冻融循环下橡胶-砂胶结材料力学特性试验

在季节性冻土区，冻融作用将改变桩周土体的强度，并诱发桩基发生病害，研制桩周土体置换材料，探明温度及冻融循环对其力学特性的影响机理，对于季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害的防治非常必要。利用橡胶颗粒、砂和聚氨酯胶黏剂制作试样；开展不固结不排水三轴压缩试验，获得不同条件下橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线；并通过非线性拟合和回归分析，建立试样切线模量和切线泊松比与轴向、径向应变之间的拟合关系式；据此分析了橡胶-砂胶结材料试样在不同的冻融循环次数、温度及围压等条件下的力学特性。结果表明：橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线没有峰值点，为典型的应变硬化型材料；橡胶-砂胶结材料的切线模量介于2.0～9.0 MPa之间，温度对试样破坏强度和切线模量的影响较大，而冻融循环次数和低围压对试样破坏强度和切线模量的影响相对较小；橡胶-砂胶结材料试样的切线泊松比介于0.50～0.75之间，径向应变越大，切线泊松比也越大。相对而言，切线泊松比受冻融循环次数、温度及低围压的影响并不明显，可忽略不计。橡胶-砂胶结材料有望为季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害防治提供支撑。     

基于PFC2D的水泥土单轴压缩试验及细观数值模拟

对不同水泥掺量下的软土稳定土试样分别开展单轴压缩试验,基于测试结果对土样的变形过程进行PFC^2D离散元颗粒流细观数值模拟,分析破坏后水泥土的力学行为和位移场分布。结果发现：随着水泥掺量增加,固化软土试样的单轴抗剪强度与弹性模量表现出指数函数上升的规律,破坏应变随水泥掺量增加呈二次函数的变化特征;由PFC^2D离散元颗粒流模拟得到的水泥土试样的力学参数及应力-应变关系曲线与试验实测结果较为接近,离散元模拟结果也显示水泥掺量对土体力学性能有明显影响;随着水泥掺量的增加,固化软土的破坏形式逐渐由压碎破坏向剪切破坏模式过渡;由离散元模拟得到的位移矢量场准确地反映了水泥固化软土在单轴压缩荷载作用下的破坏模式特点。     

高掺量废旧橡胶环氧树脂混凝土性能的试验研究

为了考察废旧橡胶环氧树脂混凝土(Waste Rubber Epoxy Resin Concrete,简称WRERC)的性能,探讨其作为路面修复材料的可行性,采用废旧橡胶等体积替代砂石集料制备了高掺量(0-50%)WRERC,研究了废旧橡胶掺量对WRERC孔隙率、力学性能和冻融耐久性的影响。试验结果表明:随着橡胶掺量增大,WRERC孔隙率在掺量低于30%时逐渐增大而后趋于稳定,抗压强度呈近似线性降低,抗压极限应变在掺量低于40%时基本保持不变而后显著增大,抗压应力-应变曲线逐渐趋于平缓,柔性因子增大。冻融试验结果表明,经300次冻融循环,WRERC外观保持完好,未出现裂缝或胶凝材料剥落现象,基本没有质量损失;橡胶掺量增大和冻融次数增加对WRERC抗压应力-应变曲线作用效果相似,均使曲线趋于平缓,峰值应力降低,峰值应变增大,弹性区和塑性区延长;随着冻融循环次数增加,WRERC抗压强度损失率和柔性因子均增大,且橡胶掺量越高,作用效果越明显;橡胶掺量和冻融次数双重作用致使WRERC力学性能劣化,且橡胶掺量影响更大。建议高掺量WRERC可用于非机动车道、停车场、步行街、跑道等场所的铺装修复以及通过降低孔隙率来提升其耐冻融性能。     

橡胶沥青应力吸收层性能试验研究

采用埃索70#基质沥青,以布氏旋转粘度、25℃针入度以及软化点为评价指标,进行橡胶沥青最佳胶粉掺量设计,在此基础上,采用疲劳试验和剪切试验来评价橡胶沥青应力吸收层的性能。试验结果表明:1)以橡胶沥青胶结料的布氏粘度、25℃针入度及软化点指标为标准确定的最佳胶粉掺量为18%(外掺);2)从加工工艺合理性、老化程度等因素考虑,橡胶沥青生产搅拌时间75~105 min比较合理;3)相比Strata应力吸收层、热改性沥青以及改性乳化沥青封层,橡胶沥青应力吸收层具有较好的抗疲劳性能和层间抗剪切性能,但其温度敏感性较差。     

