三轴压下活性粉末混凝土的力学性能研究

活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)是一种新型超高性能混凝土材料,作为新材料在铁路工程中应用的基础,对其多轴力学性能进行研究有重要意义。在6种不同的应力比下,对活性粉末混凝土立方体试件进行三轴定侧压加载试验,分析活性粉末混凝土在三轴压下的强度特征、变形性能及破坏形态。结果表明:在本研究的应力比范围内,活性粉末混凝土的破坏模式主要为斜剪破坏;三轴抗压强度约为单轴抗压强度的3~4倍,抗压强度最大值出现在第二主应力与第三主应力比值为0.25时;三轴主压向峰值应变为单轴压峰值应变的5~10倍,随着第二主应力的增大,主压向峰值应变逐渐增大;主压向的应力-应变曲线在峰值后没有下降段,而是出现了明显的"应力平台";根据实测的三轴抗压强度,建议了适用于活性粉末混凝土的八面体空间破坏准则的相关参数。     

循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性研究

新建隧道钻爆施工过程中,邻近既有隧道机制砂喷射混凝土支护结构往往会承受循环冲击荷载。为研究轴压对循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土动力特性的影响,采用改进的大直径分离式霍普金森压杆试验装置,开展4个轴压水平下的机制砂喷射混凝土循环冲击试验,分析循环冲击荷载下机制砂喷射混凝土的动力特性。研究结果表明：轴压和冲击速度对机制砂喷射混凝土的破坏形态、峰值应力、峰值应变和应变率均有较大影响,轴压的增加能够有效抑制试样的变形;轴压相同时,冲击速度越大试样破坏所需的冲击次数越少,冲击速度相同时,试样破坏所需要的冲击次数随轴压增大而不断增加;冲击速度和轴压均相同时,随着冲击次数的增加,试样峰值应力和动弹性模量不断降低,峰值应变和应变率不断增加,轴压对试样动弹性模量的影响不显著;随着冲击次数增加,试样的累计比能量吸收值呈线性增加趋势,冲击速度相同时,轴压越大,试样破坏时所需累计比能量吸收值越大,亦即轴压的增加可以显著提高试样的耗能能力,从而减缓试样力学性能的劣化进程。     

晶体粒径对花岗岩力学特性影响规律的试验研究

岩石晶体尺寸在空间分布上具有变异性,不同晶体尺寸岩石具有不同的力学特性。为研究晶体尺寸对岩石力学特性的影响规律,选取怒江拥巴段浅层弱风化花岗岩为研究对象,根据晶体尺寸将花岗岩分为粗粒、中粗粒、中细粒和细粒共4组;采用三轴压缩试验研究不同晶体粒径花岗岩的应力-应变响应特征,并在此基础上分析了花岗岩强度、刚度及破坏特征随晶体粒径的变化规律;最后结合花岗岩微观结构图像讨论了晶体粒径对其宏观力学特性的影响。研究表明：(1)同一地区晶体粒径较小的花岗岩具有较大的峰值抗压强度及对应的轴向压缩应变,细粒花岗岩的峰值抗压强度及其对应的轴向压缩应变分别为粗粒花岗岩的1.5～2.2倍和1.6～2.1倍;(2)晶体粒径从粗粒逐渐减小到细粒的过程中,花岗岩的抗剪强度和刚度均逐渐增大,其中黏聚力从13 MPa增加至32 MPa,内摩擦角从45.2°增加至52.5°,变形模量从1.0(归一化)增加至1.7～2.5,泊松比从0.29减小至0.22;(3)不同粒径花岗岩的微观结构具有显著差异,细粒花岗岩晶体颗粒的致密程度及晶体之间的胶结程度显著优于粗粒花岗岩。     

