熔融石英砂动力特性动三轴试验

为探究振动荷载作用下熔融石英砂液化破坏过程中动变形和动强度变化规律, 促进透明土技术在岩土工程动力特性可视化模型试验中的推广和应用, 对构成透明砂土骨架结构的典型粒径(0.5~1.0 mm)熔融石英砂开展饱和试样动三轴试验; 研究了不同围压、加载频率和动应力比等试验条件下熔融石英砂试样的累积轴向应变、动孔压发展模式、动应力衰减、动弹性模量和阻尼比的变化规律, 并将试验结果与相同级配的标准砂进行了对比。分析结果表明: 熔融石英砂累积轴向应变随动应力比的增大呈现出由稳定型向破坏型转变的趋势, 加载频率为0.5~1.5 Hz时, 临界动应力比为0.150~0.175, 小于标准砂的0.200~0.225;升高围压、增大动应力比、降低加载频率会加快试样塑性应变累积, 缩短液化破坏时间; 熔融石英砂孔压发展模式随围压增大逐渐由Seed孔压模型向指数型过渡, 增大加载动应力会加剧液化破坏后孔压的振动幅度; 相同动应力比下, 熔融石英砂与标准砂的动应力与动应变呈现线性相关, 在围压大于200 kPa时, 二者动应力衰减幅度随围压的增大而逐渐减小; 熔融石英砂的动弹性模量和阻尼比表现为线性关系, 动弹性模量随动应变的增大呈现出双曲线型减小的趋势, 并随围压的增大而增大; 阻尼比随动应变的增加先增大后基本稳定在0.22, 发展曲线受围压影响较小。      

围压对沥青混合料动态模量的影响

沥青混合料在路面结构中承受三维应力状态,所以有必要了解其力学性质随围压的变化情况.对改性沥青Su-perpave20和普通沥青Superpave25两种混合料分别在不同温度、不同围压和不同频率条件下进行了三轴动态模量试验,分析了各种条件下围压对动态模量的影响.结果表明,随着温度的升高和荷载频率的降低,围压对动态模量的影响越来越显著.当温度<15℃时,围压对动态模量的影响很小,但在55℃时,Superpave20和Superpave25混合料在250 kPa围压时的动态模量可达无围压时的4.7倍和18倍,表明在进行沥青路面结构分析时很有必要考虑围压的影响.     

围压对沥青混合料动态模量的影响

沥青混合料在路面结构中承受三维应力状态,所以有必要了解其力学性质随围压的变化情况.对改性沥青Su-perpave20和普通沥青Superpave25两种混合料分别在不同温度、不同围压和不同频率条件下进行了三轴动态模量试验,分析了各种条件下围压对动态模量的影响.结果表明,随着温度的升高和荷载频率的降低,围压对动态模量的影响越来越显著.当温度<15℃时,围压对动态模量的影响很小,但在55℃时,Superpave20和Superpave25混合料在250 kPa围压时的动态模量可达无围压时的4.7倍和18倍,表明在进行沥青路面结构分析时很有必要考虑围压的影响.     

不同含水率下的原状全风化花岗岩强度与变形试验研究

运用新型发明专利——应力控制式三轴仪对广州—佛山—肇庆高速公路研究路段全风化花岗岩边坡原状土进行低围压控制的室内三轴试验,得出了原状花岗岩残积土与原状全风化花岗岩的抗剪强度指标与弹性模量在不同含水率下的变化曲线。研究表明含水率对原状土体性质影响很大,含水率越大土体抗剪强度指标越小,弹性模量随含水率的增大呈现先增大后减小的趋势,在最佳含水率附近达到最大值。     

