基于不同搅拌方式下的水泥稳定碎石力学性能及细观结构研究

搅拌工艺对水泥稳定碎石的力学性能有较大影响。为了分析振动和非振动搅拌技术对水泥混凝土的力学性能和细观结构的影响,文章采用不同的搅拌工艺制备试样进行研究。采用CT试验分析了水泥砂浆在粗集料表面的分布情况;通过开展不同应力状态下的强度、模量和疲劳试验来揭示搅拌技术的影响;分别建立了强度随加载速率和模量随应力水平的变化规律,采用与加载速率相关的应力比修正的S-N疲劳方程来表征其疲劳性能。研究结果表明,振动搅拌技术制备的水泥稳定碎石试件的砂浆在骨料中分布更加均匀,密实型更高;在相同的试验条件下,振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件的强度、模量和疲劳寿命均高于非振动搅拌成型的试件;振动搅拌制备的试件的强度和模量随加载速率的增长速率更高;与非振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件相比,振动搅拌制备试件的疲劳寿命应力敏感性更加稳定。     

水泥稳定碎石基层的弹塑性特性

为了认识水泥稳定碎石基层的弹黏塑性特性,优化路面结构的设计计算,选用路面常用的骨架密实和悬浮密实2种水泥稳定碎石基层材料,振动压实成型了Φ150×150 mm标准圆柱体试件,应用微机控制万能试验机,设定不同加载速率(0.5,1,1.5,2,4 mm·min~(-1)),进行简单加载、循环加卸载、抗压回弹模量、徐变和松弛等试验,测试试件的应力-应变及其随时间的变化,分析强度、刚度、徐变与松弛等变化规律及加卸载应力-应变特性,研究水泥稳定碎石基层的弹塑性特性,提出改进型本构模型。结果表明:加载速率对试验结果的总体影响小于4.4%(相对误差),且60 min的徐变变形最大为0.03%,14 min的应力松弛最大为6.9%,表明水泥稳定碎石基层的黏性极弱,可以忽略不计;每次加载卸载后均有回弹变形和永久变形出现,反映了水泥稳定碎石基层的弹塑性性质,且服从有应力强化的弹塑性固体模型,可以用广义圣维南模型模拟分析;提出的改进型邓肯-张本构模型数值模拟具有很好的有效性,可以用来分析水泥稳定碎石的应力-应变曲线;0.4σ_(max)(σ_(max)为水稳碎石混合料的破坏强度)对应的割线模量十分接近传统的回弹模量,说明简化的0.4σ_(max)取值法可以用来测试水泥稳定碎石基层的回弹模量;从总体路用技术性能来看,骨架密实型的水泥稳定碎石基层要优于悬浮密实型。     

水泥稳定碎石基层的弹塑性特性（双语出版）

为了认识水泥稳定碎石基层的弹黏塑性特性，优化路面结构的设计计算，选用路面常用的骨架密实和悬浮密实2种水泥稳定碎石基层材料，振动压实成型了Φ150×150 mm标准圆柱体试件，应用微机控制万能试验机，设定不同加载速率（0.5，1，1.5，2，4 mm·min^-1），进行简单加载、循环加卸载、抗压回弹模量、徐变和松弛等试验，测试试件的应力-应变及其随时间的变化，分析强度、刚度、徐变与松弛等变化规律及加卸载应力-应变特性，研究水泥稳定碎石基层的弹塑性特性，提出改进型本构模型。结果表明：加载速率对试验结果的总体影响小于4.4%（相对误差），且60 min的徐变变形最大为0.03%，14 min的应力松弛最大为6.9%，表明水泥稳定碎石基层的黏性极弱，可以忽略不计；每次加载卸载后均有回弹变形和永久变形出现，反映了水泥稳定碎石基层的弹塑性性质，且服从有应力强化的弹塑性固体模型，可以用广义圣维南模型模拟分析；提出的改进型邓肯-张本构模型数值模拟具有很好的有效性，可以用来分析水泥稳定碎石的应力-应变曲线；0.4σ_max（σ_max为水稳碎石混合料的破坏强度）对应的割线模量十分接近传统的回弹模量，说明简化的0.4σ_max取值法可以用来测试水泥稳定碎石基层的回弹模量；从总体路用技术性能来看，骨架密实型的水泥稳定碎石基层要优于悬浮密实型。     