纤维水泥砂浆桩三轴压缩试验研究

通过三轴压缩试验,研究纤维水泥砂浆桩的力学特性。研究结果表明:在100kPa围压下,水泥砂浆桩及1‰纤维掺量的纤维水泥砂浆桩应力应变曲线呈应变软化型,在高围压及高纤维掺量的情况下,应力应变曲线均呈应变硬化型;纤维水泥砂浆桩的破坏应力及黏聚力均随着纤维掺量的增大而增大,内摩擦角受纤维掺量影响不大,纤维水泥砂浆桩的内摩擦角在31.4°~33.5°范围内。     

黄土湿化特性的三轴试验研究

研究目的：本文旨在通过三轴试验，研究黄土湿化应力应变关系、强度特征及影响因素。 研究方法：通过等围压固结湿化试验和三轴剪切湿化试验进行研究。 研究结果：获得不同围压条件下固结湿化变形随时间变化规律，初始含水量、压实度的影响规律；获得不同应力水平下湿化应力应变关系、剪切湿化变形规律以及湿化对强度的影响等成果。 研究结论：（1）湿化变形受初始含水量及压实度的影响很大；（2）湿化条件与不浸水条件下，应力一应变关系均表现为应变硬化特性；（3）剪切湿化体积变形随应力水平的增加而减小，轴向变形随应力水平的增大而增大；在同一应力水平下，体积变形与轴向变形均随平均主应力的增大而减小；（4）湿化不仅降低了黄土的强度，也降低了黄土达到破坏时的应变。     

混凝土三轴抗压强度尺寸效应试验研究

为研究混凝土三轴抗压强度的尺寸效应,对84个混凝土立方体试件进行加载应力比分别为0.00:0.00:1,0.05:0.05:1,0.10:0.10:1,0.15:0.15:1和0.20:0.20:1的三轴受压试验,分析三轴抗压强度的尺寸效应。试验结果表明:在各加载应力比下,混凝土试件的三轴抗压强度均存在尺寸效应现象;试件的三轴抗压强度随应力比的增大成倍的增长;随加载应力比的增大试件三轴抗压强度尺寸效应现象越来越不明显;三轴受压时试件有2种破坏形式,当应力比在0.00:0.00:1～0.15:0.15:1之间时发生柱状劈裂破坏,当应力比为0.20:0.20:1时,发生挤压流变破坏。     

卸荷岩体强度与破坏特征试验研究

为进行不同卸荷应力路径下岩石强度与破坏特征研究,对红砂岩进行三轴压缩与峰前、峰后和峰前逐步卸除围压轴压随动减小的试验研究。在此基础上分析得到,在卸围压的过程中轴向应力和围压均随应变的增大而呈线性减小且其下降模量随着围压下降速率的增加而增加。试样在卸围压破坏后的残余强度与其卸除围压水平大小呈直线关系,岩石的破坏为脆性破坏,而且从其剧烈程度来讲,峰前卸围压的大于峰后卸围压,峰后卸围压又大于加载试验。     

刚性与柔性边界下砂离散元三轴试验力学特性对比分析

为更好地从细观角度探究砂的变形破坏规律,对比不同围压加载方式下离散元三轴试验模型的有效性。采用颗粒流软件(PFC),考虑刚性和柔性两种围压加载方式,对不同密实度的HST95砂土试样建立离散元三轴试验,并结合相关室内三轴试验结果,讨论两种围压加载方式下砂土试样的力学特性、变形特性和剪切破坏过程。研究结果表明：柔性围压加载条件下模拟效果更好,且对于相对密实度越大的试样,柔性围压加载方式优于刚性围压加载方式：与室内试验结果相比,柔性围压加载下的应力应变结果误差均在10%以内,刚性围压加载结果误差在7%～53%范围内;30%密实度与70%密实度试样在刚性围压加载下,20%轴向应变时体积应变分别约为室内试验结果的0.6倍和1.1倍,且大剪切应变下试样体积缩小与实际不符。柔性围压加载下两种密实度试样的体积应变误差在1%以内;柔性围压加载下的试样可以更好地还原侧向鼓胀变形下的剪切破坏特征,并揭示剪切带的形成发展过程。     

