砂泥岩颗粒混合料往复剪切特性试验研究

通过对ZJ型应变控制式直剪仪进行一定的改进,对砂泥岩颗粒混合料进行往复剪切试验,在一定的往复剪切次数的影响下,分析了剪切力、剪切位移、法向位移、剪切强度等一系列的变化情况。研究表明:砂泥岩颗粒混合料在往复剪切过程中,剪应力与剪切位移的关系整体呈"梭型"变化趋势,且逐渐重合,且试样发生了明显的法向位移;随着循环次数的增加,黏聚力呈先增加最终趋于稳定,内摩擦角呈逐渐减小最终不变的趋势。     

基于中长期环境温度变形效应的半整体桥台-土相互作用试验

为研究环境温度作用对半整体桥台与台后土之间相互作用机理的影响,以简化半整体桥台-土结构模型为研究对象,进行了基于位移的环境温度作用下半整体桥台-土相互作用拟静力试验。研究结果表明:半整体桥台的滞回曲线随季节性温度变化而变化,季节性升温和降温转化段对桥台-土相互作用的影响非常显著,而持续增加或减小段对其影响较小;一年中的第1个升温段对桥台-土相互作用影响更大,随着几个季度的温度加载,台后土逐渐被压实,土压力变化趋于稳定,增加趋势减缓;不同季节昼夜温度变化对桥台-土相互作用的影响不同,夏季白天升温对桥台-土相互作用的影响小,而夜晚降温的影响大,冬季则反之;随着季节性温度的逐渐升高,桥台-土相互作用滞回曲线由凹形向凸形发展,呈现出更加饱满的梭形;中长期环境温度对台-土相互作用影响较大,经过一整年的温度作用后,台后土压力显著增大,产生棘轮效应;桥台转角与加载位移存在较大相关性,随着循环次序的增加,桥台转角先逐渐增大后趋于稳定;在中长期环境温度作用下,半整体桥台逐渐表现出往台后方向偏转的趋势;昼夜温度变化对桥台转角的影响不可忽视,在相同加载位移下,考虑季节性温度和昼夜温度叠加作用情况的桥台转角试验结果比仅考虑季节性温度作用时增大了94%。      

循环荷载下重塑黄土变形特性

为研究主应力方向和大小耦合变化对土体应力-应变状态及非共轴性的影响, 采用空心圆柱扭剪仪对饱和重塑黄土开展一系列循环扭剪试验, 分析了应力-应变状态和非共轴角的变化规律及影响因素。试验结果表明: 轴向应变始终处于压缩状态, 环向应变先负向累积再正向累积, 径向应变基本处于受拉状态, 剪切应变的受拉与受压状态交替出现, 轴向、环向和剪切应变曲线的波动特性明显, 而径向应变曲线的波动特性弱, 说明循环荷载作用下各应变分量表现出不同的发展规律; 轴向和径向应变及环向和剪切应变变化幅值随中主应力系数的增大先增大后减小, 说明中主应力系数影响各应变分量的累积; 随着主应力方向角旋转范围的增大, 轴向和径向应变逐渐减小, 环向应变由负向往正向变化的趋势提前, 剪切应变变化幅值逐渐减小, 说明主应力方向角旋转范围影响各应变分量的发展趋势; 剪切和正偏应力-应变曲线滞回现象明显, 且刚度发生循环强化, 但剪切刚度的循环强化比正偏刚度更明显, 说明土体出现次生各向异性, 这是引起非共轴现象的内在因素; 非共轴角变化曲线随中主应力系数的增大先下移后上移, 随循环次数的增大而逐渐上移, 随偏应力幅值的增大其变化范围增大。可见, 循环荷载下中主应力系数、循环次数和偏应力幅值可显著影响饱和重塑黄土的应力-应变状态及非共轴性, 在黄土工程设计和本构关系研究中应加以考虑。      

某顺层岩质边坡及其支护稳定性数值分析

为研究顺层岩质边坡支护稳定性、改善边坡结构面易失稳的问题,以某岩质边坡为对象,通过数值模拟分析得到某岩质边坡在支护施作前后塑性区分布变化、整体位移以及剪切应力的变化规律。结果表明:在支护结构施作前后,边坡塑性区的面积分布、最大塑性应变值以及其位置都发生了改变,提高了边坡稳定性;施作支护结构后边坡的最大位移相对初始状态下减小31. 2mm,对抑制边坡的变形效果显著;随着支护结构的施作,边坡剪应力整体分布趋势及剪应力最大值变化较小,边坡坡面最大剪应力分布情况变化明显,坡脚处剪应力逐渐减小,施工过程坡脚发生剪切破坏可能性较低。     

