基于离散单元法的道砟循环加载双轴试验研究

为从微观上分析列车循环荷载作用下道砟强度和刚度变化以及塑性变形的发展,用离散单元法模拟其在一次及二次加载条件下的双轴试验,分析2种情况在不同围压下道砟的力学特性并进行比较。结果表明:(1)第一次加载完成后,偏应力-轴向应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要取决于围压高低;体应变-轴向应变曲线包括剪缩和剪胀2个阶段,剪缩阶段比较短。(2)第二次加载完成后,不同围压的偏应力-轴向应变曲线均为硬化型,道砟整体强度和刚度减小,塑性变形发展迅速;试验过程中,道砟颗粒一直处于剪胀状态。     

轨道车辆吸能装置碰撞试验与数字仿真研究

以某城市轨道车辆的防爬器为研究对象,重点进行了与防爬器铝合金材料率相关的应力应变曲线测试、防爬器碰撞试验及相关的数字模拟计算。研究表明Johnson-Cook本构模型能够很好地模拟该防爬器材料在大应变变形或材料失效时的物理力学特性,且数字模拟计算的塑性变形过程与碰撞试验结果保持了合理的一致性;防爬器加速度、纵向位移的仿真结果和碰撞试验数据相对误差均小于10%,满足EN15227-2008的防撞性验证要求。因此通过试验数据对有限元分析模型进行校正,可以提高有限元模型的精确度,为以后改进和优化车体结构提供参考和帮助。     

受酸腐蚀砂岩力学特性及其统计损伤本构模型

酸性侵蚀环境使得隧道、桥梁、房屋等结构劣化，耐久性和承载性能降低，服役时间缩短，最终导致各种灾害事故发生。为深入探究酸性溶液对岩石力学性能的影响，采用室内长期加速腐蚀试验，对pH=1、3、5的盐酸HCl以及pH=7的蒸馏水(H₂O)腐蚀作用下砂岩的单轴力学劣化特性进行系统研究。基于连续损伤力学和统计理论，借助CT扫描试验分析结果，引入化学-荷载共同作用损伤变量，建立考虑受酸腐蚀砂岩应力-应变曲线压密段的统计损伤本构模型，基于单轴压缩试验结果对模型进行验证。研究结果表明，腐蚀岩样单轴压缩应力-应变曲线的压密段变长，弹性段变短，轴向峰值应力、弹性模量和泊松比减小，轴向、径向峰值点应变增大；腐蚀岩样的裂隙闭合点应变增大、裂隙压缩段变长、裂纹扩展段延长，其脆性特征减弱，柔性特征增强，岩样越来越表现出柔性材料的特征；浸泡溶液pH值越小，浸泡时间越长，岩样损伤软化效应越明显。试验曲线与理论曲线的对比结果表明，所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映受酸腐蚀砂岩在荷载作用下的变形特性。研究结果可为受酸腐蚀岩体的稳定性及减防灾分析提供理论基础。     

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。     

机车钢化玻璃在半正弦波动态加载下的力学特性

区别以往矩形波加载技术,将SHPB半正弦波加载技术运用到测试机车钢化玻璃动态本构关系中,研究钢化玻璃在中低应变率下的力学特性;试验中利用半正弦波加载实现了恒应变率加载,并且消除P-C振荡效应,加载应力平衡,试验数据可信度较高;根据试验结果可知,钢化玻璃材料σ-ε关系具有双线性特性,且率相关性特征明显,应变率在326 s~(-1)以下时,最大主应力与应变率可拟合为较好的线性变化关系,斜率约为2.76,应变率在326 s~(-1)~529 s~(-1)之间,最大主应力随应变率增加增幅放缓,呈现斜率逐渐减小的上凸抛物线变化规律。     

透明砂土力学性质三轴试验研究

研究目的:透明砂土是利用熔融石英砂和具有相同折射率的孔隙液体配置的新型岩土工程材料。为深人了解其力学特性,本文采用三轴仪对粒径为0. 5～1.0 mm和1.0～3. 0 mm的熔融石英砂进行CU和CD试验,对比分析二者的应力应变、孔压、有效应力比等参数变化规律,并且通过试验分别计算得到粗砂和细砂的E-μ模型参数,为开展数值计算提供相应参数。研究结论:(1)松散的透明砂土试样应力应变曲线表现出硬化特性;(2)粗粒径试样应力应变曲线陡峭,达到峰值的速率较细粒径试样快;(3)固结不排水剪切试验粗粒径试样孔压值大于细粒径的孔压值,二者的孔隙水压力系数A_f随着围压的增大而呈减小趋势;(4)可以用透明砂土模拟天然土体,不同粒径的透明砂土可以表征不同土体;(5)该研究成果可为基于透明土技术的模型试验研究提供参考。     