反复冲击压缩高岭土动力特性SHPB试验

为了探明软黏土在反复冲击压缩荷载作用下的动力响应，利用SHPB（Split Hopkinson Pressure Bars）试验技术，建立高岭土SHPB试验系统，进行反复冲击压缩试验。通过比选确定合理的试样厚度、整形器和冲击速度用以提高试验结果的精度；开展了7组不同厚度、含水率和冲击速度的高岭土试样测试，试样厚度分别为10，15 mm，含水率分别为24%、29%和36%，冲击速度分别为3，5 m·s^-1。试验结果表明：含水率29%的试样，冲击速度为5 m·s^-1更有利于试样应力均匀性的实现，反复冲击次数的增加亦提高了试样的均匀性，在反复冲击后，试样应变量下降约16%，而应力峰值提高了约30%；反复冲击过程中，高岭土试样的应变出现软化现象，随着冲击次数增加，试样的应变峰值经历“降低-上升-降低”的过程；平均应变率与含水率反相关，相同试样厚度下，冲击速度为5 m·s^-1，含水率为24%的试样反复冲击下的平均应变率最大为210 s^-1，冲击速度为3 m·s^-1，含水率为24%的试样的平均应变率依然最大为177 s^-1；高岭土试样的压缩波速主要受含水率的影响，含水率越高，波速越大，含水率为36%的试样波速最大值为313 m·s^-1，厚度为10 mm的试样能更有效获取冲击压缩波速。     

珊瑚砂填料强度特征试验研究

珊瑚砂颗粒群堆积状态具有大孔隙特征,但强度指标相对偏高。基于不同组构的珊瑚砂单元体试样剪切试验,不仅验证了珊瑚砂偏高的强度特征,且进一步揭示了珊瑚砂强度包线的非线性特征。即低应力水平时珊瑚砂强度偏高,显然与珊瑚砂颗粒运移时的低应力颗粒棱角破碎强度分量与剪胀强度分量综合效应最优有关;高应力水平时基于状态的珊瑚砂剪胀分量明显弱化,且颗粒棱角破碎做功影响减弱,珊瑚砂的强度特征更加接近传统滑动剪切模式时的摩尔库伦直线破坏准则。此外,试验结果揭示了珊瑚砂超高应变时,仍具有偏高的残余强度特征。由此揭示了珊瑚砂填筑场地的高承载力特征,或作为土工结构填料时的良好稳定性。     

基于离散元方法的橡胶颗粒沥青路面破冰数值模拟研究

采用自主研发的路面破冰模拟试验仪,对不同橡胶颗粒掺量的沥青路面进行室内破冰试验,研究了不同橡胶颗粒掺量的破冰效果,并利用离散元方法构建了2 mm冰层的橡胶颗粒沥青路面结构细观模型,数值模拟了标准轴载作用下橡胶颗粒沥青路面结构的细观响应。结果表明:3%掺量的BPN加权平均回升量比2%、4%掺量分别增加11.45%、1.46%,3%掺量的BPN加权平均回升率比2%、4%掺量分别增加11.22%、3.06%;在竖向荷载作用下,橡胶颗粒沥青路面结构中的接触力呈非均匀分布,主要集中于轮胎下方区域;橡胶颗粒掺量为3%时,荷载作用前后路面结构的最大接触力最大,分别为2.705×103N、2.706×103N,路面结构中的应变能分别为掺量2%的1.34倍、掺量4%的1.25倍。此外,数值模拟结果与室内试验结果一致,从细观角度阐释了橡胶颗粒沥青路面的破冰机理。     

橡胶-水泥稳定碎石持强增韧特性研究

为了增加水泥稳定碎石半刚性基层材料的韧性，有效提高其抗裂性能，以减少因基层开裂引起的路面反射裂缝，以粒径为2.36~4.75 mm的橡胶颗粒等体积替换同粒径的集料，制备了持强增韧型橡胶-水泥稳定碎石材料。橡胶颗粒掺量分别为该粒径集料总体积的38%、57%、76%和95%。采用材料试验系统（MTS）开展了7 d无侧限抗压强度试验、四点弯曲强度试验和劈裂强度与模量试验，揭示了无侧限抗压强度、最大劈裂与弯拉应变及劈裂动态模量随橡胶颗粒掺量的变化规律，提出了一种强度满足规范要求、模量可调控的水泥稳定碎石材料制备方法。研究结果表明：橡胶-水泥稳定碎石的7 d无侧限抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加而减小，且两者呈幂函数关系，当掺量在80%以下时可满足规范中的强度要求；最大劈裂应变随橡胶颗粒掺量的增加而逐渐增大，在保证强度的基础上，极限应变最大可达到传统水泥稳定碎石的1.9倍，而弯拉应变则先增大后减小，在保证设计强度的前提下，极限应变最大可达到传统水泥稳定碎石的3.79倍；劈裂动态模量随橡胶颗粒掺量的增加而减小，两者呈幂函数关系；橡胶-水泥稳定碎石的韧性较传统水泥稳定碎石显著增强，从而提高了其作为半刚性基层材料的抗裂性能；橡胶颗粒的掺入使水泥稳定碎石在保证强度的前提下，实现了破坏应变显著增大（即断裂能显著增大）、模量可调可设计的功能。     