废弃轮胎橡胶颗粒混合土的动力特性研究

我国交通量的快速增长形成了大量的废旧橡胶轮胎,为了更好利用橡胶颗粒质轻、减震的特点,废旧轮胎橡胶颗粒混合土开始逐渐在公路路基填筑中得到应用。针对不同橡胶颗粒掺入量的混合土,开展了一系列循环荷载三轴试验,研究了混合土的动力特性,探讨了剪切模量和阻尼比的变化规律,并引入了模型来定量描述混合土的归一化剪切模量。结果表明:剪切模量随着橡胶颗粒掺入量的增加而下降,随着围压的增加而上升;对于未掺入橡胶颗粒的素砂土而言,随着围压的增加阻尼比逐渐下降,但对于混合土该趋势相反;随着橡胶颗粒的增加,最大剪切模量逐渐下降,参考剪应变则总体上升;对于归一化剪切模量,引入模型与Hardin模型的预测结果比较接近,同时可以有效体现归一化剪切模量与橡胶颗粒掺入量和围压的关系。     

冻土路基动力特性试验研究

路基土体的动力学参数是铁路设计的重要依据之一。基于冻土特殊的物理力学性质以及在列车振动荷载作用下铁路路基严重破坏的事实,进行了冻土在不同围压、动应力幅值、温度以及含水量条件下的振动三轴试验,获得了冻土的动力学参数以及动剪切强度与上述条件的关系。试验结果表明:随着围压、动应力幅值的增加和温度的降低,土体的动剪切强度增加。在冻结条件下,随着土样含水量的增加,冻土的动剪切强度增加,这与未冻结土的动强度变化规律完全不同。     

沥青混合料三轴动态模量的预测方法研究

对SMA-13,Sup-20和Sup-253种沥青混合料进行了不同温度、围压和加载频率下的动态模量试验,并对利用点–斜率法和斜率–比例法(由中间点和由边缘点)预测三轴动态模量的效果进行了研究.结果表明,同一频率时,不同温度下的三轴动态模量与相应的体积应力之间呈线性关系,而且不同围压下的直线斜率几乎相同.利用点–斜率法和斜率–比例法预测三轴动态模量精度均很高,能满足工程应用的需要.利用点-斜率法仅需进行一个中间参考温度下的有围压试验,需要进行的试验量小,容易实现.该研究为更好地利用沥青混合料的三轴动态模量提供了基础.     

加筋砂土三轴试验特性研究

两种不同的无纺布筋片加筋砂土三轴试验研究结果表明，无纺布加筋砂土强度指标Ｃ，φ值显著提高，加筋土强度随加筋试样所受围压和正规化加筋筋片间距ｈ／Ｈ减小而增加，无纺布筋片与砂土之间的相互作用可抑制砂土剪胀性，筋砂界面诱生摩擦角呈渐进性，这些研究结果对加筋砂土的性能机理研究及加筋土结构设计均有一定的指导意义。     

沥青混合料动态模量试验研究

利用Superpave简单性能试验机(SPT)测量了4种沥青混合料在不同温度和荷载作用频率下的动态模量;根据时间-温度置换原理,通过非线性最小二乘拟合,确定了4种沥青混合料的动态模量主曲线;比较了4种混合料不同试验温度、不同加载频率以及不同围压条件下沥青混合料的动态模量;采用车辙性能指标E*/sinΦ对4种沥青混合料的高温稳定性进行了分析,并用回弹模量试验进行了对比研究。结果表明,混合料类型、粉胶比、围压对混合料的高温稳定性有很大的影响。动态模量受混合料类型、围压、试验温度的影响。     

硫酸盐渍土热-质迁移试验与耦合模型

为研究西部寒旱区盐渍土传热传质行为，首先，在无压补给条件下进行非饱和硫酸盐渍土的单向冻结试验；其次，考虑结晶潜热、结晶阻抗及结晶消耗等因素，建立非饱和硫酸盐渍土水-热-盐三场耦合模型；最后，采用COMSOL Multi-physics对耦合模型进行数值模拟，将模拟结果与试验数据进行对比分析.研究结果表明：盐渍土内温度随冻结时长呈三阶段发展，逐步形成上冷下暖的温度梯度；在温度梯度和基质吸力双重驱动下，水、盐向冻结锋位置迁移，冻结锋位置水、盐含量出现峰值，峰值含水率、含盐量相较初始值分别增加2.16%和0.28%；冻结锋沿冻结温度线移动，形成冻结锋面；土柱最大冻结深度约为15.5 cm.     