山区公路路基填料大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对粗粒料的力学特性进行了研究。结果表明:初始密度相同时应力-应变关系曲线与围压有关,低围压下表现为弱应变软化型,高围压下表现为应变硬化型;低围压下,粗粒料在剪切过程中先剪胀后剪缩,随着围压增大,体变表现为剪缩,但体缩率逐渐减小并趋于稳定;粗粒料在剪切过程中具有表观凝聚力,内摩擦角随围压增大而减小。     

充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:（1）随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;（2）节理粗糙度系数（JRC）对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;（3）随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;（4）当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.（5）节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.      

强度折减法判定桩基础极限荷载的尖点突变条件

为采用强度折减法判定桩基础的极限荷载,根据突变理论Zeeman机构、桩基础承载力泛函数和直剪试验原理,建立了桩基础承载力突变的临界条件和位移增量梯度与岩土材料剪应力的关系,进而提出利用尖点突变曲线判定桩基础极限荷载.算例分析结果表明:尖点突变曲线拐点出现后,曲线近似垂直于强度折减系数坐标轴,强度折减系数的微小增量将引起位移增量梯度陡增,说明岩土材料已发生塑性变形,拐点对应的强度折减系数即为极限荷载条件下的强度折减系数;由尖点突变曲线和折减系数位移曲线得到的桩基础极限荷载基本相同,但尖点突变曲线的拐点更明显,物理意义更清晰.      

摩擦面波状磨耗的分形描述方法

在自行搭建的销-盘试验机上进行自激励振动条件下的滑动摩擦试验,通过销-盘的摩擦运动来模拟轮轨间的平均接触应力。利用激光位移传感器测量盘试件摩擦面的波状磨耗尺寸,得到了不同试验条件下盘试件摩擦面的波状磨耗曲线。运用功率谱法对摩擦面的波状磨耗进行分形描述,根据功率谱指数与分形维数的关系计算不同试验条件下波状磨耗的分形维数,分析了分形维数与转速、法向载荷、转数等参数的关系。试验结果表明:在相同法向载荷下,利用功率谱法求得的分形维数随转速的增加而增大;在相同转速下,分形维数随法向载荷的增加而增大;在相同转速和法向载荷下,分形维数随转数的增加而减小;盘试件摩擦面波状磨耗的分形维数为1.79~1.92,分形特征显著,分形维数越大,盘试件摩擦面波状磨耗越严重,波状磨耗波长越长。利用功率谱法求得的结果与试验结果一致,可用分形维数定量描述摩擦面的波状磨耗。     

立转式开启桥桥面铺装力学性能研究

利用带有环境箱的直剪试验装置,测试并研究了不同温度下的复合试件层间抗剪切性能,绘制试件在受剪过程中的剪应力与位移曲线,根据曲线计算分析层间抗剪强度以及层间剪切模量,利用抗剪强度与层间剪切模量评价不同温度工况下的复合试件层间力学性能。借助有限单元法建立开启桥数值分析模型,计算不同模量下开启桥层间剪应力,定义危险系数,综合分析层间力学性能。研究表明:温度越高层间剪切模量越低,抗剪强度越小,层间危险系数越高,建议高温天气减小开启速度。变速开启状态下层间最大剪应力均大于匀速开启状态下层间最大剪应力,建议在设计阶段采用变速开启方案模拟研究开启桥铺装层层间力学性能。     

冻融循环作用对桩锚支护深基坑的土体材料强度参数影响试验研究

季节性冻土地区的土材料在冻融循环作用后的强度参数对深基坑支护体系的安全性影响显著。在季节性冻土地区深基坑支护稳定性设计和施工中,考虑冻融循环作用后的土材料抗剪强度具有一定的实际意义。采用直剪试验方法对冻融循环作用前后土材料强度参数进行研究,绘制剪应力与剪切位移关系曲线,抗剪强度与垂直压力关系曲线,结合强度曲线计算得到内摩擦角及黏聚力。分析表明:冻融循环结束后,土体的最大剪应力比冻融循环前降低;土体的抗剪强度参数,内摩擦角在冻融循环作用结束后减小,黏聚力有所增加。     

