橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。     

基于分形维数的高速铁路“微膨胀性”泥岩微观孔结构分析∗

微膨胀性泥岩严重影响高速铁路的平稳运行,为研究压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微孔隙结构的影响,采用冻干法将压片机制备的不同干密度的试样进行干燥,应用压汞仪定量测定其孔隙分布特征。研究结果表明:随着试样干密度及进汞压力的增大,试验界限进汞压力逐渐增加,最大进汞量逐渐减小;不同干密度试样的孔隙特征分布曲线均呈现出明显的三峰特征,据此将试样孔隙分为大孔、中孔和小孔三类;采用与研究土体粒径级配类似的方法对孔隙的分布进行了分析,发现不同干密度的试样,小孔隙占比均较大;压实作用对大孔隙影响显著;采用Menger海绵模型及热力学关系模型对泥岩孔隙结构的分形特征进行了研究,研究发现泥岩干密度越大,泥岩孔隙内壁越粗糙,孔隙结构越复杂。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析∗

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响,基于相变材料的温度调控功能,提出了一种采用膨胀石墨?正十四烷复合相变材料（EG?C₁₄）改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象,开展典型冻融循环后不同 EG?C₁₄掺入比黄土试样的体积变形试验、力学性能试验和微观结构试验,探究冻融作用下不同 EG?C₁₄掺量对黄土力学性能的影响规律及改良机理。试验结果表明：EG?C₁₄减缓了冻融循环过程中土体内部的温度变化,进而有效抑制了土体的胀缩变形;同时,EG?C₁₄降低了冻融循环对土体微观结构的损伤,与素黄土相比,多次冻融循环后改良土体内部的支架孔隙明显减少,颗粒骨架也更为密实,进而增强了土体的力学性能;此外,EG?C₁₄ 改良黄土的力学性能随 EG?C₁₄掺量的增加先增大然后逐渐趋于稳定,且掺量为 4% 时改良效果最佳。     

自然潮差环境下粉煤灰混凝土微观结构的时变过程

基于自然潮差环境下在较长时间的暴露试验,获得了混凝土中自由氯离子浓度,并用压汞法测定了不同暴露时间后的不同掺量粉煤灰混凝土的微观结构参数;分析了粉煤灰掺量对混凝土孔隙率、孔径分布及其时变性和自由氯离子浓度的影响;在此基础上,探讨了粉煤灰混凝土中的孔径占比和孔隙率等微观结构参数与其自由氯离子浓度的时变关系。结果表明:粉煤灰可以有效的减少混凝土孔隙率,改善了其孔径分布,增加了10 nm～100 nm的孔径占比,降低了100 nm～1 000 nm的孔径占比;随着暴露时间的延长,混凝土中100 nm～1 000 nm和1 000 nm以上孔径的贡献孔隙率逐渐降低,但对于10 nm以下的贡献孔隙率没有明显的影响;同一暴露时间后,混凝土氯离子峰值浓度随着粉煤灰掺量的增加而逐渐降低,且在暴露后期,粉煤灰对混凝土中自由氯离子浓度分布的影响更加显著。     

垃圾填埋场PBFC防渗浆材吸附性能试验研究∗

以水泥-膨润土为主要材料,以粉煤灰替代部分水泥,辅以碳酸钠,聚乙烯醇(PVA)等外掺剂制备一种低渗透性,对垃圾渗滤液具有较好吸附阻滞效果的防渗浆材(即PBFC防渗浆材)。通过该浆材的吸附阻滞试验及SEM微观分析探讨了其吸附阻滞作用机理。SEM图显示,掺入PVA可使水泥水化反应更充分,从而提高浆材吸附性能。PBFC防渗浆材的PVA掺量为1.5 g/L时,其渗透系数最低可达到0.7×10-8cm/s。通过PBFC防渗浆材吸附阻滞作用的有效发挥,垃圾场渗滤液中部分有害成分的浓度达到了《城市生活垃圾填埋场污染控制标准》的要求,且PVA掺量为1.5 g/L时,渗滤液有害成分的浓度值降到最低,这与PVA对防渗浆材渗透系数的影响是一致的。PBFC防渗浆材对铅、汞等重金属离子的吸附阻滞率接近100%,满足生活垃圾填埋场的使用要求。     

砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)临界循环应力比的试验研究

循环荷载下,砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)存在临界循环应力比Sth,将割线弹性模量衰减系数δ与循环次数的关系曲线能保持平缓的最大循环应力比定义为Sth,它是结构稳定与破坏两种状态的界限指标,根据动三轴试验结果,认为影响Sth的主要因素有围压、水泥掺量和EPS颗粒含量。一般来说,水泥掺量的增加、围压和EPS颗粒含量的减小均会提高Sth,但由于高围压下的结构重塑,水泥掺量低且EPS颗粒含量高的试样的Sth表现出一些不同的性状。     

