透水型级配碎石基层填料强度演化特征的离散元模拟

骨架空隙型级配碎石填料因其较好的渗透性能而广泛应用于透水型基床结构层，但其在不同级配下的抗剪强度特征及演化规律仍不明确。首先针对6种不同级配类型的碎石填料试样开展了不同围压下的室内单调加载三轴压缩试验，进而采用考虑颗粒真实不规则形状的三维离散单元方法对室内试验结果进行了数值模拟研究，从颗粒间接触、微观组构和颗粒运动等角度揭示了透水型级配碎石基层(UPAB)填料抗剪强度机理及其随级配变化的演化特征，验证了室内试验得出的级配影响规律及级配优化设计方法。研究结果表明：细颗粒通过改变颗粒体系的内部排列结构(即各向异性程度)而直接影响级配碎石填料宏观抗剪强度，细颗粒含量对试样的剪切破坏形态有直接影响，随着细颗粒含量的减少，试样整体发生较大变形时表现为内部颗粒发生转动的比例下降但发生颗粒间滑动的比例增加；试样失稳的主要原因是由于颗粒拓扑结构的改变，最终发展成不可逆的塑性变形；级配控制参数G/S=1.8时试样表现出最低的各向异性特征，相同应变条件下的颗粒旋转角均值最小，表明此时试样内部的颗粒堆积排列最优且抗剪强度最高，G/S=1.8可取作“填充密实”型与“残余空隙”型结构的分界；不同级配的试样内部颗...     

成型方法对级配碎石混合料抗剪性能的影响

研究振动和击实成型方法对级配碎石基层材料的应力应变特性和抗剪性能的影响,并分析强度差别产生的原因;试验中应用高精度静三轴仪对选定的级配碎石进行振动成型和击实成型的抗剪强度研究,揭示不同成型方法对抗剪强度的影响。试验表明,振动成型级配碎石的峰值应力、残余强度和初始模量较击实成型分别提高了22%、20%和90%,破坏应变有所降低,下降的幅度为10%;对强度参数来讲,内摩擦角φ提高2°,振动成型法的粘聚力C比击实法的提高了38%;振动成型试样的抗剪强度比击实的提高20%;振动成型试样的颗粒定向作用明显优于击实成型,使其抗剪强度高于击实成型试样。因此,在工程中要加强级配碎石的振动碾压,以提高级配碎石的抗剪强度潜能。     

开级配沥青稳定碎石基层混合料级配设计方法研究

分别采用现行规范推荐方法、SAC断级配设计方法设计了两种开级配沥青稳定碎石混合料,然后采用析漏损失指标设计法对所设计的两种开级配沥青稳定碎石混合料进行了最佳油石比的确定,并对最佳油石比下的沥青稳定碎石混合料进行了排水性能、抗永久变形性能和抗疲劳性能等路用性能的研究.结果表明:与ATPB30相比,SACPB30排水性能稍差,但其水稳定性、抗永久变形性能、抗疲劳性能和低温抗裂性能更优,采用SAC断级配设计方法设计开级配沥青稳定碎石基层混合料更科学、更合理.     

级配碎石刚度过渡层回弹模量的非线性特性

设置于路基与半刚性基层之间的级配碎石层起着重要的功能与结构刚度过渡作用,为了研究级配碎石模量的非线性特性,通过室内动三轴试验分析了含水率、压实度、最大粒径、围压和偏应力对动回弹模量的影响,发现级配碎石动回弹模量受含水率影响较为显著,压实度次之,集料最大粒径的影响程度不明显;动回弹模量随围压的增大而增大,随偏应力增大而缓慢增大。以既有的动回弹模量模型为基础,得到了非线性模型参数,建立了依赖于实际应力状态变化的级配碎石动回弹模量预估公式。研究结果表明:级配碎石动回弹模量具有明显的非线性特性,修正的基于八面体剪应力的回弹模量预估模型考虑了体应力和剪应力的影响,更适合于表征级配碎石回弹模量的应力依赖性。     

沥青路面级配碎石上基层性能改善措施研究

为充分发挥级配碎石基层作为沥青路面结构上基层能够有效缓解下部半刚性基层反射裂缝及水损害等优势,同时提高级配碎石层抗剪强度,减少其抗剪强度弱、易出现塑性变形的风险,将从级配碎石原材料、级配范围以及添加聚丙烯纤维3个方面进行研究,以期综合提高级配碎石基层的路用性能。     

级配碎石重复加载动三轴试验仿真研究

为减少级配碎石重复加载动三轴试验量,采用Morh-Coulomb塑性模型,对级配碎石重复加载动三轴试验进行了有限元仿真,并对仿真结果用Pérez永久变形预估模型进行了拟合。结果表明:重复加载试验与其有限元仿真得到的永久变形发展规律相同,对仿真结果进行修正后,可用有限元仿真来代替部分室内重复加载试验。     

