CRTSⅠ型CA砂浆动态压缩试验及本构关系研究

研究目的:水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)层充填在CRTSⅠ型板式无砟轨道的轨道板和底座板之间,起着支承、传载、调整、减振隔振等功能,因此需要全面研究CA砂浆的力学性能。本文以现场取样CA砂浆圆柱体试件为对象,考虑10-5s-1~10-2s-1四种不同应变率,在位移和应变率双重控制下,测试动力加载条件下单轴受压应力-应变全曲线;研究抗压强度、峰值应变、弹性模量等力学参数的应变率效应以及本构方程。研究结论:(1)应变率对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变率的增加而增大,其中抗压强度应变率敏感性最强,在10-5s-1~10-2s-1应变率范围内,强度可提高2.5倍左右;(3)CA砂浆在不同应变率下的应力-应变曲线形状相似,不同应变率下CA砂浆的应力-应变关系可以用本文提出的有理分式表达;(4)通过与试验数据对比发现,本文提出的不同应变率下CA砂浆的本构方程与试验结果吻合较好,研究成果可为CA砂浆率型本构模型的建立提供试验基础,从而应用于板式轨道的动力设计中。     

盾构隧道施工用双液浆强度及其σ-ε特性三轴试验研究

利用静力三轴试验系统(GDS)对水泥一水玻璃双液浆终凝强度及其σ-ε特性进行了三轴试验研究.研究了不同水泥参数、不同水玻璃参数及不同水玻璃配比情况下,双液浆试件峰值强度、应力-应变全过程曲线和弹性模量的变化情况.结果表明:随着水泥强度和水玻璃模数的增加,峰值强度增大;当水泥强度较高时,随水玻璃配比的增大,峰值强度增大,而当水泥强度较低时,水玻璃配比存在一个"最佳值",在最佳值可获得最大峰值强度;根据试验结果,提出了水泥-水玻璃双液浆的最优配方.     

水泥土抗剪强度参数试验研究

采用三轴不固结不排水试验方法,分别研究水泥掺入比为10.7%,13.7%和16.7%的水泥土在14,28和90 d龄期的抗剪强度。试验结果表明,水泥土应力应变曲线表现为应变软化型,峰值强度对应的应变为1.56%~5.31%。随着养护龄期的增大,峰值强度不断变大,峰值强度对应的应变却不断减小。随着水泥掺入比和龄期的增大,水泥土较原状土而言,黏聚力从11.2 kPa提高到797.2 kPa,提高了9.0~71.0倍,内摩擦角从23.8°提高到38.4°,提高幅度为1.1~1.7倍。本文的研究成果可为实际工程中水泥土搅拌桩的设计和施工提供参考。     

纳米MgO改性水泥膨胀土短龄期内的三轴力学特性与数学模型研究

为研究纳米MgO改性水泥膨胀土的加固机理,对质量分数为0％,0.5％,1％,1.5％和2％的纳米MgO-水泥膨胀土(简称MCES)试样进行三轴试验.通过对不同纳米MgO掺量下MCES的峰值强度、残余强度、强度曲线进行分析,并对MCES应力应变曲线进行模型拟合.研究结果表明:掺入不同掺量的纳米MgO得到的应力应变曲线均为应力软化型曲线.围压从100 kPa到400 kPa,MCES-1.5的峰值强度和残余强度较MCES-0的增加范围分别为48％～75％和104％～143％.纳米MgO主要是通过提高土样的黏聚力来改性膨胀土的抗剪强度,在纳米MgO掺量为1.5％时最佳.对MCES应力应变曲线进行拟合,"复合余弦?指数模型"较"复合指数?正弦模型"有较好的适用性.     

聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土拉压性能试验研究

为研究纤维掺量、水泥掺量及养护龄期对聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土无侧限抗压强度及劈裂抗拉强度影响,进行纤维掺量为0~5%,增量0.5%,水泥掺量为10%,15%,20%和25%,养护龄期为7,14,28,60和90 d的抗压性能试验。研究结果表明:聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度及拉压比随着纤维掺量的增大而增大,延性随之增强。与未掺纤维的水泥搅拌土相比,纤维掺量5%,水泥掺量15%和养护龄期28 d的纤维水泥搅拌土的无侧限抗压强度提高了0.29倍,对应的峰值应变增大0.71倍;劈裂抗拉强度提高1.58倍,对应的峰值应变增大1.7倍,拉压比提高1.1倍。聚丙烯纤维对水泥搅拌土劈裂抗拉强度影响更显著。聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土的无侧限抗压强度与劈裂抗拉强度随着水泥掺量和养护龄期的增大而增大,而峰值应变及延性则随之降低。研究结果对基坑工程纤维水泥搅拌桩设计、施工具有参考价值。     

三轴压下活性粉末混凝土的力学性能研究

活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)是一种新型超高性能混凝土材料,作为新材料在铁路工程中应用的基础,对其多轴力学性能进行研究有重要意义。在6种不同的应力比下,对活性粉末混凝土立方体试件进行三轴定侧压加载试验,分析活性粉末混凝土在三轴压下的强度特征、变形性能及破坏形态。结果表明:在本研究的应力比范围内,活性粉末混凝土的破坏模式主要为斜剪破坏;三轴抗压强度约为单轴抗压强度的3~4倍,抗压强度最大值出现在第二主应力与第三主应力比值为0.25时;三轴主压向峰值应变为单轴压峰值应变的5~10倍,随着第二主应力的增大,主压向峰值应变逐渐增大;主压向的应力-应变曲线在峰值后没有下降段,而是出现了明显的"应力平台";根据实测的三轴抗压强度,建议了适用于活性粉末混凝土的八面体空间破坏准则的相关参数。     

循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性研究

新建隧道钻爆施工过程中,邻近既有隧道机制砂喷射混凝土支护结构往往会承受循环冲击荷载。为研究轴压对循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性的影响,采用改进的大直径分离式霍普金森压杆试验装置,开展4个轴压水平下的机制砂喷射混凝土循环冲击试验,分析循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土的动力特性。研究结果表明：轴压和冲击速度对机制砂喷射混凝土的破坏形态、峰值应力、峰值应变和应变率均有较大影响,轴压的增加能够有效抑制试样的变形;轴压相同时,冲击速度越大试样破坏所需的冲击次数越少,冲击速度相同时,试样破坏所需要的冲击次数随轴压增大而不断增加;冲击速度和轴压均相同时,随着冲击次数的增加,试样峰值应力和动弹性模量不断降低,峰值应变和应变率不断增加,轴压对试样动弹性模量的影响不显著;随着冲击次数增加,试样的累计比能量吸收值呈线性增加趋势,冲击速度相同时,轴压越大,试样破坏时所需累计比能量吸收值越大,亦即轴压的增加可以显著提高试样的耗能能力,从而减缓试样力学性能的劣化进程。     

活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试验研究

通过活性粉末混凝土在不同围压下的常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土的破坏形态、强度特征和变形规律。结果表明:围压≤60 MPa时,活性粉末混凝土的常规三轴压缩破坏形态主要表现为劈裂破坏,围压为65MPa时,破坏表现出挤压流动特征;在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试件的应力—应变曲线的形状基本相似,均经历压密、弹性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段;活性粉末混凝土的三轴抗压强度、弹性模量和轴向峰值应变均随围压的增大而近似线性增长,但活性粉末混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速度较普通混凝土缓慢;在到达峰值应变之前,活性粉末混凝土的割线泊松比表现出随围压的增大而减小的规律,此阶段的体积应变表现为压缩。     

CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆的力学性能试验研究

对CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆的常规力学性能、长期力学性能、应力应变特性、应力缓冲性能和应力应变响应等性能进行了研究.结果表明,该砂浆可以在5℃～ 40℃温度范围内满足规定的力学性能要求;3年后砂浆的抗压强度约增加50％,弹性模量增长10％左右,仍在100 ～300 MPa范围之内;砂浆的应力—应变曲线表明该砂浆具有较好的延展性和韧性;砂浆的应力缓冲性能和应力应变响应表明砂浆具备典型的粘弹性特征,且随着沥青含量的增加,粘弹性特征愈加明显.     

