄土中单独掺加木钙、玄武岩纤维及二者复合掺加对黄土边坡力学性能及抗蚀性的影响。结果表明:玄武岩纤维和木钙复合使用可显著改善黄土的力学指标,木钙掺量为1.5%+玄武岩纤维掺量为0.4%是二者复合使用的最优配比,按此配比改良的黄土的黏聚力、内摩擦角与单掺1.5%木钙相比分别增大67.2%、17.8%,与单掺0.4%玄武岩纤维相比分别增大14.4%、9.8%,且崩解速率较素土显著降低;改良黄土边坡抗渗能力显著提高、渗透系数减小、雨水入渗减缓、抗蚀性显著增强,在雨强为50 mm/h、降雨时长3 h的情况下累计冲刷量比素土边坡累计冲刷量减少99.8%。 展开更多

关键词 土壤改良剂 木钙 玄武岩纤维 黄土边坡 力学性能 抗蚀性

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