掺土煤矸石物理力学性质的试验研究

为了研究煤矸石作为高速公路路基填料的适用性,对济东高速公路获嘉段沿线四个煤矿的煤矸石进行掺土改良的试验研究.煤矸石掺土比例分别为2:1、3:1和4:1,分析了其颗粒级配,进行了压缩、渗透和直剪试验以及CBR值的测定,并与全煤矸石试验结果做了对比分析.结果表明掺土煤矸石工程物理力学特性均有不同程度的改善,其中以煤土比例为4:1的掺土煤矸石试样改善最为显著.     

灰土改良土动力变形特性试验研究

通过动三轴试验,研究了灰土改良土在动荷载作用下的变形特性,以及围压、掺灰比及龄期对动弹性模量的影响。研究表明:灰土改良土的动变形与动应力水平及动荷次数相关;其临界动应力随围压及掺灰比的增加而增加;最大动弹性模量随围压、掺灰比及龄期的增长而增长;Ed/Edmax与动应变εd关系曲线具有良好的归一性。     

膨胀土与改性膨胀土累积塑性应变及动力特性

结合成都绕城路膨胀土路基处治项目,利用动三轴试验研究膨胀土及改性膨胀土在重复荷载作用下的永久变形及动力特性。分析不同围压下弹性应变、累积塑性应变和动应变与荷载重复作用次数之间的关系,在log log坐标系中比在普通坐标系中能更好地区分累积塑性应变的三个阶段。比较了膨胀土与改性膨胀土的动力特性(如动弹性模量、动粘聚力、动摩擦角、阻尼比等),经改性后的膨胀土其力学特性得到了明显增强。     

不同荷载形式下的路基粗粒土填料稳定性分析

采用传统三轴试验法和PFD~(3D)软件构建路基粗粒土填料模型分析了不同静载荷作用和循环荷载作用下的路基粗粒土填料各项力学性能。研究结果表明:静荷载和循环荷载作用下,路基粗粒土的体积应变均会发生体缩变形向体胀的转变。静荷载作用下,随着偏应变的增大,不同围压下的粗粒土应力比呈现出一个先增加后保持不变的趋势,围压较高路基土填料体积应变和应力比最大处对应的偏应变较大;循环荷载下,路基粗粒土应力比随着时间步数的增加在极短的时间内达到最高峰值,随后围绕平衡位置上下波动;偏应变在荷载加载阶段呈线性增大,在荷载卸载阶段呈线性减小,不可逆变形值接近于0. 013,表明路基填料具备了较大抗变形能力。     

察尔汗盐湖地区过盐渍土动剪切模量与阻尼比试验研究

针对交通循环荷载作用下过盐渍土动剪切模量和阻尼比的研究尚显不足的情况,基于GDS双向动态三轴伺服系统,对察尔汗盐湖地区过盐渍土动剪切模量和阻尼比的影响因素进行研究。研究结果表明:(1)动剪切模量随着动应变的增加而减小,加载初期减小速率较快,后期减小速率逐渐趋于平稳;(2)动剪切模量随着围压、冻融循环次数、振动频率的增加而增加,且增大幅值随动应变的增大逐渐减小;(3)阻尼比随着动应变的增加而减小,减小速度先快后慢,在动应变较小时曲线较陡,而超过某一动应变后,曲线逐渐平缓;(4)在较小动应变时,围压、振动频率对过盐渍土阻尼比的影响并不显著,在较大动应变作用下阻尼比随着围压和振动频率的增加而逐渐减小,但随冻融循环次数变化的规律不明显。     

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能研究

采用目前工程上常用的两档沥青路面铣刨旧料对RAP掺量为80％和100％的乳化沥青冷再生混合料进行材料组成设计.通过击实试验和劈裂试验分别确定其最佳流体含量和最佳乳化量用量.在配合比设计基础上采用控制应变加载模式对乳化沥青冷再生混合料疲劳性能进行试验研究,确定了加载较为合理的应变水平,即300,250,200με和150με.试验结果表明,在应变水平较高时,两种RAP掺量下乳化沥青冷再生混合料能承受有限的荷载作用次数,当应变水平降低到150 μe时,两种RAP掺量混合料在150万次荷载作用下仍未破坏,采用劲度模量与荷载作用次数预估的方法确定了疲劳寿命.通过对4种应变水平-荷载作用次数进行疲劳曲线拟合,提出两种RAP掺量下乳化沥青冷再生混合料的应变控制指标.     