钢管混凝土抗震性能ABAQUS数值模拟中损伤因子比较研究

针对国内外3种不同的混凝土损伤计算模型,分别用其模拟计算了往复荷载下钢管混凝土损伤过程,并绘出了3种模型损伤因子随应变变化的曲线;对于Birtel和Mark模型,探讨了系数bc对损伤因子的影响,随着系数bc取值的减小,相同应变下对应的损伤因子值增大;最后将这3种模型有限元计算得到的往复荷载下钢管混凝土构件的骨架曲线与试验骨架曲线进行对比分析。比较结果表明:当Birtel和Mark模型中bc取0.5时,计算得到的荷载(P)-位移(Δ)骨架曲线与试验结果误差最小,基于高斯积分算法的余能模型算出的骨架曲线与试验结果误差其次,修正的余能模型算出的骨架曲线与试验结果误差最大。     

服役温度对BFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响

在车辆轻量化设计过程中, 为了预测BFRP/铝合金粘接接头在服役温度下的静态失效行为, 加工了处于拉应力、剪应力与拉剪组合应力状态的粘接接头, 根据车辆服役温度特点, 选取-40℃、-10℃、20℃、50℃、80℃五个温度测点, 通过准静态拉伸试验, 得到不同应力状态下接头失效强度随温度的变化规律, 分析了粘接接头失效形式和失效准则; 基于粘接接头在不同温度下的拉、剪应力, 建立了接头的二次应力失效准则方程, 对不同温度下的接头强度进行失效预测。分析结果表明: 粘接接头的失效强度受温度的影响明显, 随温度升高, 失效强度减小; 粘接接头中剪应力和拉应力的不同占比也会对接头失效强度造成一定的影响, 随着剪应力比例增大, 温度升高使接头失效强度下降更明显; 相比于低温-40℃, 高温80℃时的拉伸接头与剪切接头失效强度的下降幅度分别为47.77%与61.49%;随着温度升高, 粘接剂的失效应力和杨氏模量逐渐减小, 而失效应变逐渐增大, 说明温度很大程度上影响了粘接剂的力学性能; 粘接接头失效形式为内聚和纤维撕裂的混合失效, 拉应力作用下接头更容易发生纤维撕裂, 并且随温度升高, 纤维撕裂面积减小, 因此, 为了防止纤维撕裂, 需要避免粘接接头受拉应力作用; 粘接接头在不同温度下的二次应力失效准则曲线拟合精度均在0.957以上, 并绘制了失效准则响应曲面, 直观反映了粘接接头失效强度在车辆服役温度下的变化规律。      

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准,结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义,给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法;找出极限状态下各控制点的位移关系,即预警位移、容许位移和极限位移;基于三车道隧道设计洞形,采用连续体弹塑性有限元模型,按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算,分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移,并进行t分布统计,得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值;对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下,隧道围岩表面的位移变化规律;研究同种工法、相同埋深条件下,弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系;对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据,得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断,即该方法的合理性得到验证。     

筋土界面的摩擦特性试验与界面关系研究

通过直剪和拉拔试验测试了聚酯土工布加筋黄土时的筋土界面摩擦特性,获得了两种条件下土工布与黄土间的界面摩擦强度;通过分析试验获得的剪应力-位移曲线的特点,分别采用幂函数模型和软化模型筋土界面关系进行了分析。研究表明,土工布与黄土间有较好的界面摩擦性能,可以满足规范要求;直剪时的剪应力-位移曲线呈稳态型,拉拔时的剪应力-位移曲线呈软化型,可分别采用幂函数模型和软化模型模拟。     

非均布动荷载作用下沥青路面剪应力动态响应分析

为探求重载货车不同行车速度下沥青面层水平剪应力动态响应规律,结合半刚性基层路面特点,采用层状体系理论,建立一个ANSYS3-D有限元粘弹性路面结构模型。在施加非均布动荷载情况下进行了非线性求解计算。结果表明,沥青面层内的最大水平剪应力均随行车速度的增加呈先增大后减小的规律,行车速度在20km／h左右时,水平剪应力达到最大,对路面剪切破坏程度最严重．     