同步碎石联结层性能指标及影响因素研究

通过选取3种不同的同步碎石级配，在沥青混凝土板上撒铺同步碎石，然后再加铺沥青混凝土得到3块不同的双层板。钻取芯样测得层间抗剪强度与抗拉强度，发现含有一定比例粗集料与细集料的级配3具有最大的抗剪强度与较大的抗拉强度，抗剪强度比采用单粒径的级配1与级配2分别高了9．9％和4．1％；抗拉强度比级配1低，但比级配2高了7．4％。通过层间抗剪强度与抗拉强度来评价同步碎石所用的级配，并分析得出同步碎石联结层强度的影响因素，发现采用含有一定比例粗细集料的级配具有较好的效果，在同步碎石设计中具有重要的意义。     

级配碎石强度与变形特性的数值分析

为了研究级配碎石的强度与变形特性,对两种碎石试样的三轴试验进行数值模拟.整理模拟结果,进行应力-应变特性分析,变形特性分析,进行了径向应变轴向应变的指数函数表达式的非线性拟合.结果表明,应用离散单元法能够较好地模拟级配碎石的强度、变形的特性和微细观特性,指数函数表达式能够较好地反映其非线性特征.     

周期性饱水砂泥岩混合料剪切特性三轴试验研究

砂泥岩混合料在三峡库区常作为工程填料,对其材料性能的研究在涉水工程中具有广阔的利用前景,因此本文通过三轴试验研究了不同围压下周期性饱水作用对饱和砂泥岩混合料抗剪特性的影响,研究结果表明:随着围压的增大砂泥岩混合料的偏应力峰值、周期性饱水阶段试样的轴向应变以及三轴剪切试验后颗粒破碎率都相应增大。同种围压状态下,砂岩料比掺入20%泥岩颗粒的砂泥岩混合料的强度高,变形小。这为砂泥岩混合填料在涉水工程中的利用提供一定的参考价值。     

基于性能的级配碎石混合料设计指标

为提高高速公路用级配碎石基层的混合料质量,需要建立基于性能的级配碎石混合料设计指标。利用BISAR程序计算了福建典型结构级配碎石的最大应力、最大剪应力值,同时预估了100 kN标准荷载作用2 000万次下级配碎石变形量占结构总变形量的百分比;然后选择12种级配碎石混合料测定了动态三轴试验的回弹模量、变形率和静态三轴试验的剪切强度;最后分析提出了基于性能的级配碎石混合料设计指标,用于指导福建省级配碎石混合料设计。结果表明:⑴级配碎石需要足够的模量来保证承载能力,同时在沥青路面结构中该混合料可能会产生压缩永久变形或剪切破坏,因此其混合料需要具有一定的抗永久变形能力和较高的剪切强度;(2)可以取回弹模量300 MPa作为级配碎石混合料承载能力的性能指标;(3)福建省典型结构中级配碎石基层最大剪应力为332.8 kPa,最大主应力为396 kPa,考虑1.2倍保证系数,可以取静态三轴试验的剪切强度395 kPa作为级配碎石混合料的抗剪设计指标;(4)按照级配碎石基层永久变形量占结构总变形率不大于13%考虑,可以取动态三轴试验的20 000次和50 000次的变形率不大于10~(-8)作为级配碎石混合料抗永久变形设计指标。     

地震荷载作用下粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量和阻尼比的影响

为分析川西地区混合土地震荷载作用下的动力特性，针对该地区保留全部粒径的天然混合土，对3组土分别采用筛分法剔除60，20，10，5 mm粒径颗粒，制备粗颗粒含量不同的天然混合土土样，利用DJSZ-150粗粒土动、静两用三轴试验机进行大型动三轴试验，采用Hardin-Drnevich双曲线模型（H-D模型）拟合动应力-应变关系曲线，获得G_d/G_max-γ和λ-γ曲线变化规律，分析不同围压和粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量G_d和阻尼比λ的影响作用。结果表明：混合土动剪切模量G_d、阻尼比λ均随围压及大于5 mm的粗颗粒含量的增大而增大，原因是随着围压增大，粗细颗粒的接触增多，土体结构更加紧实，提高了颗粒壁隙间的动摩擦力，增大了能量传递时的耗损，导致动剪切模量与阻尼比随之增大；当粗颗粒含量小于40%时，细颗粒构成土骨架，粗颗粒的接触被细颗粒阻隔，导致其对动剪切模量及阻尼作用贡献不大，此时动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的速度较慢，当粗颗粒含量为40%~60%时，混合土中粗颗粒骨架形成，且细颗粒有效填充了粗颗粒间的孔隙，粗颗粒在土中起主导作用，此时动剪切模量与阻尼比随着粗颗粒含量的增加而快速增加，当粗颗粒含量大于60%时，粗颗粒的增加无法进一步增强其骨架效应，而此时细颗粒间的胶结作用随粗颗粒的增多导致细颗粒的相应减少而减弱，动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的趋势不明显。     