围压对杨氏模量的影响分析

从岩样对杨氏模量的影响出发,分析了围压对杨氏模量的影响机理,围压的增大引起裂纹密度的减小及裂纹的闭合与裂纹面的摩擦滑移作用是造成杨氏模量提高的主要原因。通过试验分析,认为岩石的杨氏模量随围压的增大而提高,当围压大于岩石的压密点强度后,杨氏模量的增大呈减小趋势而趋于定值;提出了岩石杨氏模量与围压关系的表达式,反映了裂隙密度随围压的增加呈指数关系减小的特征。     

基于含冰量的冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性

保证高含冰量冻土区桩基础的长期稳定性是多年冻土区桥梁桩基础安全服役中的关键问题,为研究含冰量对冻土-混凝土接触面蠕变特性的影响,采用自行研制的大型蠕变剪切仪,在-2℃条件下开展含冰量为6%、12%、16%、23%、36%、60%、80%的冻结砂土与混凝土接触面蠕变试验.试验结果表明：在恒定的剪应力作用下,除含冰量为6%试样出现加速蠕变外,其他试样仅出现衰减蠕变及稳定蠕变2个阶段;随含冰量的增大,试样黏性变形占比增大,含冰量为80%试样的黏性变形超过总变形量的80%;稳定蠕变速率受到干密度及含冰量的综合影响,含冰量为16%时稳定蠕变速率最小;Burgers黏弹性模型能较好地模拟高含冰量冻结砂土-混凝土接触面蠕变曲线;随着含冰量的增大,初始剪切模量和稳定蠕变阶段黏滞系数先增大后减小,初始蠕变阶段的渐进剪切模量呈幂函数减小,初始蠕变阶段黏滞系数呈幂函数增大.     

道砟尖角折断的三轴压缩试验与离散元数值分析

为研究道砟尖角折断对道床变形和力学性能的影响,开展了一系列多围压(10、30和60 k Pa)下三轴单调压缩试验,并对道砟样本轴向应变、体积应变、偏应力和道砟试验前后粒径变化进行了统计与分析.在此基础上,利用离散单元法建立了可破裂道砟细观分析模型,统计数值试验中不同围压下断裂尖角数量及位置等.试验仿真表明:道砟试样偏应力随轴向应变的增大而增加,最终达到一个相对稳定值;极限偏应力随围压的增大而增大,且两者之间接近线性关系,当围压由10 k Pa增加到60 k Pa时,极限偏应力由93 MPa增加到387 MPa;道砟样本的剪缩应变随围压提高而增大,围压为10 k Pa时,道砟样本未发生剪缩变形,围压为60 k Pa时,道砟样本的剪缩应变为0.21%;尖角折断数目随样本轴向应变增加而相应增长,且主要发生在上下加载面附近.     

哈齐客专细圆砾土冻结温度测试分析

以哈齐客运专线细圆砾土路基填料为研究对象,通过自制冻结温度试验装置测定了细圆砾土冷却与冻结过程及不同细颗粒含量下细圆砾土的冻结温度,分析了细圆砾土冻结温度随细颗粒含量的变化规律.试验结果表明:粗颗粒土的冷却与冻结过程和细粒土的类似,同样存在过冷、结晶和冻结稳定三个阶段;土样在最优含水率奈件下,不同细颗粒含量的细圆砾土冻结温度随着细颗粒含量的增加而降低.     

基于热力学耗散的饱和砂土循环液化特性研究

为了研究饱和砂土在循环荷载作用下的动力特性,从热力学平衡条件入手,结合颗粒熵理论,以直线为迁移曲线构建了饱和砂土在循环荷载作用下累积耗散能φ的计算方式;针对饱和南京细砂开展了循环三轴试验,探讨了初始循环应力比CSR、有效围压σ'_c等因素对南京细砂液化特性的影响。结果表明:累积耗散能的发展表现出缓慢增长段、过渡段、急速增长段等3阶段特性,且过渡段对应的孔压比ru处于0.6～0.7的水平;液化所需的累积耗散能φ与初始循环应力比CSR无关,但与有效围压σ'_c呈现出正相关关系;孔压比r_u随着累积耗散能φ的增加而增大。构建了初始液化时的累积耗散能φ_f与有效围压σ'_c之间的函数关系,并以累积耗能比φ_R为标准,建立了孔压比r_u发展的能量模型。     