水泥路面板底动应变的影响因素分析

从国际平整度公式入手,通过试验,研究了路面板底动应变与路面平整度、车辆荷载的大小及车速的关系。结果表明,静载作用时,路面板底动应变与平整度没有关系,但随着车辆荷载的增大而增大;在同一车速和同一车辆荷载下,板底动应变随路面不平整度的增加而增大,且车辆荷载和车速越大,增幅越明显;在同一平整度下,水泥路面的板底动应变随车辆荷载大小和车速的增加而增大,但其增幅都有随速度的增加而降低的趋势。     

干湿循环和荷载作用下粗粒土动力特性试验研究

通过室内大型动三轴试验分析动应力幅值、荷载频率、干湿循环次数等对粗粒土填料动力特性的影响,根据动应力-动应变变化关系分析粗粒土的动力特性。结果表明,粗粒土试样在相同动应力幅值和围压条件下,荷载频率不同导致动应力-应变形成的滞回圈曲线存在差异;在循环荷载作用下,试样表现为应变软化型和应变硬化型两种状态;随着干湿循环次数的增加,试样的动应力水平逐渐衰减,特别是在前2次干湿循环中水平动应力衰减程度最大,随后逐渐趋于稳定;干湿循环和荷载作用均会对试样的阻尼比λ和最大动弹模量Edmax产生影响,其中对阻尼比λ的影响程度较小。     

波纹塑料套管煤矸石CFG桩复合路基承载试验

CFG桩身外侧套上内径合适的波纹塑料套管形成统一整体,能较好改善耐久性和表面受力特性,采用理想弹塑性荷载传递函数,提出了一种竖向受荷桩顶荷载与位移比计算方法。在此基础上,依托某矿区周边CFG桩工程,按照相似理论设计完成天然路基、煤矸石CFG桩复合路基、波纹塑料套管+煤矸石CFG桩复合路基、土工格栅+波纹塑料套管+煤矸石CFG桩复合路基4组模型试验,得到复合路基在加载过程中的沉降、桩土应力比、土工格栅拉应变等变化规律,初步探讨波纹塑料套管和土工格栅对CFG桩复合路基受力特点和变形规律的影响。研究结果表明：波纹塑料套管包裹桩身,能提高复合路基承载能力,降低桩土应力比和桩土荷载分担比,其中桩土应力比峰值降低29.5%,桩土身荷载分担比峰值降低7.8%,桩端阻力比与荷载呈负相关,且荷载越高,相关程度越显著;土工格栅作用于碎石垫层,桩土应力比提升幅度为10.7%～23.5%,桩土荷载分担比提升幅度为2.9%～8.4%,路基整体沉降、桩端阻力比进一步降低;随着荷载不断增加,土工格栅拉应变提升幅度越来越快,其中桩顶土工格栅拉应变最大,四桩区域中心最小,验证了土工格栅的张拉膜效应。     

掺入轮胎条的黄土混合物剪切形变特性研究

为提高黄土填料的剪切强度和降低其重度，研究轮胎条掺量、尺寸对混合土剪切形变影响。通过对轮胎条加筋土进行大型剪切试验，研究竖向荷载、轮胎条含量（0%~100%）和轮胎条长宽比（1∶1~1∶8）对混合土体积应变特性的影响。结果表明:提高轮胎条含量，极大地改变了黄土颗粒的空间分布状况，轮胎条在混合土中占据主导地位；试样竖向位移与轮胎条掺量、长宽比、竖向荷载成正相关；将抗剪强度峰值点控制在较低的轴向应变范围内，可以调整黄土轮胎条混合土的变形特征。     

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。     

双向循环荷载作用下的膨胀土动力特性试验研究

以荆门重塑弱膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际受力状态,考虑围压、径向动应力幅值、含水量与振动次数等因素对土体动力特性的影响,开展同相双向循环动三轴试验。试验结果表明:双向循环荷载作用下,土体的动应力-应变曲线呈双曲线型,其动应变则随径向动应力的增加而减小;不同初始含水率膨胀土的动弹模量随围压增加而增大,受含水率的影响较大,随振动次数的增加呈衰减趋势并最终趋于一稳定值;且随着径向动应力水平的提高,动弹模量的衰减幅度呈显著增大特征;土体的阻尼比则随径向动应力的增加而增大,随含水量的降低而减小,随围压的增加而减小。     

循环荷载作用下超固结软黏土的累积变形研究

交通荷载作用下，公路和机场跑道产生较大沉降，会降低工程设施服务性能，增加危险性与维护费用。为避免土体在循环荷载作用下产生较大工后沉降，一般对软土地基进行预压处理，使其成为超固结土，可以大大降低其累积变形。针对上海第3层原状土，采用不同超固结处理后进行不排水循环三轴试验，以研究正常固结土与超固结土在不同循环应力比作用下累积应变，并给出了相关的预测模型。结果表明，超固结作用可以大大降低土体在循环荷载作用下的累积应变。     

湿陷性黄土掺配煤矸石路基土石混合料路用性能试验研究

通过对宁夏地区产量丰富的煤矸石与黄土以不同的比例配制土石混合料,研究其作为高速公路路床土的基本性能,利用煤矸石的膨胀性和黄土的湿陷性的耦合作用,解决道路工程中存在的黄土湿陷性问题。试验结果表明:当煤矸石与黄土掺量相同时,土石混合料的最大干密度和最优含水率分别达到最大值1.78 g/cm3和最小值14.2 %;随着煤矸石掺量的增加,土石混合料的承载能力呈上升趋势,当煤矸石掺量为50 %时,CBR值达到9.6 %;随着黄土掺量的不断减少,土石混合料的膨胀量呈减小趋势;综合考虑,建议采用30 %以上煤矸石掺量的土石混合料作为路基的填筑材料。     

