冻融循环作用下西藏东南冰碛土剪切力学特性试验研究∗

西藏东南地区冰碛土堆积体广泛分布,冻融作用严重影响冰碛土堆积体稳定性。对西藏东南及川滇地区 200 组冰碛土粒径级配进行对比分析,并通过室内直剪试验研究了不同含水量和冻融循环作用下冰碛土剪切力学特性,结合试样体积变化及水分迁移规律分析黏聚力劣化机制。结果表明：(1)冰碛土粒径范围较广,相比川滇地区, 西藏东南冰碛土细粒含量更多;(2)冻融循环后,黏聚力 c 呈负指数型函数降低,内摩擦角 φ 波动幅度-6.47%~+ 5.46%;(3)含水量越高、冻融循环次数越多、垂直应力越大的试样剪胀性越弱,剪缩性越强;冻融循环条件下,含水量越高的试样剪切带厚度变化范围越大;(4)冻融 6 次后,冰碛土体积无显著增长,水分迁移呈规律性,与黏聚力在冻融 6 次后劣化减缓相一致。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土,长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响,其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律,以西宁地区黄土为研究对象,施加正弦波形式的循环动荷载,开展动三轴试验,分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定,可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段;分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合,发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好;随着围压的降低,G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势;随着 γ_d的增大,λ 不断增大,且土体在各围压条件下,经历不同冻融循环次数后,G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数,研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

玄武岩纤维遏制作用下的砾类土管涌试验研究∗

管涌如果无法及时得到遏制,会导致大量土体流失以致堤防溃决。为研究管涌发生环节时使用玄武岩纤维的遏制作用,拟通过室内管涌试验,从孔压、水力梯度、渗透系数、流速、颗粒流失等方面,研究不同纤维含量和纤维长度的玄武岩纤维对管涌发生发展的遏制效应。结果表明,玄武岩纤维的加入使得缺级配砾类土体的迁移通道变得更加曲折和狭窄,从而遏制整个土体的管涌发展。同等玄武岩纤维含量下玄武岩纤维缺级配砾类土存在最佳的纤维长度遏制管涌发展。纤维长度过长,增大了土体的迁移路径同时也使迁移通道相对变宽;纤维长度越短使得细颗粒的迁移通道变得更加狭窄,更加容易造成局部堵塞,进一步使得管涌继续从其他方向发展,造成颗粒的进一步流失。     

BFRP约束损伤混凝土棱柱体轴压力学性能研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer, BFRP)约束有初始损伤的混凝土棱柱体的轴压力学性能,对37个边长150 mm、高300 mm的混凝土棱柱体进行了轴压试验,其中包括34个BFRP约束混凝土试件和3个素混凝土试件,试验变量为BFRP层数(1、2、3、4和6层)和初始损伤程度(轻微、中等和严重损伤),试验结果表明：BFRP约束棱柱体的抗压强度和轴向变形能力随FRP约束层数的增加而提高,特别对变形能力的提高更为明显;初始损伤程度对BFRP约束试件的峰值点以及极限点的强度影响较明显,但对极限应变影响较小;当BFRP层数为2层及以下时,BFRP约束棱柱体的应力—应变曲线有明显软化段,当BFRP层数为4层及以上时,应力—应变曲线开始有明显强化段。基于试验结果,提出了考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土棱柱体的强度模型和应变模型,并分别给出了弱约束和强约束下的应力—应变关系模型,模型预测结果与试验结果吻合良好。     

冻融循环作用对F1加固黄土强度与微观结构的影响研究∗

冻融循环作用显著影响固化剂加固效果和固化土物理力学特性。为研究冻融循环作用对 F1 加固黄土强度与微观结构特性的影响,对不同掺量、不同冻融次数的 F1 固化黄土试样开展三轴不固结不排水试验及电镜扫描试验,探讨冻融前后 F1 加固黄土抗剪强度参数及微观孔隙结构变化规律。研究发现,F1 可显著改善黄土持水特性和压实特性。当 F1 掺量为 0.3 L/m³ 最佳掺量时,与黄土相比,F1 固化黄土塑限和最优含水率分别减少 2.65% 和 7.22%,液限和最大干密度分别增大 7.92% 和 9.83%;F1 显著增大黄土黏聚力与内摩擦角。0 次和 15 次冻融循环时 ,与未冻融黄土相比 ,0.3 L/m³ 掺量 F1 固化黄土的黏聚力分别增大 36.82% 和 16.64%,内摩擦角分别增大 16.92% 和 4.63%;与黄土相比,冻融循环 15 次时 F1 固化黄土中微孔隙增大 6.28%、小孔隙减少 17.84%,孔隙面积比和平均分形分维数分别减小了 20.4% 和 0.67%,表明经 F1 固化后黄土形成更加稳定的层状堆叠结构,显著改善冻融循环作用下微、小孔隙的演化和发育,提高密实度、增强力学性能和抗剪强度。     

