含智能感知器件的沥青路面材料力学特性PFC数值分析

埋入式智能感知器件势必会与路面沥青混凝土材料产生交互影响，为研究器件布设深度、数目、形状以及分散情况对沥青路面材料力学特性及破坏形式产生的影响，利用PFC^2D数值模拟软件，从细观角度出发，采用离散元数值模拟的方法建立了在单轴压缩模拟试验条件下沥青试样埋入智能感知器件后的离散元模型，通过模拟沥青混凝土试样在不同影响条件的破坏模式，分析了不同路面埋设深度、器件数目、器件形状和分散状态对含智能感知器件沥青混凝土试样的力学特性及破坏形式的影响规律。研究结果表明：内含智能感知器件的沥青混凝土试样的力学特性及破坏形式受器件数目影响较大，且试验过程中产生的应力集中现象多发生于感知器件边缘与沥青混合料接壤处；器件单元的形状外轮廓会对试样裂缝的开展产生引导作用，矩形感知器件影响下的沥青混凝土试样，其破坏裂缝多呈“V”字形开展，而梯形的智能感知器件在相同的试验条件下容易诱发试样内部产生沿梯形侧边45°的斜裂缝。在各种因素影响条件下，含智能感知器件的沥青混凝土试样以3个器件在试样中呈对角分布状态时的强度最低，稳定性最差，此种分散情况会造成试样最大化程度的破坏。     

基于三维离散元黏弹性模型的沥青砂单轴压缩数值模拟

通过建立三维离散元模型对沥青砂单轴压缩试验进行了一系列的数值模拟.沥青砂是由近似大小的圆细砂颗粒和沥青混合而成,是一种理想化的沥青混合料.首先在三维离散元模型中对沥青砂的三维空间结构进行了数字重构,然后引入Burger's模型模拟沥青的黏弹性质,同时建立以时间和温度为函数的黏结破坏模型模拟沥青砂在单轴压缩过程中的应力一应变曲线,尤其是在应变软化阶段的力学表现.研究结果表明,建立的三维离散元模型对沥青砂在单轴压缩试验中各阶段的应力与应变特性都能进行较好地数值模拟,在细观层面上为进一步分析和预测沥青材料开裂破坏产生和发展的演变过程提供了新的研究手段.     

海相淤泥水泥土搅拌桩固化剂室内测试研究

针对普通硅酸盐水泥在海相淤泥质软土中很难形成完整的搅拌桩的工程问题，基于水泥基材料，研制适用于海相淤泥质软土水泥土搅拌桩的混合固化剂。混合固化剂是一种由水泥、专用固化料、生石膏及其他外加剂组成的固化材料。取A、B两个工点的海相淤泥质软土样，选取A、B两组软土试样进行室内固化软土试块测试试验。结果表明：相同掺灰比条件下，混合固化剂固化软土试块的无侧限抗压强度要明显优于纯水泥固化剂。生石膏掺量对于提高软土固化试块无侧限抗压强度有重要的影响。对于A组软土样，生石膏掺量在改善固化土试块强度性质方面存在一个最优掺量，建议为混合固化料的4%。对于B组土样，固化土试块无侧限抗压强度随着生石膏掺量呈增加的趋势。电镜扫描显示：相同龄期的混合固化剂软土试块比纯水泥固化剂试块能够形成更多的C-A-S-H和AFt水化产物，能够形成更致密的空间网状骨架结构，形成强度更高的固化土。     

龙怀高速公路高填方粘性土路基边坡稳定性分析

基于龙(川)怀(集)高速公路清远市浸潭镇段的典型高填方二级边坡结构,应用离散元软件PFC^2D构建了粘性土高填方边坡的离散元模型,采用强度折减法和重力增加法对路基边坡的稳定性进行了分析。结果表明,强度折减法得到的安全系数更为保守,重力增量法下滑动面的弧形特征更为明显。在渐进破坏过程中,强度折减法和重力增加法所得到的破坏趋势、最大位移和速度变化是一致的。边坡破坏时,上部开裂、中部剪切、下部挤压破坏。     