基于动态模量的温拌再生沥青混合料性能研究

利用Superpave简单性能试验机（SPT）测定温拌再生沥青混合料在不同围压、温度、荷载作用下的动态模量.分析围压、温度、加载频率对再生沥青混合料动态模量的影响,对比温拌与热拌再生沥青混合料的黏弹性.结果表明,温拌再生混合料的动态模量受温度和加载频率的影响显著,其变化规律与热拌混合料相同;与热再生沥青混合料相比,温拌再生沥青混合料的抗车辙性能更好.     

饱和粘土三轴冻胀应力-应变关系试验研究

为探讨土体在冻结过程中的力学性能,对饱和粘土在不同约束条件下的冻胀应变与冻胀应力之间的关系进行了室内试验研究,并提出了一种三轴冻胀应力-应变关系．结果表明：三轴冻胀应力-应变关系呈对数曲线变化;测力环刚度、初始轴向压力及围压对冻胀应力和冻胀应变有显著影响．     

强震作用下群桩基础抗液化性能的振动台试验

为研究强震作用下群桩基础抗液化性能优于单桩基础的具体表现形式,依托海南省海文大桥工程,采用振动台模型试验开展单桩、四桩、六桩基础处理液化地基的差异性研究,分析了3种不同工况下饱和粉细砂土层中孔压比、桩身加速度和弯矩时程响应差异及其三者相互关系。研究结果表明:0.35g地震动荷载作用下,3种工况均产生液化现象,饱和粉细砂土层深处的孔压比开始增长时刻及稳定时刻均滞后于浅层;六桩基础完全液化耗时比四桩基础延缓4.41~4.82 s,四桩基础完全液化耗时比单桩基础延缓4.00~4.42 s;随着桩数的增加,同一深度处饱和粉细砂土层中桩身最大加速度及其放大系数均逐渐减小,桩身最大加速度出现时刻逐渐滞后,且随着孔压比的增大,桩身加速度逐渐减小;六桩基础最大弯矩较四桩基础小25.95%~43.50%,四桩基础最大弯矩较单桩基础小28.80%~33.10%,单桩基础最大弯矩出现时刻比四桩基础早1.22~1.27 s,四桩基础较六桩基础提前0.66~0.72 s,且桩身弯矩随孔压比的增大逐渐衰减,说明液化前饱和粉细砂土层具有软化减震作用。可见,六桩基础抗液化性能优于四桩及单桩基础,在液化土层桩基础抗震设计中,可通过群桩基础形式提高其抗液化性能。      

层状复合岩石三轴压缩力学性能研究

为了研究不同围压、多种界面层倾角和界面层间距的层状复合岩石的力学性能演化规律,利用ZTR-2000微机控制岩石三轴测试系统,开展了不同围压条件下岩样的试验研究。试验结果表明:轴向抗压强度随界面层倾角的增大而降低、随着围压的增大而提高。在低围压时,界面层间距能够提升抗压强度;在高围压时,界面层间距对抗压强度影响不大。层状复合岩石的弹性模量的随层间距呈现规律性变化;岩样破坏类型受倾角和界面层间距影响。     

环境因素影响下桥梁模态参数变化规律研究

为深入探究运营期桥梁模态参数变化规律, 以浙江文泰高速洪溪特大桥通车后 12 个月的健康监测数据为基础, 分析了模态频率的环境因素影响特征。 首先对环境温度、 交通荷载、 模态频率以及阻尼比的监测结果进行统计分析, 然后进行模态参数变化的影响因素相关性分析, 最后建立多元线性回归方程。 该研究的主要目的是获取山区桥梁低阶模态频率和阻尼比随环境的变化关系, 明确模态参数与环境影响因素的相关性, 进而为结构状态进行有效评估打下基础。 结果表明: 结构温度是年周期成分上影响模态频率的主要因素。