控制CBR条件下路基化学改良土的动力特性研究

为了研究高速公路软弱路基土经化学改良后的动力特性,该研究收集了湖北省湖区具有代表性的路基土,在控制加州承载比(CBR)为4.0%和3.0%的条件下,配置了多组不同含水率、改良剂类型、改良剂掺量的改良土试样,并利用循环加载试验测试了相应的回弹模量和累积塑性应变。试验结果表明:改良土的回弹模量和累积塑性应变受应力状态、塑性指数(IP)、水/改良剂比例、养护时间的显著影响。在同一CBR条件下,相比高IP土,低IP土改良后的回弹模量值总体上更高,但更容易产生较大的累积塑性应变。对于低IP土,增加水泥掺量或降低水/水泥比例可以有效增加回弹模量、降低累积塑性应变,增加养护时间可明显降低累积塑性应变;对于高IP土,改良剂掺量则不宜过高,其中当采用水泥-石灰作为改良剂时,增加养护时间同时有助于提高回弹模量和降低累积塑性应变。     

砂岩多级循环荷载损伤耗能特征试验研究

为研究动荷载频率、荷载水平和围压对砂岩的损伤耗能特征的影响,用电液伺服岩石三轴试验机TAW—2000对较软白砂岩和硬质红砂岩进行围压0.5MPa和1MPa,频率0.2Hz、0.5Hz、1、2Hz,加卸载波型为余弦波的多级循环荷载试验。试验结果表明:围压和频率对砂岩动荷载能耗特征影响不明显;荷载水平是决定滞回圈面积、动弹性模量和能耗比的主要因素,两种砂岩的滞回圈面积均随着轴向荷载增加而增加;当轴向应变达到最大轴向应变的0.8倍时,砂岩由应变硬化转向应变软化。两种砂岩的能耗比随轴向荷载的增加呈"U"型变化。     

榆佳高速公路石灰稳定土极限动力特性研究

为了获取石灰稳定土在极限状态下的动力学特性,在榆佳高速公路佳县某路段采取扰动土样,进行标准击实试验,制作标准重塑试件,利用DDS-70循环三轴试验系统,测试了动应力幅值为100、150、190、200 kPa,围压为25、50、75 kPa,含水量为26.0％、21％、18％,循环次数为2 000、5 000次,固结比为2.0、振动频率为3 Hz、5 Hz的条件下石灰土的动应力—应变关系.试验表明:在动荷载作用下,石灰土失稳破坏前的永久变形难以达到动强度判别标准所要求的应变值,采用临界动应力才能表征石灰土产生失稳变形的性状.石灰土的临界动应力范围值界定为190～200 kPa.含水量与振动频率对所研究的石灰土临界动应力影响较小,但随着含水量的增大和振动频率的增加,石灰土的临界动应力总体上有减小的趋势,趋近于上述确定范围的下限值190 kPa.这些值可以作为榆佳高速公路石灰稳定土的动力设计参考值.     

交通荷载作用下软土地基累积塑性变形分析

针对交通荷载作用下软土地基的变形问题,采用累积应变的经验公式计算其累积沉降。首先通过确定车辆荷载引起的动偏应力和土层的力学指标计算出静力破坏偏应力,然后通过考虑土物理力学性质、循环荷载次数的累积变形公式计算软土地基中各土层在车辆荷载作用下引起的残余累积应变,最后用分层总和法计算总沉降。采用该方法对交通荷载作用下上海地区典型软土地基的累积沉降进行了实例分析。     

基于离散元方法的橡胶颗粒沥青路面破冰数值模拟研究

采用自主研发的路面破冰模拟试验仪,对不同橡胶颗粒掺量的沥青路面进行室内破冰试验,研究了不同橡胶颗粒掺量的破冰效果,并利用离散元方法构建了2 mm冰层的橡胶颗粒沥青路面结构细观模型,数值模拟了标准轴载作用下橡胶颗粒沥青路面结构的细观响应。结果表明:3%掺量的BPN加权平均回升量比2%、4%掺量分别增加11.45%、1.46%,3%掺量的BPN加权平均回升率比2%、4%掺量分别增加11.22%、3.06%;在竖向荷载作用下,橡胶颗粒沥青路面结构中的接触力呈非均匀分布,主要集中于轮胎下方区域;橡胶颗粒掺量为3%时,荷载作用前后路面结构的最大接触力最大,分别为2.705×103N、2.706×103N,路面结构中的应变能分别为掺量2%的1.34倍、掺量4%的1.25倍。此外,数值模拟结果与室内试验结果一致,从细观角度阐释了橡胶颗粒沥青路面的破冰机理。     

长期循环压缩荷载下饱和软黏土的应变速率特性

为了研究长期循环压缩荷载作用下饱和软黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型饱和软黏土进行了室内循环三轴压缩试验,着重研究了饱和软黏土的累积应变速率特性.试验结果表明:初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对软黏土累积应变速率有较大的影响;在长期循环压缩荷载作用下,软黏土的累积应变速率随循环次数的增大而减小,应变速率对数与循环次数对数间的关系可用直线描述.