三轴应力下黏性土的微结构及其演化规律

利用河海大学自行研制的岩土材料微细结构光学测试系统,进行三轴应力下黏性土微结构特征参数的定量分析,研究三轴应力作用下黏性土微结构的演化规律及其力学特性。研究结果表明:重塑黏性土样在围压较低时,以均匀性破坏为主,局部化变形破坏为辅;荷载作用下,颗粒或孔隙的聚合和崩解同时发生,没有那种过程占据明显的优势;压缩过程中,颗粒所占面积增加,孔隙所占面积减小;颗粒的初始扁圆度越高,压缩过程中颗粒圆度值降低幅度越大,颗粒形状变化也越明显;随着制样含水量的提高,颗粒圆度不断增大,其空间排列变得紧密;随着具有微膨胀特性的黏性土含水量的增加,土体的强度显著下降,加载后的应变率增大。     

粉质黏土强度特性应变速率效应的试验研究

应变速率是影响土体强度特性的主要因素之一。通过粉质黏土在不同应变速率和围压下的三轴试验,分析应变速率对应力-应变关系的影响机理。结果表明:应变速率效应受到土骨架黏滞性、固结和孔隙压力的综合影响,各因素对围压和应变速率的响应不同。高围压和低应变速率有利于固结,低围压和高应变速率会增大黏滞性作用比例,高围压和高应变速率会增强孔隙压力影响。峰值强度在高围压下随应变速率的增大先减小、后增大、再减小,在低围压下则先减小、后增大,应变速率临界值随围压的增加而增大,应变速率敏感程度随围压的增大而降低。弹性模量在低围压下随应变速率单调增大,在高围压下先减小、后增大。可以分别采用线性函数和二次多项式描述应变速率对土体力学和变形参数的影响规律。     

CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆变形及力学特性动三轴试验研究

CA砂浆是板式无砟轨道的关键组成部分,起弹性垫层的作用。为研究CRTSⅡ型CA砂浆在围压和荷载幅值耦合作用下的变形及疲劳后力学特性,采用GDS三轴仪在5种荷载幅值(0.3,0.35,0.4,0.45,0.5 kN)和4种围压(0,200,400,600 kPa)作用下进行室内动三轴试验,得到累积应变及疲劳后峰值强度的变化规律,并对影响疲劳后峰值强度的荷载幅值和围压进行二元线性回归分析。结果表明:疲劳后的峰值强度随荷载幅值的增加而线性降低,随围压的增加而线性增加;围压增大,荷载幅值对峰值强度的影响减弱,荷载幅值增大,围压对峰值强度的影响作用增强;荷载幅值和围压二元线性回归分析的相关系数为0.973;同一围压下,累积应变随循环次数增加而增加,增长速度渐渐变缓;同一循环次数下,累积应变随荷载幅值的增加而增加,且随着围压增大,荷载幅值对累积应变的影响减弱。     

RPC-NC叠合面剪切滑移试验研究

RPC(活性粉末混凝土)作为一种新型超高性能混凝土材料,具有高耐久性、高抗拉压强度及优异的变形能力。但由于其生产工艺相对复杂,制作成本相对较高,预制RPC构件多为实际工程所用。为了克服RPC在实际工程中应用的局限性,各种RPC组合构件应运而生,其中RPC与NC(普通混凝土)叠合构件即为一种有效的应用途径。然而,RPC-NC叠合构件叠合面的力学性能是决定两种材料是否能良好共同工作的关键因素。对36个RPC-NC双面剪切试件进行试验研究,考虑NC强度等级、叠合面正压力等级的影响,对试件破坏形态及剪应力与界面滑移量曲线进行分析。结果表明,无侧向压力试件界面抗剪强度随普通混凝土强度等级升高而增大;有侧向压力试件其抗剪强度随侧压力等级升高而大幅增加,但增加幅度逐渐减缓。     