低掺量水泥土强度特性试验研究

模拟低掺量水泥土在工程中的应力状态,利用静三轴CU试验研究了水泥掺入比小于5 %的低掺量水泥土的应力-应变关系及强度特性,探讨了在不同水泥掺量情况下水泥土抗剪强度指标的变化规律,分析了素土和水泥土的变形破坏模式。结果表明:水泥土强度随水泥掺量增加而提高,当水泥掺入比大于15 %时,水泥土的强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强。     

废旧橡胶轮胎颗粒-水泥改性强膨胀土的长期路用性能研究

为研究废旧橡胶轮胎(WRT)颗粒联合水泥改性强膨胀土作为路基填料的长期力学性能，采用不同掺量(3%、6%)的WRT颗粒联合水泥(3%),对广西宁明强膨胀土进行改性处理。对改性前后的试样开展扫描电镜(SEM)、核磁共振(NMR)等微观试验，对经历干湿循环作用后的改性膨胀土试样开展动、静三轴等宏观试验，测定其动回弹模量M_R及固结不排水抗剪强度，着重研究了干湿循环次数和WRT颗粒掺量对改性后强膨胀土路用力学特性的影响。结果表明：(1)改性膨胀土由于水泥的水化反应产生颗粒团聚作用，加之WRT颗粒的掺入，使其大孔隙增加，结构密实度降低；(2)WRT颗粒掺量一定时，随着干湿循环次数的增加，改性膨胀土的动回弹模量M_R表现出先增大后大幅减小的特点，其剪切破坏形态由塑性破坏向脆性破坏转变，应力～应变曲线由应变硬化型逐渐转化为应变软化型，抗剪强度有所增大；(3)M_R随着WRT颗粒掺量的增加而降低，但随围压σ_c的增加而增大，抗剪强度随WRT颗粒掺量的增加而下降。     

复合材料改性城市路基土短龄期三轴力学特性

为了探究纳米MgO对水泥路基土短龄期下的改性效果,分别对水泥改性路基土(简称“水泥土”)和1.5%掺量纳米MgO改性水泥路基土(简称“纳米水泥土”)试样进行不固结不排水(UU)三轴试验。结果表明：(1)水泥土和纳米水泥土试样的偏应力—轴向应变曲线均为软化型曲线,试样表现为脆性破坏。(2)水泥土和纳米水泥土试样力学特性的提升均对围压的升高具有较好的敏感性。(3)纳米MgO的掺入对水泥土试样的峰值应力、残余应力、黏聚力和内摩擦角均具有较好的提升效果。上述结果表明,掺入纳米MgO对水泥土试样进行力学特性改善是可行的,并且纳米MgO主要在于试样结构的改善。     

滨海软土水泥土强度特性试验研究

分析了软土的工程特征,并就两种典型软土——淤泥和淤泥质黏土进行了水泥土配方试验,分析了固化龄期、水泥掺量、粉喷与浆喷形式、软土本身性质对水泥土强度的影响。研究发现:①水泥土强度随着固化龄期的增长而逐渐提高,前28 d强度增长较快,约占90 d强度的66%~78%,28 d后增长趋缓;强度与龄期的关系可表示成对数关系。②水泥土强度随水泥掺量的增加而增大,两者近似呈线性关系,斜率在0.07~0.10之间。③粉喷水泥土强度比浆喷的要高12%~36%。最后基于试验结果设计了水泥搅拌桩复合地基。     

裂隙面摩擦系数变化对大理岩单轴抗压强度的影响

通过剪切试验,研究饱水岩石裂隙面摩擦系数的变化,结果表明,饱水岩石的孔隙水在裂隙表面覆盖一层水膜,当裂隙出现相对滑动趋势时,水膜造成裂隙面摩擦系数降低;基于室内试验结果,运用离散元软件FLAC模拟并分析裂隙面水膜对裂隙周边应力分布的影响,结果显示,由于裂隙面摩擦系数降低,饱水岩石内裂隙的拉应力集中效应更明显;运用颗粒流软件PFC模拟单一裂隙岩石试样的单轴压缩试验,结果表明,孔隙水膜是饱水岩石单轴压缩强度降低的重要原因之一,并使饱水岩石的破坏模式由贯通性的剪切破坏面变为非贯通性的张拉破坏面。     

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响，以广州市白云机场北某道路工程为依托，采用PFC^2D颗粒流软件，建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型，研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明：1)在桩基下伏单溶洞的情况下，增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力；2)相较洞高，洞宽对桩基承载力的影响更加显著；3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力；4)当偏桩位移超过6倍桩径时，基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。     