煤矸石路基填料强度与变形特性研究

煤矸石作为高速公路路基填料已得到广泛应用,但对煤矸石的研究远落后于工程实践.根据Talbot推广的级配控制方程,采用人工级配的方法,通过大型三轴试验研究煤矸石路基填料在不同围压、不同级配和不同压实度下的强度及变形特性.试验结果表明:煤矸石路基填料的轴向应变均随轴向应力的增加而增加,应力-应变曲线无明显峰值,属于应变硬化型;当围压不变时,随着A值即粗颗粒含量的增加,相同轴向应变下的轴向应力呈先增后减的趋势变化;压实度达93％以后,继续提高压实度对试样强度增长作用效果不明显;煤矸石应力-应变曲线可以用邓肯-张双曲线本构模型拟合,并获得了双曲线本构模型的具体参数.     

胶济客运专线非饱和原状粉质黏土固结试验

饱和度的高低是影响非饱和土固结变形特性的重要因素.针对不同饱和度的原状粉质黏土进行固结试验,得到粉质黏土的应力-应变及变形-时间的关系曲线,在此基础上综合分析应力、应变和时间三者之间的关系,进而对非饱和原状粉质黏土和浸水饱和后粉质黏土的固结压缩特性进行研究.     

普通混凝土落锤冲击动态力学性能试验研究

为研究普通混凝土材料的动态冲击力学性能,利用改进的落锤冲击试验装置,对C30混凝土圆柱体进行低速冲击试验。为降低落锤冲击惯性效应并获得稳定的加载速率,试验采用不同厚度的橡胶或海绵作为波形整形材料;采用20 mm厚橡胶时可消除惯性力影响,延长加载时间,使试件纵向应力趋于均匀分布,并实现恒定速率加载。试验结果表明:冲击荷载下混凝土破坏形态与静载下相同,动态增大系数(DIF)、极限应变与吸收能量随应变率增加而增加,在本文试验参数范围内应变率对混凝土应力-应变曲线形状影响较小。对已有混凝土动态力学性能试验结果进行统计和对比,验证了CEB2010规范公式偏于保守地描述了DIF与应变率的关系,且本文的研究结果填补了应变率10-1/s~100/s范围内试验数据。     

CRTSⅠ型CA砂浆动态压缩试验及本构关系研究

研究目的:水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)层充填在CRTSⅠ型板式无砟轨道的轨道板和底座板之间,起着支承、传载、调整、减振隔振等功能,因此需要全面研究CA砂浆的力学性能。本文以现场取样CA砂浆圆柱体试件为对象,考虑10-5s-1~10-2s-1四种不同应变率,在位移和应变率双重控制下,测试动力加载条件下单轴受压应力-应变全曲线;研究抗压强度、峰值应变、弹性模量等力学参数的应变率效应以及本构方程。研究结论:(1)应变率对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变率的增加而增大,其中抗压强度应变率敏感性最强,在10-5s-1~10-2s-1应变率范围内,强度可提高2.5倍左右;(3)CA砂浆在不同应变率下的应力-应变曲线形状相似,不同应变率下CA砂浆的应力-应变关系可以用本文提出的有理分式表达;(4)通过与试验数据对比发现,本文提出的不同应变率下CA砂浆的本构方程与试验结果吻合较好,研究成果可为CA砂浆率型本构模型的建立提供试验基础,从而应用于板式轨道的动力设计中。     