循环荷载历史下CA砂浆的动态受压试验研究

研究目的:为研究历经不同循环荷载历史和不同应变速率对铁路轨道系统CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响规律,进行CA砂浆圆柱体试件历经循环加载历史后,在应变速率为1×10~(-5)~1×10~(-2)s~(-1)时的单轴受压特性试验。研究结论:(1)应变速率和循环荷载历史对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变速率的增大而提高;(3)在相同的应变速率下,CA砂浆的抗压强度随循环荷载次数和循环荷载幅值的增加而降低,最大降低幅度为8.34%;(4)当循环荷载幅值较小时,CA砂浆的弹性模量随循环荷载次数的增加而增大,最大增加幅度为59.17%;(5)在相同的应变速率下,CA砂浆的峰值应变随循环荷载次数及循环荷载幅值的增大呈降低趋势,且应变速率对峰值应变的影响小于循环荷载历史的影响;(6)该研究成果为进一步了解历经循环加载历史后板式无砟轨道的力学性能提供必要的试验依据,进而应用于指导CA砂浆材料优化设计中。     

洞庭湖区淤泥质黏土水泥土力学性能试验研究

结合湖南洞庭湖区某高速公路淤泥质黏土软基处理工程,进行淤泥质黏土水泥改良土的无侧限抗压强度试验,研究水泥土无侧限抗压强度的影响因素、水泥土的应力应变关系和变形模量的变化规律以及试样的破坏模式。研究结果表明：淤泥质黏土水泥土的无侧限抗压强度随着养护龄期和水泥掺入比的增加而增加,随着含水率的增大而减小;无侧限抗压强度增长速率随着养护龄期的增大而减小,随着水泥掺入比的增大而增大;水泥土应力应变全过程曲线可以分为加载初始阶段、塑性上升阶段、应力～应变下降阶段和残余强度阶段等4个阶段;水泥土的变形模量随着水泥土的无侧限抗压强度的增大而增大;含水率高、水泥掺入比低和龄期短的试件呈现塑性破坏,而含水率低、水泥掺入比高和龄期长的试件呈现脆性破坏。     

中低应变加载速率下单节理裂隙岩体的单轴动态压缩力学性能试验

对人工制作的节理岩体试件进行了中低应变加载速率下的单轴压缩试验,研究了应变速率和节理面的倾角β对节理岩体的极限抗压强度、峰值应变、弹性模量和损伤变量的影响。研究结果表明:(1)当加载的应变速率相同时,当节理面的倾角β由0°增加到90°,试件的抗压强度呈逐渐减小后又逐渐增加的趋势,试件的峰值应变均呈先减小后略有增加的变化规律,试件的弹性模量整体出现逐渐增加的变化规律。(2)当试件的节理面倾角相同时,随着应变加载速率逐渐增加,试件的抗压强度呈逐渐增加的趋势,当β为60°时,试件的抗压强度对应变率敏感性最强,试件的峰值应变和弹性模量随应变加载速率的变化并没有固定明显的变化规律。(3)当应变加载速率相同且应变相同时,随着节理面的倾角由0°增加到90°,损伤变量基本都呈先逐渐增加后减小的趋势,当节理面的倾角为60°时的损伤变量最高,当节理面倾角为90°时的损伤变量最小;当试件的节理面倾角相同,应变加载速率逐渐增加时,损伤变量基本呈逐渐增加的趋势。     