BFRP锚杆锚固系统界面应力试验研究

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)锚杆是由树脂和玄武岩纤维组成的新型材料。与传统钢筋相比,它具有强度高、耐腐蚀性强、抗震性能优越等特点。由于传统的拉拔试验无法测量BFRP锚固系统第二界面的剪应力分布,故本次实验采用第二界面附近的埋地土压力计法获得试验数据。通过对BFRP锚杆锚固系统拉力荷载位移关系曲线的试验,可以看出该曲线由三段组成:弹性变形阶段,基本呈线性增长关系,弹塑性变形阶段为梯度曲线的增长关系;随着荷载的增加,锚固段局部的剪应力达到极限值。随着载荷的增加,形成塑性变形,形成局部塑性区,塑性区逐渐扩大;在塑性变形区或破坏阶段,锚固系统的锚固区产生塑性变形。试验结果表明,利用埋地土压力计测量锚固系统第二界面剪应力分布的方法可以有效地提取数据信息,测得的剪应力分布趋势与土压力计测得的剪应力分布趋势吻合较好。与理论计算结果相比,更符合实际工程情况。     

不同变位模式黏土非极限被动土压力试验研究

为了揭示墙体平动和转动模式下黏土非极限被动土压力分布规律,采用自制模型箱,进行了墙体平动和转动模式下黏土非极限土压力试验,研究了墙体变位模式以及墙体位移大小对侧土压力的影响规律细化方法,首先进行了室内试验,得到了黏土的基本物理参数,其次进行了模型箱和测试仪器的固定安装,最后进行了挡土墙平移模式（T模式）、绕墙顶转动模式（RT模式）以及绕墙底转动模式（RB模式）3种模式下的土压力试验. 试验结果表明:T模式下,非极限侧土压力沿墙体深度的增加总体趋势增大,局部会有减小趋势,总体接近线性分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层;RT模式下,侧土压力随墙体的深度总体接近凹曲线分布,上部侧土压力随深度增加较慢,下部侧土压力随深度增加较快,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面产生裂纹,模型箱中部土体表面鼓起;RB模式下,侧土压力随墙体的深度的增加先增大后减小,总体接近凸曲线分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层,其阶梯状错层范围要小于平动模式工况;三者非极限侧土压力合力随着压缩位移的增大而增大,当压缩位移相同时,RT模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.53～0.97之间,RB模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.65～0.83之间. 结论中是否有可以量化的数据,参考附件模板修改.      

化学溶蚀作用下红粘土微细结构的变化规律

基于室内试验,选用不同的化学溶液浸泡红粘土,分析化学溶蚀作用下红粘土质量损失率与浸泡时间的关系。运用计算机图像处理系统提取出化学溶蚀前、后红粘土 SEM 图像的微细结构参数,定量描述了红粘土溶蚀前、后微细结构的变化及其对土体宏观力学特性的影响。试验结果表明：红粘土在酸、碱溶液中会发生不同程度的化学溶蚀反应,质量损失率随浸泡时间的增加而增加,并最终趋于稳定。随着溶蚀反应的进行,颗粒面积比例逐渐减小,颗粒定向度逐渐增大至稳定值;孔隙定向度小幅降低,直至稳定值。孔隙排列趋于有序化,颗粒和孔隙的不均匀系数变化比较小,曲率系数接近于1。酸性溶液对红粘土的溶蚀作用最强。     

内置肋板补强圆形钢桥墩的抗震性能

采用MARC有限元程序,对内部加肋补强的圆形桥墩柱7个试件进行非线性数值分析.得到了在一定垂直荷载和水平往复荷载作用下荷载-位移关系曲线,考察了钢管径厚比和桥墩柱长细比对内部加肋补强圆形钢桥墩的极限承载能力、延性和能量吸收等抗震性能的影响.     

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道 极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准，结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义，给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法；找出极限状态下各控制点的位移关系，即预警位移、容许位移和极限位移；基于三车道隧道设计洞形，采用连续体弹塑性有限元模 型，按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算，分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移，并进行t 分布统计，得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值；对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下，隧道围岩表面的位移变化规律；研究同种工法、相同埋深条件下，弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系；对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据，得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断，即该方法的合理性得到验证。