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。     

基于液化效应的地下结构动力反应及简化分析方法研究

为了分析液化条件下的地下结构动力反应以及得到相应的简化分析方法,采用数值计算方法,基于ABAQUS软件平台,获得了液化场地的孔压效应,得出了液化场地对地下结构动力作用影响,分析了地下结构的损伤特性和变形特征。结果表明:随着峰值加速度的增加,场地的液化区域逐渐增大,孔压比的极大值区域出现在地下结构顶板上方;由于上覆土层的影响,地下结构的损伤以压缩损伤为主;在相同地震动作用下,液化场地中的地下结构损伤程度大于非液化场地中的地下结构损伤程度,并且得出地下结构的变形是以侧向变形为主。针对液化场地对地下结构的作用效应,建立土-地下结构体系的简化力学模型,得出液化土体中地下结构侧向变形的解析解,并通过了数值分析结果验证了该简化分析方法正确性和可行性。     

基于NSGM(1,N)模型的RTSF/PVA矿渣混凝土高温后力学性能分析及预测∗

为改善混凝土高温后的力学性能,以 RTSF 和 PVA 体积掺量以及矿渣替代率为变量,设置四因素三水平的正交试验,测试 RTSF/PVA 矿渣混凝土在 200 ℃、400 ℃、600 ℃以及 800 ℃后的残余抗压强度;结合电镜扫描分析高温后 RTSF/PVA 矿渣混凝土的微观结构;并采用一种新结构的多变量灰色模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测。结果表明：RTSF‐PVA/矿渣混凝土对裂缝的把控能力明显优于素混凝土,600~800 ℃后的最大裂缝宽度仅为素混凝土的 1/3~1/4,但裂纹分布较广;RTSF‐PVA/矿渣混凝土的残余抗压强度随温度升高, 总体上呈降低趋势,当掺量组合为 RTSF 掺量 0.6%、PVA 掺量 0.05% 以及 GBFS 替代率 25% 时,800 ℃后的抗压强度残余率为 56.64%,较素混凝土提高了 14.44%;通过电镜扫描观测到 RTSF‐PVA/矿渣混凝土基体结构更加致密,混凝土劣化主要是因为胶凝物质的分解和骨料膨胀,导致 ITZ 出现缺陷,以及纤维与基体粘结力降低,两者共同作用导致强度降低;建立 NSGM（1,4）模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测,平均相对误差控制在 6.3% 以内,模型精度达到Ⅱ级,根据发展系数判断模型可以对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后强度的长期预测。     

泥化夹层压缩试验的损伤特征及损伤方程研究

泥化夹层的损伤破坏是影响边坡稳定性的重要因素,为研究其损伤机理,进行了不同围压条件下的压缩试验,通过试验数据和试样破坏外观分析损伤情况;利用CT扫描仪在试验不同加载时刻对泥化夹层进行实时CT扫描,结合MATLAB图像二值化处理,得到不同围压下泥化夹层损伤识别图像,反映了内部损伤发展情况;最后根据推广的应变等价原理,通过变形模量确定损伤变量,获得泥化夹层损伤变量与轴向应变的关系。结果表明:①泥化夹层强度普遍表现出随围压增加而增加的规律,破坏应变取为10%,由于泥化夹层自身组成及结构存在差异性,导致个别试样的强度规律不明显;②泥化夹层内部存在薄弱层,加载过程中会出现阶段性的小幅度塌缩,强度曲线上反映为阶段性的应变突增现象;③无围压和一定围压情况下的损伤破坏方式不同,无围压时为脆性破坏,裂缝萌生、开展,一定围压时表现为塑性破坏,泥化夹层被压缩,孔洞裂隙闭合,破坏方式改变临界围压介于0～50kPa;④通过本文方法建立的损伤方程与不同围压下的室内试验结果拟合良好,该方法合理可行。     

玄武岩纤维加筋膨胀土三轴试验研究

选取玄武岩纤维作为加筋材料,将3种不同百分比(0.2%、0.4%和0.6%)的玄武岩纤维分别掺入到膨胀土中配制试样。进行固结不排水三轴试验(CU),研究纤维加筋膨胀土在不同纤维掺量、不同围压下的应力应变特性和加筋效果。结果表明,加筋膨胀土的应力—应变曲线均呈应变硬化特征;随着围压的升高,加筋膨胀土的主应力差逐渐增大,加筋作用越好;在相同围压下,加筋膨胀土的主应力差随纤维掺量的增加呈先升高后降低的趋势,在纤维掺量为0.4%左右时达到最大值,相应的加筋效果系数也最大。加筋使膨胀土的内摩擦角变化不大,而粘聚力则有明显提高。     