先期振动对高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响

先期振动对土石坝地震变形影响显著。通过开展不同先期动应力作用下的动三轴试验,研究了先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响。结果表明:先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的弹性轴应变无明显影响,但显著降低了其塑性轴应变;未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的残余变形在先期振动影响下显著减小,与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为48.1%和42.0%;先期动应力为80%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为80.9%和71.6%。先期动应力幅值越大,再次经历动应力时未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料产生的残余变形越小,抵抗变形能力提高越明显。最大残余变形的降低幅度与固结比、围压及高聚物含量无关。随后修正了沈珠江动残余变形模型,修正后的残余变形模型可以反映高聚物对堆石料残余剪应变和残余体应变的影响。与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的高聚物胶凝堆石料(高聚物质量比R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了27.7%和61.2%;先期动应力为80%围压的高聚物胶凝堆石料(R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了68.8%和79.3%。     

重复荷载作用下粉土永久变形预估模型

利用万能材料试验系统,在不同含水量、压实度和偏应力等影响因素下,对粉土进行了重复荷载三轴试验;同时根据永久变形试验结果和Tseng-Lytton永久变形预估模型形式,对Tseng-Lytton模型进行了改进和标定,建立了含水量与回弹模量双重因素影响下的粉土永久变形预估模型。可信度分析结果表明,所建立的模型可用于粉土的永久变形预估,但所建立的预估模型有必要在以后的工作中根据现场实际情况提出合理的修正系数。     

高速公路路基压实低液限粉质黏土动力特性分析

通过对压实度在95 %的粉质黏土的室内动三轴试验,深入分析了重塑粉质黏土的动孔压的发展规律、动变形的变化规律、动强度参数和累积塑性变形,以掌握动应力、围压变化对动孔压的影响规律。研究表明:在实际路基工程中降低路基顶部动应力幅值,提高路基压实度和适当的边坡防护,可以有效地减小路基累积塑性变形和稳定。依据累积变形曲线可以判断低液限粉质黏土路基土在循环荷载作用下的稳定情况,可为路基本体在动荷载作用下的永久变形计算和预测提供参考。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。     

重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

椭圆应力路径下饱和软黏土循环单剪试验

为了研究水平剪切应力对土体动力特性的影响,采用多向循环单剪仪模拟地震时土体所受的水平剪切作用,对温州饱和黏土进行一系列不排水剪切试验,分析在双向应力幅值为1∶2时,当X向和Y向加载波形的相位差分别为0°,30°,60°和90°,循环应力比分别为0.14,0.20,0.25时,相位差和循环应力比对土体动应变、动孔压、动剪切强度及剪切后再固结变形特性的影响。试验结果表明：在循环应力比较小时,应变和孔压比发展较慢,且再固结后产生的沉降也较小;当循环应力比为0.20时,相位差的增大会加快应变和孔压比的增长,X向应变的发展会受到Y向应变的影响,且相位差越大,土体达到破坏所需的圈数越少;当循环应力比为0.25时,相位差对应变、孔压比和强度的影响不明显;循环次数相同,随着循环应力比的增加,应变及孔压的发展速度增快;在一定的循环应力比下相位差越大,双向所产生的应变也就越大,且X向应变的发展会受到Y向应变的影响;当循环应力比为0.14时,再固结后的轴向变形很小;当循环应力比为0.20时,相位差越大产生的轴向变形也越大;当循环应力比为0.25时,相位差对再固结后的轴向变形影响不大。     

沥青碎石混合料动力变形特性研究

针对沥青碎石混合料的强度特点,采用有侧限、能反映材料3向受力状态的动载压入法评价其高温抵抗永久变形能力,将永久变形分为压密、变形累积和剪切流动3个阶段。在分析了不同类型沥青碎石混合料动力变形特性的基础上,提出了统一空隙率与永久变形之间矛盾的关键技术在于成型工艺与材料相互作用下形成合理组成结构,并分析了不同材料组成对空隙率及永久变形的影响,为重载作用下骨架-空隙型沥青碎石混合料的设计提供了依据。     

基于扰动状态理论的生物酶改良膨胀土K-G模型

以生物酶改良膨胀土的非线性弹性本构关系为研究对象,提出基于扰动状态理论的修正K-G模型。首先开展不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的等向固结排水试验和等p三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特征,基于非线性弹性K-G模型,分析生物酶掺量对膨胀土的切线体积模量K_t和切线剪切模量G_t中相关参数的影响规律。采用生物酶掺量作为扰动掺量,以试验和扰动状态概念为基础建立扰动函数,基于扰动状态理论对K-G模型进行修正,以反映生物酶掺量对改良膨胀土应力-应变扰动关系,使本构关系符合土体的实际变形过程,更合理地描述生物酶改良膨胀土的非线性弹性应力-应变关系。结果表明：通过对比ε_v-p及ε_s-q的试验曲线、K-G模型曲线与修正K-G模型理论计算曲线,体应变ε_v的K-G模型预测值小于试验值,而剪应变ε_s的K-G模型预测值大于试验值,修正K-G模型的体应变ε_v和剪应变ε_s的预测值都与试验值较为接近。修正K-G本构模型中各参数物理意义明确,与K-G模型中的参数确定方法一致,可以较合理地描述不同生物酶掺量扰动条件下改良膨胀土的变形特性。