冻融循环对黏质粗粒土抗剪强度影响的试验研究

通过室内循环冻融循环试验和三轴不固结不排水(UU)压缩试验研究了循环冻融作用与细砾组含量(P2-5)对黏质粗粒土抗剪性能的影响。结果表明,冻融循环作用对黏质粗颗粒土的应力-应变曲线性状具有一定的影响,可使其由未冻融的应变软化向应变硬化转变的趋势,但随着细砾组P2-5含量的增加,冻融作用对其影响逐渐减弱。随着冻融循环次数的增加,土样剪切强度呈现逐渐衰减,且在5~9次冻融循环次数后基本保持不变,多次循环冻融作用后剪切强度最大衰减幅度可达40%。弹性模量随冻融循环次数的增加上下波动较大但整体呈现下降趋势。在抗剪强度指标方面,冻融作用对黏聚力影响比较显著,随着冻融循环次数的增加,黏聚力逐渐减小,最大衰减幅度可达65%,而内摩擦角上下波动较大无明显趋势。此外,随着细砾组P2-5含量的增加,剪切强度、弹性模量及抗剪强度指标均呈现不同程度的减小,这与粗粒土内部粗颗粒和细颗粒占比及其强度发挥机制有关。     

高应变率下HRB600高强钢筋力学性能试验研究

钢筋混凝土结构抗震分析中应该采用钢筋材料的动态塑性本构模型,HRB600高强钢筋作为新一代建筑钢材,尚无其在高应变率下的力学性能研究。首先进行了HRB600高强钢筋拉伸力学性能试验,得到了不同应变率下的HRB600高强钢筋力学性能数据,屈服强度最大提高11.5%,极限强度最大提高8.9%,然后拟合得到HRB600高强钢筋在高应变率下的强度提高系数表达式。研究结果表明:随着应变率的增大,钢筋的屈服强度和极限强度均得到提高;在相同应变率条件下,钢筋屈服强度动力提高系数大于极限强度动力提高系数;相比较低强度钢筋,应变率敏感性明显低于HPB235、HRB335及HRB400,但与HRB500钢筋相差较小,而极限强度应变率敏感性明显高于低强度钢筋;基于试验数据得到的HRB600高强钢筋在高应变率下的动态塑性本构模型,与试验值吻合较好。研究成果可作为HRB600高强钢筋混凝土结构抗震评估的依据。     

再生混凝土冻融后基本力学性能试验研究

为了研究再生混凝土的抗冻融性能,进行了不同再生粗骨料和不同再生细骨料取代率的54个立方体试块和27个棱柱体试件的抗冻融性能试验。基于试验,分析了分别经25次、50次、75次和100次冻融循环后,各阶段棱柱体试件的表观特征、质量损失率、相对动弹性模量改变量以及立方体试块的抗压强度损失率;研究了"试件质量损失率-冻融循环次数"、"试件相对动弹性模量改变量-冻融循环次数"的变化规律;提出了适于寒冷地区建造房屋结构的再生混凝土骨料及其取代率。研究表明,再生粗骨料取代率为50%、细骨料为普通砂的试件,经100次冻融循环后,其表观特征、质量损失率、相对动弹性模量改变量均与普通混凝土相差不多,经合理设计,仅掺入不高于50%的再生粗骨料的再生混凝土可用于寒冷地区混凝土房屋结构。     