纤维掺量对水泥改良风积沙强度及孔径分布的影响

为了研究纤维掺量对水泥改良风积沙无侧限抗压强度和孔径分布的影响,进行聚丙烯纤维水泥改良风积沙的无侧限抗压强度试验和核磁共振试验。纤维掺量为0,6‰,8‰和10‰,水泥掺量为4%和5%,试样标准养护龄期为7 d。试验结果表明,纤维水泥改良风积沙的T2谱曲线存在3个峰值,最可几孔径和孔隙率随着纤维掺量的增大而减小,纤维掺量大于8‰,结果则相反。适量纤维加筋水泥改良风积沙,可以减小水泥改良风积沙内部孔隙,小孔和中孔增多,大孔减少。未掺纤维的水泥改良风积沙的应力-应变曲线呈应变软化型,而纤维水泥改良风积沙的应力-应变曲线随着纤维掺量的增大逐渐趋向于应变硬化型。纤维水泥改良风积沙的应力-应变曲线大致分为孔隙压实、弹性变形、弹塑性变形和应力衰减等4个阶段。随着纤维掺量增大,应力-应变曲线整体右移,延性增强,无侧限抗压强度、峰值应变和能量吸收能力随着纤维掺量的增大而增大,超过最优纤维掺量8‰,规律则相反。水泥掺量4%,纤维掺量8‰的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度、峰值应变、能量吸收能力分别为水泥改良风积沙的1.31倍、2.04倍和1.37倍。纤维水泥改良风积沙的孔隙率与无侧限抗压强度呈幂函数关系。研...     

试验分析掺砂量对水泥砂浆桩Duncan-Chang模型参数影响

通过三轴固结排水试验,研究掺砂量对水泥砂浆桩邓肯-张模型参数的影响。研究结果表明:水泥砂浆桩应力应变曲线呈双曲线型,计算获得邓肯-张模型8大参数初始弹性模量和初始泊松比。淤泥质土中水泥掺入比为17.1%时,掺砂量从30%增加到50%,水泥砂浆桩内摩擦角从34.6°增加到36.1°,而黏聚力则从46.8 k Pa降低到28.8 k Pa,初始弹性模量在10.0~65.0 MPa之间,初始泊松比在0.2~0.35之间。掺入水泥使淤泥质土由塑性破坏转为脆性破坏,随着掺砂量的增大,试样的脆性进一步增强。     

岩石细观特征对其宏观力学行为的影响

采用颗粒流数值分析方法模拟砂岩试件在单轴和常规三轴压缩情况下的力学行为,获得三轴压缩强度,并根据摩尔-库伦强度准则,反算黏结力c和内摩擦角φ。探讨颗粒细观参数:颗粒接触刚度比、平行黏结刚度比、颗粒接触模量、平行黏结弹性模量与摩擦因子对岩石抗剪强度参数和单轴抗压强度的影响,研究结果表明:1)数值模拟与理论计算所得的单轴抗压强度随细观参数的变化趋势大致相同,但数值模拟结果小于理论计算值;2)平行黏结弹性模量与摩擦因子对轴向应力峰值影响较大;3)颗粒摩擦系数与材料内摩擦角呈近似对数相关。颗粒接触刚度比与平行黏结刚度比对材料内摩擦角的影响较大;4)平行黏结弹性模量对岩石黏结力的影响较其他细观参数大。颗粒接触刚度比与颗粒接触模量和黏结力呈正相关关系,而平行黏结刚度比、平行黏结弹性模量和摩擦因子与黏结力呈负相关关系。     

人工冻结砾石土三轴剪切强度试验研究

为分析冷冻温度和含水量对于砾石土抗剪强度参数的影响,通过室内试验对南宁地铁联络通道砾石土层进行冻结状态下的三轴剪切强度分析,研究围压、冷冻温度以及含水量对于其强度演变的影响,分别得到几个特征围压下的砾石土冻结强度与冷冻温度及含水量的关系。试验结果表明:砾石土的三轴剪切强度随着冷冻温度的降低而升高,温度效应明显;同时,含水量变化对于其剪切强度影响也十分显著,在试验研究范围内冻结砾石土偏应力峰值与含水量成一定的正相关性,随着含水量增加,冻结冰晶体含量随之升高进而引起土体胶结能力增大,相应的强度有所提升。该三轴剪切强度符合Mohr-Column准则,黏聚力与内摩擦角随着冷冻温度的降低而增大,随着含水量的增加而增加。同时,冷冻温度对于砾石土三轴剪切强度参数的影响受土体含水量变化影响显著。     