水泥稳定碎石强度影响因素的试验研究

通过室内试验研究各因素对水泥稳定碎石强度影响规律。结果表明:振动法试验结果更具有代表性,振动法成型试件强度平均为芯样强度的1.19倍,而静压法成型试件为0.55倍;水泥剂量对初始强度影响效果不明显,水泥剂量小于5%时对水泥稳定碎石极限强度影响显著,水泥剂量超过5%时,水泥剂量增加1%时极限强度提高不超过10%;成型方法对试件结构尤其是矿料级配及矿料排列影响很大,振动法成型试件28 d后强度接近于静压法的2.54倍;骨架密实型水泥稳定碎石比悬浮密实型初始强度约大19%、后期强度约大10%;试件密度提高1%,水泥稳定碎石强度至少提高11%;龄期28 d前水泥稳定碎石强度增长较为显著,达到28 d时水泥稳定碎石强度可达极限强度的75%以上。     

水泥稳定钢渣碎石基层材料路用性能研究

通过室内浸水膨胀率试验、CBR试验及无侧限抗压强度试验,设计了60 %钢渣掺量的水泥稳定钢渣碎石材料配合比,对比研究了水泥稳定钢渣碎石与水泥稳定碎石路用性能。结果表明:粗型C级配钢渣碎石材料承载力和体积稳定性最好,4 %水泥掺量的稳定钢渣碎石抗压强度满足基层强度设计要求;水泥稳定钢渣碎石养生前期力学强度增长速率大于后期强度增长速率,室内标准养生试件抗压强度较现场养生试件强度提高了17 %,16 %;干缩观测时间≥28天,水泥稳定钢渣碎石干缩性基本消失;冲刷时间>60分钟,水泥稳定钢渣碎石累计冲刷量曲线减缓,质量损失显著减小。     

路面材料疲劳损伤分析及疲劳寿命预估

针对路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化及疲劳寿命,运用损伤力学相关理论建立梁式结构的疲劳损伤演化模型,并结合小梁疲劳试验,分析路面材料小梁试件在重复加载下的疲劳损伤演化规律及疲劳寿命。结果表明,对于沥青混合料、水泥稳定碎石、二灰土3种材料而言,当疲劳损伤演化模型指数p分别取4.0、7.2、6.3时,理论分析得到的小梁跨中挠度和疲劳寿命与试验结果比较接近;对于3种材料的小梁试件,随着荷载循环次数的增加,小梁底缘中点的损伤度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,体现出非线性变化的规律;随着荷载循环次数的增加,小梁跨中挠度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,与损伤度的变化规律一致。     

聚酯纤维对水泥稳定碎石回弹模量影响

为了揭示聚酯纤维对水泥稳定碎石回弹模量的影响,在水泥稳定碎石试件内掺入不同含量的聚酯纤维,通过室内试验研究聚酯纤维含量、龄期对水泥稳定碎石回弹模量的影响规律。本文在聚酯纤维水泥稳定碎石干缩试验的基础上,通过对其抗压回弹模量的试验及数据的分析,研究聚酯纤维水泥稳定碎石掺入不同含量聚酯纤维其回弹模量的变化规律以及作用机理,并简要评价聚酯纤维水泥稳定碎石的工程特性。     

考虑尺寸效应和端部效应下的水泥稳定材料的强度试验

影响水泥稳定碎石材料强度高低的因素很多,有级配的影响、水泥剂量的影响等,在本文中着重就水泥稳定碎石材料7 d无侧限抗压强度的尺寸效应和端部效应进行研究,以考察水泥稳定碎石材料试验试件尺寸因素和试件端部因素对于强度的影响程度,进而提出合理的强度试验方法,以对现有试验方法进行改进。     