FRP布约束混凝土圆柱轴心受压性能非线性有限元分析

采用非线性分析程序ABAQUS，考虑混凝土在三轴状态下的非线性行为及纤维增强材料（FRP）布对混凝土的被动式约束，对轴压下FRP布约束混凝土圆柱试件的受力行为进行分析，研究FRP布与混凝土的相互作用以及纤维含量对约束混凝土极限强度和极限应变的影响。结果表明：非线性有限元分析结果与实验结果吻合良好，非线性有限元分析可较好预测FRP布约束混凝土柱的轴心受压性能；随着FRP布层数的增加，FRP布约束混凝土的极限强度和极限应变提高，FRP布对混凝土的约束作用明显增强；FRP布对混凝土约束力主要在混凝土屈服后发挥。根据实验和有限元分析结果，得到约束混凝土极限强度和极限应变与纤维约束特征值的关系。     

级配钢纤维活性粉末混凝土的动态拉伸性能的试验研究

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)对直径为70 mm的圆柱体试件的动态拉伸性能进行研究,得到了不同应变率下的混凝土劈裂拉伸强度和拉伸应力-时间曲线,并与静态劈裂拉伸强度进行了对比。根据试验结果,讨论了含不同种类钢纤维的活性粉末混凝土的动态拉伸性能,以及3种钢纤维级配下的钢纤维活性粉末混凝土的动态拉伸性能;总结了级配钢纤维活性粉末混凝土的应变率效应,以及影响钢纤维混凝土动态拉伸性能的因素。     

常温养护下正交异性钢板-RPC组合桥面力学研究

为了解决正交异性桥面板铺装破坏和钢桥面板开裂的问题,提出一种常温养护下正交异性钢板-活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立局部有限元模型,并计算对比常温RPC组合箱梁、纯钢箱梁、高温RPC组合箱梁和普通混凝土组合箱梁的桥面系应力状态;同时开展局部模型静载试验。研究结果表明:常温养护下RPC抗压强度、抗折强度和弹性模量与普通混凝土相比有明显的提高;常温养护的RPC组合箱梁的RPC层拉应力达到了6.45 MPa,未出现裂缝,此应力远高于普通混凝土的抗拉强度,从而为解决桥面铺装破坏提供了思路;常温RPC组合箱梁和高温RPC组合箱梁桥面板应力降幅都超过了80%,明显大于普通混凝土组合箱梁,从而改善桥面板疲劳性能。常温养护的RPC在施工现场便于制作,应用前景较好。     

淤泥质土及其改良土体动力特性试验研究

为探究佛山淤泥质土及掺加超细水泥改良土体的动力特性,依托佛山地铁2号线一期工程,对隧址区内的淤泥质土及掺加超细水泥的改良土体进行动三轴试验。研究结果表明:相同围压条件下,随超细水泥掺量增加,土体抗剪强度增大,动剪切模量增大,最大阻尼比减小;对于同一土样,随围压增大,土体抗剪强度增大,动剪切模量不断增大;不同围压条件下的阻尼比随剪应变的变化均可分为两个阶段,当剪应变较小时,阻尼比与围压呈负相关,在剪应变较大时,阻尼比与围压呈正相关;掺加超细水泥对淤泥质土具有较好的改良效果,掺加超细水泥400 kg/m~3土体的动黏聚力为4.4～7.5 kPa,动内摩擦角大小为1.9°～5.16°。本文测定出淤泥质土原状土及改良土体在振动作用下的各项参数,为研究隧道长期不均匀沉降特性提供基础数据。     