不同养护温度下水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验研究

为研究不同养护温度对水泥改良风积沙的影响,开展无侧限抗压强度试验。选用的养护温度为30℃,40℃,50℃,60℃,70℃和80℃,水泥掺量为4%和5%,压实系数为0.90和0.95。研究不同养护温度对水泥改良风积沙的应力应变曲线、无侧限抗压强度、峰值应变和刚度的影响。研究结果表明:随着养护温度升高,水泥改良风积沙的应力应变曲线左偏态特征越显著,无侧限抗压强度近似线性降低,峰值应变近似反比例降低,而刚度近似线性增大。与标准养护条件相比,水泥掺量5%,压实系数0.95的水泥改良风积沙在30℃,50℃和80℃养护条件下的无侧限抗压强度分别降低了1.1%,17.4%和40.6%,峰值应变分别降低了19.7%,31.8%和40.2%,刚度分别增大了18.0%,32.6%和77.9%。新疆塔克拉玛干沙漠夏季路基施工时,考虑70℃养护条件,掺量5%的水泥改良风积沙能满足铁路路基基床底层填料设计要求。本文研究成果对风积沙铁路路基基床设计和施工有借鉴意义。     

煤矸石路基填料强度与变形特性研究

煤矸石作为高速公路路基填料已得到广泛应用,但对煤矸石的研究远落后于工程实践.根据Talbot推广的级配控制方程,采用人工级配的方法,通过大型三轴试验研究煤矸石路基填料在不同围压、不同级配和不同压实度下的强度及变形特性.试验结果表明:煤矸石路基填料的轴向应变均随轴向应力的增加而增加,应力-应变曲线无明显峰值,属于应变硬化型;当围压不变时,随着A值即粗颗粒含量的增加,相同轴向应变下的轴向应力呈先增后减的趋势变化;压实度达93％以后,继续提高压实度对试样强度增长作用效果不明显;煤矸石应力-应变曲线可以用邓肯-张双曲线本构模型拟合,并获得了双曲线本构模型的具体参数.     

恒高温下混凝土及钢管混凝土受压力学性能研究

对国内进行的恒高温下C20-C80强度等级的混凝土单轴受压力学性能的试验资料进行了重分析,提出了恒高温下C20-C80强度等级混凝土轴心抗压强度、受压弹性模量、受压峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受压应力-应变全曲线计算公式。并进一步建议了恒高温下钢材的多轴弹塑性本构模型和混凝土轴对称三轴受压本拘模型,应用连续介质力学建立高温下钢管混凝土同时受压的同心圆柱体计算模型,采用弹塑性全过程分析理论,编制相应的计算程序,对恒高温下钢管混凝土轴压短柱受力性能进行全过程分析,计算结果与试验结果符合较好。     

高温养护下水泥改良风积沙抗压强度试验研究

研究目的:新疆和田至若羌铁路经过塔克拉玛干沙漠南缘,地表以风积沙为主,水泥改良风积沙是沙漠地区铁路路基基床填筑的关键技术。塔克拉玛干沙漠夏季地表温度最高可达70℃,水泥改良风积沙的力学性能和变形特性易受高温的影响,因此本文结合新疆塔克拉玛干沙漠的气候条件,开展水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验,研究70℃高温养护条件下水泥掺量和压实系数对水泥改良风积沙的应力应变特征、无侧限抗压强度、峰值应变和刚度的影响。研究结论:(1)水泥改良风积沙的应力应变曲线近似正态分布,具有右偏态的特性;(2)高温养护条件下,压实系数为0.95时,水泥掺量为4%、5%、6%对应的水泥改良风积沙无侧限抗压强度分别为0.38 MPa、0.52 MPa和0.78 MPa,峰值应变分别为2.2%、2.4%和2.6%,刚度分别为10.4 MPa、16.2 MPa和22.8 MPa;(3)与标准养护条件相比,高温养护条件下水泥掺量为5%、压实系数为0.95的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度和峰值应变分别降低了5.5%、22.7%,刚度增大了5.9%;(4)新疆和田至若羌铁路夏季施工时,考虑70℃高温养护条件,掺量5%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求,避开高温施工环境条件,掺量4%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求;(5)本研究成果可为风积沙铁路路基基床的设计、施工提供参考。