旧水泥混凝土路面粘弹性特征的试验研究

为研究水泥混凝土路面在经过一定使用年限后的粘弹性特征,以一条使用15年的水泥混凝土路面为研究对象,采用控制位移法进行一次加载、循环加载试验,测试了旧水泥混凝土钻芯试件在0.1 mm/min、0.3 mm/min、0.5 mm/min三种加载速率下的σ~ε曲线,通过对三种速率下的σ~ε曲线变化规律表征旧水泥混凝土的粘弹性。研究结果表明:旧水泥混凝土试件σ~ε试验结果离散性很大,试件加载破坏后产生较大的变形和结构整体性破坏。     

特大断面城市道路隧道力学特性与变形规律研究

为了研究特大断面城市道路隧道施工过程中力学特性和变形规律，依托重庆火凤山隧道工程，采用现场监测和数值模拟方法对特大断面城市道路隧道支护结构力学特性及其位移规律开展了研究。研究结果表明：采用分部开挖的方法，围岩位移稳定需要的时间较长，仰拱与拱顶处的最大主应力值相对较大，而拱腰区域初期支护的最小主应力相对较大；隧道竖向相对变形值较水平方向相对变形值更大，约相差3～5倍，且这种差异随隧道断面形状的增大而增加；隧道上部围岩压力约为下部的1.44～2.16倍，呈现上部大下部小的分布规律。     

掺玄武岩纤维水泥稳定碎石干缩性能试验研究

在大量试验研究的基础上,将掺玄武岩纤维水泥稳定碎石试件的纤维体积掺量、水泥剂量两方面因素对试件失水率、干缩特性的影响进行了研究分析,得出了相应的影响规律及作用机理.结果表明:随着时间的不断延长,玄武岩纤维在体积掺量不超过1‰时,随着纤维掺量的增加,水泥稳定碎石试件的累计失水率变化不大,但呈逐渐延缓的趋势,干缩系数及干缩...     

基于图像技术的水泥稳定级配碎石加载损伤特征研究

采用工业CT扫描及分析技术手段,对5种不同级配特征水泥稳定级配碎石孔隙分布状态和其中两种混合料的裂纹扩展规律开展研究,讨论了级配对于孔隙分布特征及裂缝类损坏特征的影响。结果表明:经对断层图像分析发现孔隙面积的分布频数与级配的分形维数具有良好的相关性;静态压实的试件,孔隙沿圆柱形试件纵向的分布并不均匀,上端的孔隙率大于下端。另一方面,两组进行单轴压缩的试验表明,水泥稳定级配碎石的准脆性材料特征明显,裂纹的出现对应着材料力学性能的劣化,裂纹增量与荷载的相关性表明:裂纹增量随荷载增加呈现指数增长;从断层图像所反映的裂缝看,端部约束作用将导致试件纵向中间部位的裂缝扩展明显大于端部;连续级配的水稳级配碎石裂缝呈环形分布,而骨架结构的水稳级配碎石的裂缝基本随机分布。     

骨架孔隙结构水泥稳定碎石配比设计及路用性能

给出了骨架孔隙水泥稳定碎石基层材料粗、细集料级配范围、混合料各组成部分配比计算方法以及计算中所需相关参数测试方法。据此设计了骨架孔隙水泥稳定碎石混合料,并利用振动法成型了水泥含量分别为6%、8%、10%的试件进行相应性能测试,试验中还与水泥含量为6%的悬浮密实结构水泥稳定碎石进行了对比。研究结果表明:骨架孔隙结构水泥稳定碎石在保证一定孔隙率的前提下能够满足目前规范对基层材料要求。     

沥青混合料冻融劈裂微观结构损伤特性分析

量化研究了沥青混合料冻融劈裂试件微观结构的损伤特性。基于冻融劈裂前后试件的CT图像,以CT值和损伤变量为基础,根据试件内部损伤特征,借助损伤力学基本概念,通过适当的数学假设,建立了冻融劈裂前后沥青混合料试件内部结构CT值分布规律的数学模型。利用CT值和损伤变量实现了对冻融劈裂前后试件内部微观损伤的量化。以损伤力学概念为基础,给出了沥青混合料损伤密度的定义,推导了以CT值表示的混合料密度损伤变量表达式,从而将CT值和损伤变量联系起来。利用损伤变量可以对混合料试件冻融劈裂前后内部微观结构的变化进行对比分析,实现了试件内部微观损伤特性变化的定量对比。对冻融劈裂前后试件上中下3个层位损伤变量的计算结果表明,冻融劈裂后试件各层位相应的损伤变量均有不同程度的增加,与CT图像表明的试件内部损伤明显加剧相吻合。     