橡胶颗粒混合砂抗液化性能研究

为了探究橡胶颗粒掺入砂土路基制成混合砂材料时的抗液化性能,本文通过筛分试验及动三轴试验开展相关研究,分别分析了橡胶颗粒掺量、粒径及混合砂材料的围压大小、固结比等变化对混合砂试样动孔隙水压力的影响规律,从而评价其对抗液化性能的影响。结果表明：橡胶颗粒掺量、粒径、围压及固结比均是影响混合砂材料抗液化性能的主要因素,且呈正相关变化趋势。     

柔性基础下复合地基桩土应力比试验研究

桩土应力比是决定复合地基受力和变形性能的重要参数。通过现场试验,获得了柔性基础下刚性桩复合地基桩顶、桩间土及桩土应力比随荷载的变化规律。试验研究表明:柔性基础下桩土应力比在加荷初期较大,随荷载增加呈波浪形变化,而后又逐渐提高。这和刚性基础下桩土应力比随荷载增加先增大后减小的变化趋势完全不同。     

破碎轮胎橡胶-砂土混合物试验及本构模型研究

通过对不同配合比的破碎轮胎橡胶-砂土混合物进行三轴压缩试验，研究了不同橡胶含量的破碎轮胎橡胶-砂土混合物的力学性质。试验发现:随着混合物中砂比例的增加，混合物的密度、容重和抗剪强度均有所增加，其压缩性降低。基于Li X S等提出的本构模型，对不同配合比下的破碎轮胎橡胶-砂混合物的强度和变形特性进行了分析，试验结果与模型结果基本吻合。     

基于原位剪切波速测试的场地土地震液化判定方法

以原位剪切波速测试判定地震液化的优势,分析了原位剪切波测试的适用设备和基于剪切波速测定对场地土地震液化的判定方法。判别场地土地震液化,通常采用室内应变法来确定最大剪切模量,给出土的动剪切模量比和阻尼比进行判断,而采用现场剪切波速法直接判断地震液化并不常见。依据广西桂林具体工程实例进行原位剪切波速试验,对场地土地震液化判定进行了分析,得到场地土地震液化剪切波波速随深度变化曲线和不同地震烈度下土层液化剪切波速临界值及其与实测剪切波速的关系,直接对场地土地震液化进行判别。     

场地土最大动剪模量的室内外试验研究

为了更可靠地获取场地土动剪模量,利用JB型波速仪,采用单孔法,现场对场地土分别沿1.80 m、2.80 m、3.65 m和6.65 m深度进行了波速测试,得到了场地各层土的剪切波速。此外,取出了场地各层土的原状土样,进行了室内循环单剪试验,获得了各层土的动剪模量,并与剪切波速的计算结果进行了比较分析。结果表明,由现场剪切波速试验和室内循环单剪试验得到的最大动剪模量比较接近,说明两种试验的结果都比较可信,两者可以相互验证,建议实际应用中将两者综合考虑。     

沥青混合料动态模量Hirsch预测模型的验证研究

动态模量可以描述沥青混合料对温度和荷载频率的敏感性,从而可以客观地反映沥青混合料在路面结构中的行为特性。本文对SMA 13、Superpave 20、Superpave 25和ATB 25等4种沥青混合料分别进行了不同温度和荷载频率下的动态模量试验,并利用DSR对混合料中所用的两种沥青胶结料(普通70号沥青和SBS改性沥青)进行对应温度和荷载频率下的动态剪切模量试验,利用试验结果对动态模量Hirsch预测模型进行了验证研究。研究结果表明利用Hirsch模型预测动态模量的精度较好,只是在高温和低荷载频率时预测偏差较大。     