不同应力路径下岩石破坏面细观形貌研究

以大理岩为研究对象,进行三轴卸荷试验及破裂面粗糙度扫描试验,并借助PFC~(3D)颗粒流软件对试样最终破裂面进行提取与重建,研究了粗糙度参数的变化与试样破坏过程及机理之间的关联,得到的主要结论有:加荷路径下S_a随着围压的增加呈递减趋势且两者呈线性关系,高围压条件下岩样破坏面高度分布的对称性好于低围压条件下;卸荷路径下S_a与S_(ku)可以较好的描述破坏面形貌的分布特性,S_(sk)随卸荷速率的增加变化规律不明显,破裂面的粗糙程度受卸荷速率与卸荷初始围压的共同影响;卸荷试验中试样内部的损伤不再是一个逐步累积的过程,而是瞬时劣化失去承载能力。     

水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究∗

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面,影响桩基及上部结构的稳定性,冲刷治理是工程界关注的热点问题。 为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用,设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土,选用 PAM、EVA、黄原胶、HPMC 四种抗分散剂,采用平均效果分析和极差分析,研究了抗分散剂种类、抗分散剂掺量、含水量和水泥掺量对流动度、浊度、7 d 和 28 d 无侧限抗压强度的影响。结果表明：对于高岭土,抗分散剂掺量从 0.25‰ 增大到 1‰,水泥土流动度减小 20%,浊度减小 25%,抗分散剂掺量对流动性和抗分散性的影响显著。对于淤泥土,对抗分散性影响显著的仍是抗分散剂掺量,而对流动性的影响显著的则是含水量,含水量从 1.4 倍液限增大到 2.0 倍液限,水泥土流动度增大 45%。基于综合平衡法、矩阵分析法和多元线性回归模型,提出了一种抗分散水泥土配比设计方法,研究得到了高岭土和淤泥土抗分散水泥固化土的推荐配比,其在泥沙起动实验中的抗冲刷特性明显优于原始土样。     

原状黄土的反压饱和法试验研究

含水量是黄土液化特性研究中的一个至关重要的参数,对原状黄土进行充分饱和是饱和黄土动三轴试验中一个不可回避的课题。以WF公司生产的WF12440型空心圆柱扭剪仪为实验平台,运用反压饱和法,对室内原状黄土进行了饱和试验研究。该仪器提供3种不同加压方式增加围压和反压(孔压),即手动加压、自动加压和线性持续加压,通过检测孔隙压力系数B值是否达到0.95以上来判断黄土是否完全饱和。试验表明,即便是初始饱和度较低的原状黄土,也可以采用反压饱和法,在较短的时间内使孔压系数B值达到0.95以上,实现完全饱和,具体可以采用线性连续加压方式;初始压力差,即围压和反压之差一般可设为10 kPa,起始围压也设为10 kPa,太大或太小都会对试样造成破坏;如果孔压在1分钟内的变化值小于围压和反压之间压力差的5%,则认为孔压稳定,即可进行B值检测。     

硫酸盐侵蚀作用下纳米混凝土力学特性及微观结构劣化机制研究∗

硫酸盐侵蚀一直是影响混凝土耐久性的重要因素之一，特别是在西北寒旱及沿海盐渍土区。基于试验研究了硫酸盐侵蚀作用下，掺纳米 SiO₂和纳米 CuO 混凝土的抗压强度、轴向应力‐应变以及微观特性，并分析了硫酸盐侵蚀环境下纳米材料的改性效果。试验结果表明：随着纳米 CuO 掺量的提高，混凝土的抗压强度、剩余强度系数逐渐降低；当纳米 SiO₂掺量增加时，混凝土的抗压强度、剩余强度系数先降低后升高。相比于未掺加纳米材料混凝土，掺入纳米材料能显著提高混凝土的延性。同时，对于提高混凝土的抗压强度纳米材料具有最佳掺入量，纳米 SiO₂和纳米 CuO 的最佳掺量分别为 3% 和 1%（质量分数）。此外，纳米材料具有桥接和填充效应，能抑制混凝土裂缝的发展、细化孔隙结构、提高密实度，进而提高混凝土的力学性能。     