压实全风化红层泥岩填料力学特性及其影响因素

将全风化红层泥岩压实后用作高速铁路路基填料可以有效缓解西南地区优质填料缺乏的现状，但前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律尚不明确。为此，采用一维膨胀试验、直剪试验及压汞试验，研究前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律，并揭示其影响机理。结果表明：压实全风化红层泥岩填料在浸水后的膨胀变形可分为初次膨胀、二次膨胀及变形稳定3个阶段，初始干密度越大、初始含水率越低、竖向荷载越小，膨胀率和二次变形系数越大；初始状态相同时，膨胀-固结路径下压实全风化红层泥岩填料的膨胀率和膨胀力大于固结-膨胀路径下的；前期变形路径对抗剪强度的影响较小，但固结-膨胀路径下填料应力-位移曲线由软化向硬化的过渡较膨胀-固结路径表现出明显的滞后性；固结-膨胀路径下压实全风化红层泥岩填料特征孔径比膨胀-固结路径下的分布密度更低、数量更少。     

GFRP锚杆锚固黏结性能试验研究

通过对9个不同直径的GFRP锚杆拉伸试验及27个不同直径和表面形态的GFRP锚杆黏结性能试验,得到GFRP锚杆受力过程中材料应力-应变曲线及其与混凝土的黏结滑移曲线,分析直径对GFRP锚杆力学性能,直径和表面形态对GFRP锚杆黏结性能的影响。试验结果表明:GFRP锚杆受力过程中应力-应变曲线为一条通过原点的斜直线,属于线弹性材料,GFRP锚杆的极限抗拉强度及应变随着试件直径的增大而有所下降,延性降低;GFRP锚杆与混凝土黏结强度随着直径的增大而减小,荷载段滑移量增加;GFRP锚杆表面形态对黏结强度的影响较明显,加大螺距和丝槽或改变肋高度、间距和宽度等这些表面形式可以提高机械咬合力,获得更好的黏结效果,同时减小滑移量;根据试验成果建立GFRP锚杆黏结滑移本构模型,研究成果为GFRP锚杆数值分析和预应力GFRP锚杆工程应用提供试验依据。     

交通荷载引起的静偏应力对压实黄土动力特性的影响

区别于地震荷载,交通荷载作用下的静偏应力对土体动力特性的影响显著。通过室内动三轴试验研究静偏应力对压实黄土动应力-应变关系的影响规律,分析动模量随加载振次的变化规律。结果表明:静偏应力可以显著提高同等动应变幅值下土体的动模量;随着静偏应力的增加,土体的动应力-应变关系在一定的起始动应变幅值范围内呈线性关系。当不考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐衰减;当考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐增大。此外,通过将动力荷载作用下土体的循环累积应变分解为动力蠕变和弹性应变,对土体的滞回特性进行了修正,修正之后静偏应力对土体动模量的强化作用更加明显。修正方法可为交通荷载作用下路基的动力响应和长期变形分析提供更为清晰的研究思路和意义明确的力学参数。     

含水量对膏溶角砾岩力学性能影响的研究

针对不同含水路径的膏溶角砾岩试样,采用RMT-150B型岩石电液伺服试验机,进行了人工增湿和天然情况下力学性能的试验研究.比较分析了人工增湿和天然条件下含水量对岩石应力——应变曲线、峰值强度、峰值应变、弹性模量和泊松比变化情况.分析结果表明,含水量的不同对岩石的峰值强度、弹性模量和峰值应变等力学性质有显著影响,随着含水量的增加,膏溶角砾岩的力学性能劣化明显,峰值应力和弹性模量呈指数减少,而峰值应变呈线性增大.含水量相同情况下,人工增湿的岩样相对于天然含水量岩样,岩石的力学性质发生了很大的变化,峰值应力、弹性模量都有很大的下降,表现出不同含水路径力学特性的差异.基于力学性质随含水量的变化,从膏溶角砾岩弹性模量变化规律入手,导出了水的物理化学损伤演化方程和一维WM(water and mechanical)耦合损伤本构方程.     

温度与围压作用下的岩石损伤本构关系研究

基于统计强度理论及损伤力学原理,以H-B准则为岩石强度准则,构建考虑温度与围压共同作用的岩石损伤演化方程及本构模型,采用理论推导与试验相结合的方法推导出模型参数;根据前人的试验参数,拟合出某大理岩在15 MPa围压、不同温度和200℃、不同围压下的应力应变曲线,与试验曲线进行比较以验证模型的可靠性。研究结果表明:所构建的岩石损伤演化方程和本构模型在15 MPa围压和不同温度情况下以及200℃温度和不同围压情况下的拟合应力应变曲线与试验曲线吻合良好,岩石杨氏模量、峰值应力和峰值应变高度一致,能够很好地反映岩石在温度和围压作用下的损伤演化和本构关系,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性和可靠性;为岩石力学的发展和工程应用提供了新的岩石损伤模型和本构模型,具有一定的理论价值和实际意义。     