路基压实度剪切波测试新技术

对含砂低液限粘土、含砂低液限粉土与低液限粘土3种土样采用重型击实试验的方法进行了土的干密度与剪切波速的对比试验。大量试验结果表明,路基土干密度与剪切波速存在显著的相关性,各种土质的干密度与剪切波速的关系模型各不相同,但都可以利用4种典型回归模型来描述。论证了路基表层土压实度可以代表本层的压实度,提出了利用直达剪切波检测路基干密度的新方法。最后应用"振三压三"的压实方法对所得模型进行验证,将按照模型用剪切波速计算得到的数据与灌砂法所得数据进行了比较。现场试验表明:通过建立具体工程的干密度与剪切波速的关系模型,采用直达剪切波速检测技术,可以较好地实现路基压实度的无损检测。     

瑞雷波技术在巨粒土路基检测中的应用研究

基于附加质量法,反演瑞雷波在巨粒土路基中传播的横波波速;根据横波波速和巨粒土路基强度间的相关性得到巨粒土路基的动态回弹模量,由此评价巨粒土路基的施工质量;将瑞雷波法测得回弹模量和FWD法、承载板法获得的结果比较,结果显示由瑞雷波法评价巨粒土路基的施工质量是可行的。     

含水量对土石混合介质剪切波传播速度的影响分析

采用室内重型击实试验的方法,分别对低液限粘土、粉质粘土、砂土的纯土试件和土石混合试件进行了不同含水量、不同含石量情况下的剪切波速对比试验。研究了纯土试件在密度一定的条件下试件剪切波速随含水率的变化规律,同时分析了纯土试件含水量对剪切波速影响的机理。大量试验结果表明,土体的含水量与土石混合介质的剪切波速存在显著的相关性,即剪切波速随含水量的增加而减少,同时在土石混合料中这种相关性随着含石量的增大而逐步减弱。研究结果将为土石混合料压实质量剪切波速测试分析技术提供理论依据。     

基于砾钢渣+橡胶颗粒的新型填料动剪切模量与阻尼比特性试验

为了解决固体废弃物循环利用问题，提出将废旧轮胎橡胶颗粒掺入废弃钢渣中形成新型土工填料。为了了解该新型填料的动力特性，采用共振柱试验对基于钢渣+橡胶颗粒的新型土工填料的动剪切模量和阻尼比特性开展研究。首先分析围压与橡胶颗粒含量对新型填料动剪切模量和阻尼比的影响，试验结果表明：动剪切模量和阻尼比与剪应变的关系类似传统土类，动剪切模量随着剪应变的增大而减小，阻尼比则随着剪应变的增加而增大，变化曲线趋势基本一致；新型填料的动剪切模量随着钢渣含量的减少和橡胶颗粒含量的增加而逐渐减小，橡胶颗粒含量达到20%时，动剪切模量与剪应变的关系曲线低缓显著，新型填料中橡胶颗粒不宜掺入太多。然后，基于Hardin-drnevich双曲线模型建立新型填料的动力特性理论模型，Hardin-drnevich双曲线模型能够较好地模拟新型填料动剪切模量归一化的数据，并对新型填料参考剪应变随橡胶含量的变化趋势进行了预测。最后，将新型填料的最大动剪切模量与纯钢渣、南京砂和福建标准砂的最大动剪切模量进行比较。分析结果表明：新型填料的橡胶颗粒含量不宜超出15%，这种新型填料动剪切模量适中，阻尼比较大，具有较好的抗震减震能力，能够替代砂土成为一种回填材料。     

刚性桩复合地基模型在拟动力试验下的桩身反应研究

随着刚性桩复合地基在土木工程中的广泛应用,其抗震性能越来越受到人们的关注,而复合地基中桩身动力响应是确定其抗震能力的关键。为此依据相似理论,设计制作出一套主要由钢制砂箱、砂土以及比例为1∶10的3×3群桩模型组成的试验装置。将装置置于伺服加载系统下进行拟动力试验,按照相关规范输入地震波加速度时程并施加上部荷载,获得不同工况下刚性桩复合地基桩身应力应变响应结果。试验结果表明:①各桩最大剪力均发生在桩顶处,对比不同位置桩的剪力,角桩剪力响应值最大;②各桩最大弯矩值均发生在Z/L=0.3~0.43的区间内,对比不同位置桩的弯矩,角桩的桩身弯矩响应值大于边中桩,而边中桩又大于中心桩;③保持地震波的加速度峰值不变,增大施加的上部荷载,剪力和弯矩响应值会有比增大加速度峰值更大的增加幅度。