钢-聚合物砂浆加固震损后砌体结构振动台试验研究

提出了一种适用于砌体结构的新型钢-聚合物砂浆组合加固方法,为研究该方法加固震损后砌体结构的抗震性能,设计了2层1/2缩尺振动台试验模型,对加固前(M1)试件和加固后(M2)试件进行振动台试验,对比分析了试件M1,M2的动力特性、加速度反应、位移反应和破坏形态。试验结果表明：采用钢-聚合物砂浆加固法可有效提高震损砌体结构的抗侧刚度,限制塑性损伤的发展,有效提高了震损后砌体结构的抗震性能。加固后试件(M2)一层变形较小,承载力主要由原结构墙体及砂浆面层提供,不同部位钢丝及洞口槽钢应变均处于较低水平,表明结构一层仍具有较高承载力安全储备。     

火灾作用下隧道结构力学响应及稳定性分析∗

隧道火灾会引起衬砌结构发生高温损伤,威胁隧道运营安全。从材料微观物理化学变化出发,研究了混凝土中水化物的热分解和骨料力学性能的高温劣化过程,揭示了其在火灾等高温作用下宏观力学性能的劣化机理,建立了相应的高温损伤分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑了温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。以上海某软土地区盾构隧道为算例,分析了不同火灾持续时间作用下衬砌结构的高温损伤过程,得到了衬砌结构在温度和力学荷载共同作用下的应力状态、围岩变形及隧道稳定性的变化规律,为隧道衬砌结构的防火设计及灾后评估与修复提供参考。     

城市河道淤泥固化土干湿耐久性试验研究北大核心CSCD

淤泥固化土的干湿耐久性是其资源化利用中长期服役性能的重要指标。本文选取有机质含量分别为7.7%(S淤泥)和11.7%(Z淤泥)的两种典型城市河道淤泥,掺入水泥及新型固化剂进行固化处理,通过干湿循环试验及无侧限抗压强度试验研究了不同种类的固化剂及其掺量对淤泥固化土干湿耐久性的影响。试验结果表明:在水泥掺量较低条件下(S淤泥对应5%、Z淤泥对应5%和10%),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加逐渐下降,且第1次循环的下降幅度最大,随后下降幅度明显减小;在水泥掺量较高条件下(S淤泥对应10%以上、Z淤泥对应15%以上),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加先增大后下降,且峰值强度对应的循环次数具有随水泥掺量的增加和有机质含量的减少而增加的趋势,淤泥固化土抗压强度随干湿循环作用的变化规律是劣化效应和养生修复效应协同作用的结果。总体来说,淤泥固化土随着水泥掺量的增加,其干湿耐久性显著提高。新型固化剂达到掺量10%时淤泥固化土的干湿耐久性介于水泥掺量15%~20%淤泥固化土之间,显然新型固化剂处理城市河道淤泥优于水泥固化的效果。这一研究为城市河道淤泥固化处理提供了一种新的处理技术。     

软土层地连墙施工对邻近浅基础房屋影响研究

以深厚软土层地下连续墙施工对邻近浅基础房屋的影响为研究对象,采用数值模拟计算房屋长期沉降,并与实测值对比分析,通过房屋不均匀沉降引起的结构内力变化,判断房屋安全性。结果表明:(1)房屋长期沉降由地连墙成槽土体损失、超孔压消散土体固结和土骨架蠕变引起的,其沉降是长期的;(2)房屋的沉降主要为工后沉降,施工阶段房屋沉降较小,仅为455 d沉降量的15%,软土变形有较大的滞后性;(3)软土层中地连墙施工引起的房屋沉降,在施工阶段采用HS硬化土模型,工后采用SSC蠕变模型,模拟计算结果与实测值较为接近;(4)剪应力最大值主要集中在沉降较大部位附近,部分横墙剪应力超过砂浆抗剪强度,需要对相应墙体进行加固。     

近距离爆炸下钢筋混凝土柱损伤的图像识别及快速评估

快速准确评估工事爆炸损伤，对于战时指挥具有重要意义。传统上，爆后结构损伤评估多采用有限元法，可靠性得到广泛认可，但计算耗时较长，无法满足战场快速评估要求。为提高评估效率，提出一种由体积判断网络和损伤判断网络组成的全新卷积神经网络模型，基于体积损失率评估近距离爆炸下的损伤。为降低训练成本，采用有限元法获取爆后带损伤的钢筋混凝土柱图像制作包含 8 700 张图片的数据集。新提出的模型在包含 1 740 张图片的测试集上取得 99.71% 的准确率。在钢筋混凝土柱材料参数调整时，微调后的模型在不同材料参数的数据集上取得 82.97% 以上的准确率。在三维打印的模型测试中，该模型在 24 张图片上取得 70.83% 的正确率，平均每次评估测试耗时 0.05 s。结果表明，提出的卷积神经网络模型准确率较高，计算用时远小于有限元方法，损伤评估流程可与结构理论对照解释。