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。     

水泥土搅拌法加固淤泥质黏土的试验研究

针对多因素下水泥土搅拌法加固淤泥质黏土的强度规律及变形差异问题,对水泥土进行一系列的无侧限抗压强度试验,对比分析了水泥掺入量与养护条件对水泥土搅拌法改善淤泥质黏土强度、变形特性的影响规律。试验结果表明:随着水泥掺入量的增加,水泥土无侧限抗压强度增大,但水泥土破坏时的应变变形变小,脆性增大;在不同养护条件下,同一水泥掺入量下水中养护的水泥土强度值是软土养护试块强度的2倍,并且水中养护试件的变形能力、破坏时的应变以及残余强度等皆强于其余二者。对于软土养护水泥土试件,同一水泥掺入量下水泥土强度最小,但破坏时的强度值近似,并且其塑性变形大,脆性低。因此,可采用改变水泥掺入量或掺入外加剂改善水泥土养护环境,满足水泥土搅拌法加固淤泥质黏土的设计要求。     

橡胶-砂颗粒混合物压缩特性与胶结退化试验

为揭示轻度胶结橡胶-砂颗粒混合物的压缩特性和胶结退化过程,通过室内一维压缩试验、剪切波速测试和扫描电镜检测,对比分析混合物的应力-应变特征和刚度演化规律,研究颗粒间胶结作用、砂掺量等对试样密度、残余应变、剪切波速和小应变剪切模量的影响,同时定性评价压缩后胶结混合物微观结构特征,探讨轻度胶结刚-柔性颗粒混合物的受力变形机制。试验结果表明：橡胶-砂颗粒混合物密度随砂掺量增加呈线性增加趋势;少量胶结物质添加可有效减小压缩变形和残余应变,胶结试样的加载压缩曲线可分为胶结控制、胶结退化和应力控制3个阶段,残余应变与砂掺量间呈指数减小关系;颗粒间胶结作用在高应力条件下退化完全,胶结试样剪切波速表现出与未胶结试样相似的变化规律;相同砂掺量与应力条件下,胶结试样具有较高的小应变剪切模量,压缩过程中小应变剪切模量的演化规律与剪切波速类似;颗粒间胶结在荷载作用下首先发挥作用并逐渐退化,当刚性颗粒（砂颗粒）含量较低时,混合物的受力介质主要为柔性颗粒（橡胶颗粒）,颗粒空间位置无显著改变;当刚性颗粒含量较高时,荷载作用下刚性颗粒会发生一定的滑移和滚动,形成相互接触的受力链以承受荷载,柔性颗粒则可阻止受力链倾覆与倒塌。     

垃圾电厂飞灰改性水泥土三轴试验研究

为研究垃圾飞灰改性水泥土的抗剪强度,提出将垃圾飞灰作为外掺料应用到水泥土的改性研究中。将粒径≤2 mm的黏土颗粒按照不同配比与水泥、飞灰配置成不同飞灰掺量的水泥土试样,采用室内GDS三轴固结排水的试验方法,研究水泥掺量在10%、飞灰掺入比在0%~20%、水泥土在养护龄期为7 d、14 d、28 d时的三轴抗剪强度特性。试验研究发现:1)垃圾飞灰掺入比为5%~10%时,抗剪强度提高最快,且在10%时达到极大值;垃圾飞灰水泥土的应力-应变曲线呈应变软化型,由剪缩向剪胀状态过渡;2)由脆性指标I B可知,飞灰掺量在5%左右时,水泥土整体的稳定性较好;3)内聚力c和内摩擦角φ都随飞灰掺量的增加而增加,其中飞灰掺量10%时,内聚力c达到极大值,飞灰掺量15%时,内摩擦角φ达到极大值;4)采用非线性回归方程(φ=ax ^3+bx ^2+cx+d)拟合内摩擦角与飞灰掺量的关系,从结果上看,采用此回归方程的相关系数高。本研究成果可供路基路面及软基处理参考。     