水泥稳定碎石抗疲劳性能因素的灰色关联分析

文章借助灰色关联分析方法,对选取水泥碎石混合料试件在反复荷载作用下达到1×106次疲劳寿命的应力水平、水泥剂量、4.75mm通过率、成型方式及抗弯拉强度等进行综合评价,确定了影响水泥稳定碎石抗疲劳特性因素的影响程度,为提高水泥稳定碎石混合料的疲劳性能提供依据.     

基于单轴拉伸试验的水稳碎石损伤本构方程研究

为了建立材料的损伤本构方程,针对不同龄期的水泥稳定级配碎石开展了单轴拉伸试验。根据不同龄期试验结果,研究了水泥稳定级配碎石抗拉强度与龄期之间的关系。通过拟合材料本构关系,建立了本构方程。基于Mazars损伤模型,提出了材料单轴拉伸状态下的损伤模型和损伤本构方程。结果表明:水泥稳定级配碎石前28d的抗拉强度快速增长,28d后抗拉强度的增长速率下降,对数函数可以很好地表征龄期与抗拉强度的关系;建立的本构方程可以从数学角度反映水泥稳定级配碎石的应力应变关系,但不能揭示材料的损伤演化过程;单轴拉伸状态下水泥稳定级配碎石的非线性损伤演化过程由3阶段组成;损伤本构方程比本构方程可以更好地表征水泥稳定级配碎石的3阶段损伤演化过程和应力应变关系。     

集料级配组成对水泥稳定碎石评价指标影响研究

采用正交试验设计方法,对16种集料级配的水泥稳定碎石试件分别进行无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验和干缩试验,探求集料级配组成对水泥稳定碎石抗压强度、劈裂强度及干缩应变指标的影响规律,为设计和施工提供参考。     

集料级配对水泥稳定碎石物理力学性能影响

采用正交试验设计方法,对16种集料级配的水泥稳定碎石试件分别进行无侧限抗压强度、劈裂强度和干缩等物理力学试验,探求集料级配组成对水泥稳定碎石物理力学性能的影响规律,研究结果表明:集料级配组成对水泥稳定碎石物理力学性能有较大影响,集料级配组成不同,其物理力学性能各异,强度愈高,干缩变形愈大。     

基于三点弯曲试验的ATB-25弯拉特性的研究

通过沥青稳定碎石基层ATB-25沥青混合料的三点弯曲试验,研究了温度及加载速率对弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。在较大试验温度范围内,施加两组加载速率对ATB-25沥青混合料小梁试件的弯拉特性进行试验研究。结果表明:高加载速率条件下试件破坏的弯拉强度大于低加载速率下的弯拉强度;温度越高,高低荷载速率之间的弯拉强度差别越大。低荷载速率条件下的弯拉应变约为高荷载速率下的1.5~2.5倍,且在温度低于25℃时,小梁试件的弯拉应变与温度之间有较好的指数变化规律。同时,其弯曲劲度模量与温度之间也呈现良好的指数关系。对比分析了高低荷载速率条件下的指数回归方程参数,表明了低荷载速率条件下的ATB-25沥青混合料表现出较佳的抗裂性能。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知其在常温域(15℃)附近具有最大的弯曲应变能。     

水泥稳定碎石强度影响因素的试验研究

文章通过试验分析了级配类型、试件尺寸、水泥剂量、水泥品种、集料类型等因素对水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度的影响规律,以及分析了不同的针片状颗粒含量、不同的延迟时间对水泥稳定碎石不同龄期的无侧限抗压强度和劈裂强度的影响,为强度的合理限值提供依据。