蒙辽客运专线粉砂地基固结压缩特性的三轴试验研究

依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路路基工程,对细颗粒含量分别为10%、15%、30%和40%的中密状态粉砂开展一系列室内固结不排水三轴试验研究,通过试验研究不同细颗粒含量粉砂在不同围压条件下的应力-应变关系、孔隙水压力的涨消发展模型及初始剪切模量的发展规律,揭示细颗粒含量和围压对中密状态粉砂应力-应变关系、孔压演化特性及初始剪切模量的影响规律。结果表明:空间应力状态下的不同细颗粒含量中密粉砂的应力-应变关系曲线以硬化型为主,符合增长型双曲线模式,且随着围压的增加,应力-应变关系曲线呈现强硬化状态,随着细颗粒含量的增加,应力-应变关系曲线呈现弱硬化状态。孔隙水压力的变化表现为随剪切的发展先经过一段上升过程,达到峰值后又开始下降,且随着细颗粒含量的增加,围压的增大,孔压的峰值越高,孔压消散速度降低,剪切完成后的残余孔压越大。初始剪切模量与围压呈正相关,即随着围压的增大而增大。同时,运用ABAQUS有限元程序建立计算机模型模拟试验,进一步验证上述分析结果的真实性与可靠性。     

原状湿陷性黄土的结构性本构模型

研究目的:黄土的应力和含水率状态对应着一定的结构状态,微观结构性的改变,引起宏观力学性状的改变。湿陷性黄土在力与水的共同作用下,产生原生结构性的损伤和湿陷变形,对增湿和加荷耦合作用下的结构性变化规律,应力应变关系和增湿变形等力学特性的研究有重要的意义。研究结论:不同含水率和固结围压条件下原状结构性黄土的应力应变变化规律,以及由增湿、固结作用和剪切变形反映了土体结构性损伤规律;统一考虑增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,建立的反映结构性变化的非线性本构模型,能够描述应变软化和硬化型应力应变关系曲线,实现了土的结构性与其本构模型研究的统一。     

农业废弃植物纤维衬垫缓冲性能及应用研究

通过农业废弃植物纤维衬垫的静态压缩试验,比较植物纤维缓冲衬垫、蜂窝纸板与EPS泡沫塑料的应力-应变(σ-ε)曲线;并绘制出植物纤维衬垫的缓冲系数-最大应力(C-σm))曲线、缓冲系数-应变量(C-ε)曲线、缓冲系数-变形能(C-E)曲线供缓冲设计使用;最后对农业废弃植物纤维缓冲衬垫在铁路大宗货物运输中的应用进行了研究。     

不同细粒含量高压密级配碎石力学特性研究

为了探讨细粒含量对级配碎石力学特性的影响,开展细粒含量分别为0％,5％,10％和20％的高压密级配碎石在不同含水状态下的固结不排水三轴试验.研究不同细粒含量级配碎石的应力应变和孔压特性,分析不同细粒含量级配碎石结构特征对强度的影响.研究结果表明:随着细粒含量增加,级配碎石的最大干密度、内摩擦角和峰值强度均呈现先增大后减小的变化规律,在细粒含量为10％左右时达到最大;细粒含量不同级配碎石的强度特性是由其结构特征决定的,细粒含量10％附近试样的土体结构为骨架密实型,最大干密度达2.37 g/cm3,强度特性明显优于其他细粒含量试样;含水率提高时,级配碎石强度变化取决于水的软化削弱和负孔压增强的综合作用.研究成果为高速铁路基床表层填料的选取提供了参考依据.     

30t轴重浴盆式敞车车体非线性分析

利用ANSYS软件建立了30 t轴重浴盆式敞车车体的有限元模型,并基于材料非线性和几何非线性特性对车体进行了分析,得到了车体结构的Von Mises应力云图和结构响应曲线。分析结果表明,车体结构的应力-应变响应曲线满足材料的本构关系,在规定的纵向压缩载荷下不会发生屈曲失稳现象,满足AAR M—1001《货车设计制造规范》的要求。