养护温度和冻融循环等对微生物胶结试样强度的影响

目前在研究影响微生物胶结土体时,着重于研究加固方法及影响加固效果的因素,缺少对养护条件以及处理后试样耐久性的探讨。本文以海相吹填粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌为试验用菌,采用两阶段注浆的方法进行加固,研究不同养护温度、冻融循环以及干湿循环对加固效果的影响。试验结果表明：(1)采用注浆方法可以有效对该粉土进行胶结加固。在排除水分的影响后,高、低温养护温度对试样的无侧限抗压强度以及 CaCO₃生成百分比均无明显影响;(2)冻融循环对试样无侧限抗压强度的削弱主要发生在第 1 次冻融循环中,然后随着冻融循环次数的增加,试样的加固效果无明显变化。冻融循环后的试样烘干后,其无侧限抗压强度有明显提高,但仍低于未经冻融循环的试样;(3)干湿循环次数对试样强度的影响较小。烘干试样和饱和试样的强度有较大差别,说明试样的含水状态对强度有明显影响。因此在进行强度试验前,应明确试样的含水状态以便于评价加固效果。     

结构性黄土被动极限平衡状态及被动土压力推导∗

结构性黄土的抗拉强度通常较大,结构性黄土的土压力计算需要合理考虑其显著的抗拉强度,在已建立的可综合考虑结构性黄土拉剪与压剪破坏的强度准则基础上,针对不同破坏状态,分析土压力被动极限应力平衡条件,推导结构性黄土被动土压力计算公式,并与基于Mohr-Coulomb强度理论的朗肯被动土压力公式进行对比分析。研究结果表明:在被动土压力计算与比较中,基于黄土联合强度理论的被动土压力比基于传统的Mohr-Coulomb理论确定的朗肯被动土压力值小。由于Mohr-Coulomb强度理论高估了黄土的抗拉强度,导致被动土压力计算值偏大,而基于黄土拉、压剪切破坏特性建立的联合强度计算所得被动土压力值更接近实际。     

冻融循环作用后钢筋混凝土电化学除氯效果研究∗

为探究盐冻环境钢筋混凝土结构经电化学除氯后的残余氯离子分布规律,本文设计快速冻融试验,对冻融循环作用后的钢筋混凝土开展电化学除氯试验,研究冻融循环次数、除氯时间和粉煤灰掺量等因素对钢筋混凝土电化学除氯效果的影响。研究表明,粉煤灰混凝土电化学除氯效率受冻融循环作用影响和粉煤灰二次水化的共同影响,冻融循环作用引起的混凝土性能劣化导致电化学除氯后混凝土内残余氯离子呈凸型分布,集聚在距混凝土表面 15~25 mm 范围,钢筋附近残余氯离子含量最低。结果表明,冻融循环作用会引起混凝土电化学平均除氯效率上升,相较于未冻融试件,冻融循环作用 100 次的试件上升约 12.5%;随电化学除氯时间增加,平均除氯效率会增大,混凝土内残余氯离子含量下降和外迁总量正相关;随粉煤灰掺量增加,混凝土电化学除氯效率增大,掺 10%、 20%、30% 的粉煤灰混凝土,其 28 d 平均除氯效率分别达到 51.2%、54.5%、59.9%。     

不同强度岩石中开挖圆形巷道的局部化过程模拟

利用FLAC模拟了不同粘聚力条件下圆形巷道的局部化过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的F ISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。文中模拟分为3步:首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的F ISH函数开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态或者塑性流动状态。模拟结果表明,随着粘聚力的降低,巷道围岩的破坏模式首先由孔壁附近零星单元的破坏向4个对称的小V形坑式剪切破坏转变,然后由包含若干小V形坑的大V形坑式剪切破坏向巷道全断面的破坏转变。前三者破坏发生后,巷道围岩仍然能保持稳定。与最大塑性拉伸应变相比,最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变要高得多;最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变相差不大;随着粘聚力的增加,三者均越来越小。     

基于细观模拟的轻骨料混凝土破坏行为及尺寸效应研究∗

轻骨料混凝土由于其轻质高强及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。从细观角度出发,将混凝土材料看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了考虑混凝土材料非均质性影响的二维细观数值分析模型,模拟研究了轻骨料混凝土与普通混凝土压缩和劈拉破坏行为及尺寸效应的异同,并揭示两者破坏机理。结果表明:轻骨料混凝土压缩及劈拉破坏均造成骨料颗粒的断裂,而普通混凝土破坏时骨料很少破坏;轻骨料混凝土由于脆性较强,与普通混凝土相比有更加明显的压缩强度尺寸效应现象;轻骨料混凝土与普通混凝土存在相似的劈拉强度尺寸效应现象。