含砾量对土石混合料力学特性影响离散元模拟

通过开展考虑砾石形状影响的双轴压缩试验离散元模拟,研究含砾量对密实土石混合料力学特性的影响。模拟结果表明:密实试样的应力应变关系表现出先硬化后软化的特征,含砾量越高软化效应越弱。随着含砾量增大,土石混合料的峰值强度呈现先减小再增加后减小的变化趋势,残余强度持续增大,剪缩到剪胀对应的体积应变先缓缓增加后加速减小,剪胀角则呈现减小趋势。通过颗粒移动特征及力链分布分析,发现当含砾量较低时,不能形成砾石骨架结构,含砾量对土石混合料强度影响较弱。     

水泥砂浆固化土的工程特性研究

通过室内试验系统地对水泥砂浆固化土的工程特性进行研究,分析水泥砂浆固化土压缩特性、无侧限抗压强度、剪切强度、屈服应力等力学特性,以及随掺砂量、龄期、水泥掺入比、含水率以及砂料粒径等因素的变化规律。结果表明:掺入砂后可明显改善水泥土的抗压缩性能,水泥砂浆固化土强度比相应的水泥土高约20%,无侧限抗压强度与相应的屈服应力呈线性增长关系。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

水泥土无侧限抗压强度试验分析

通过室内重塑土试样无侧限抗压强度试验,探讨在不同水泥标号、不同水泥掺量、不同龄期、不同软土条件下水泥土无侧限抗压强度发展规律。试验结果表明:龄期对水泥土无侧限抗压强度的提高比水泥掺量的影响更明显;425普通硅酸盐水泥对软土无侧限抗压强度的改善效果由好到差依次为粘土、淤泥质粘土、淤泥。325矿渣硅酸盐水泥对于淤泥土地基处理效果明显好于425普通硅酸盐水泥。以武汉某道路工程为依托,通过室内正交试验,考虑水泥土无侧限抗压强度的相关因素,找出影响粘土、淤泥质粘土、淤泥强度的主要影响因素,以便在工程中尽可能获得最好的软土加固效果。     

多尺度纤维加筋水泥土抗压性能试验研究

为研究玄武岩纤维和粗、细聚丙烯纤维加筋水泥土抗压性能,本研究通过无侧限抗压强度试验,对浸水条件下不同土质、水泥掺量、纤维种类、纤维掺量、纤维长度以及纤维组合方式试件抗压性能进行了研究。结果表明:水泥能够一定程度提高土体无侧限抗压强度,但水泥土试样应力应变曲线峰后下降较快,呈脆性破坏特征;掺入纤维能继续提高水泥土无侧限抗压强度,有效改善水泥土脆性破坏模式并提高水泥土抗开裂性能;玄武岩纤维分散性不良,而粗、细聚丙烯纤维分散性较好,适用于纤维加筋水泥土;纤维掺量和纤维长度对纤维加筋水泥土抗压性能有较大影响,随着纤维掺量的增加,无侧限抗压强度总体呈现先增大后减小规律;对于不同土质和不同纤维种类,纤维长度对纤维加筋水泥土无侧限抗压强度的影响不一。细聚丙烯纤维理想长度和掺量为12 mm和0.8%,粗聚丙烯纤维理想长度和掺量为38 mm和0.8%。相较于单种纤维加筋,粗细聚丙烯纤维混掺加筋对水泥土抗压强度的增强与脆性破坏模式的改善效果更好,粗细混掺聚丙烯纤维加筋水泥土理想组合为38 mm长粗聚丙烯纤维(掺量为0.3%)+12 mm长细聚丙烯纤维(掺量为0.3%)。     

掺废弃钢渣的水泥土强度特性试验研究

为了充分利用废弃钢渣二次资源,解决环境污染问题,节约水泥用量,提高地区经济效益,开展了关于水泥土掺废弃钢渣加固软土的强度直剪试验,研究了掺入钢渣的水泥土抗剪强度与正应力-应变曲线关系,得出了符合掺入钢渣的水泥土抗剪强度特性的库仑预测公式,提出了掺入钢渣的水泥土强度特性的衡量指标,分析了水泥、钢渣含量及龄期对抗剪强度的影响,为掺入钢渣的水泥土应用计算提供强度参数。通过比较得出:掺入废弃钢渣的水泥土抗剪强度随垂直压力的增加而提高,破坏的脆性程度随龄期的增长而增加;掺钢渣水泥土加固软土地基的最优配比为"100%土∶20%水泥∶10%钢渣∶30%水"。