地震荷载下高含冰量冻土的动力特性试验研究

地震荷载作用下高含冰量冻土的动力特性试验研究对西北地区地震多发地段的冻土工程的抗震设计具有重要意义。通过选取兰州的重塑冻土进行动三轴试验,分别研究了地震荷载下不同控制温度(-6,-3,-1℃)、不同含水量(30%,50%,75%)以及不同围压(0.3,0.5,1,2 MPa)下高含冰量冻土的动应力应变关系和动弹性模量。试验结果显示,不同条件下冻土的动应力应变关系呈Hardin-Drnevich双曲线模型,并且不同温度、不同围压和不同含水量对模型参数都有着影响。动弹性模量随温度升高而减小,温度每升高1℃,弹性模量就下降12～15 MPa。围压对动弹性模量的影响有强化作用和弱化作用,-6℃时动弹性模量随围压增大而增大,-1℃时大应变情况下动弹性模量随围压增大而减小。对于高含冰量冻土,动弹性模量随含水量的增大先减小后增大。     

含石率对石英砂岩类碎石土力学特性的影响研究

为探究含石率对石英砂岩类碎石土力学特性的影响,以湖南益阳某滑坡石英砂岩类碎石土为研究对象,对24组碎石土试样在不同围压(100,200和300 kPa)下进行三轴力学试验。研究结果表明:10%~30%含石率碎石土的应力应变曲线与正常固结土的应力应变曲线不同,在较高围压下出现了应变软化现象。这表明碎石的加入,会改变原有正常固结土的受力特性。该类碎石土的黏聚力随含石率的增加基本呈下降趋势,但摩擦角的大小则随含石率的变化存在一定的波动,相对来说,中等含石率范围内的摩擦角相对最大。低围压下(100 kPa),该类碎石土抗剪强度随含石率的升高而降低,中高围压下(200 kPa和300 kPa),其抗剪强度随含石率的变化总体呈降低趋势,但含石率为30%与50%时出现了峰值抗剪强度,表明该类碎石土的强度与稳定性同含石量的多少有关,在分析该类地层对工程的影响时应结合具体工程目的而做出相应的决定。     

温度作用天数对CRTSⅡ型CA砂浆抗压性能影响试验研究

CA砂浆是温度敏感性材料,温度变化及作用时间将直接影响其力学性能,从而影响到无砟轨道的耐久性和安全性。为研究温度作用天数对CRTSⅡ型CA砂浆抗压性能的影响,将CA砂浆放置于3种温度25、40、60℃中分别10、20、30 d,在常温中冷却6 h后采用GDS三轴仪对其进行单轴压缩试验,分析抗压强度、弹性模量和应力应变曲线的变化规律,并对其变化机理进行分析。结果表明:CA砂浆的单轴抗压强度随温度和放置天数的增长均呈线性增长,线性相关系数均在0.9以上;弹性模量随温度和放置天数的增长而增长;由于沥青高温中老化以及软化迁移,CA砂浆的应力应变曲线呈现脆性破坏特征,而且残余强度随放置温度的升高而降低。     

钢管自密实混凝土轴压受力机理试验研究

通过钢管混凝土短柱轴压试验,研究不同混凝土强度等级、钢管中部是否开小孔或不同高度的横槽以及不同加载方式对钢管自密实混凝土极限承载力、荷载—变形曲线和荷载—横向变形系数曲线的影响,探究钢管自密实混凝土的轴压受力机理。试验结果表明:当钢管与混凝土轴压同时受荷时,采用不同尺寸的应变片或中部某标距范围内的位移计测试可准确记录钢管的轴向变形;随着混凝土强度等级的提高,钢管自密实混凝土极限承载力不断增大,而剩余承载力基本不变;钢管与混凝土是否同时受荷对极限承载力和剩余承载力影响不大;钢管开小孔,钢管自密实混凝土轴向压缩变形性能减弱,钢管轴向承压能力减弱,而极限承载力和剩余承载力基本不变;钢管开槽,其受力机理发生变化,变形性能减弱,极限承载力降低,钢管更多地参与横向受拉工作。