粉砂岩干湿循环力学性能劣化及统计损伤模型

内陆港口岩石地基经历不同程度的干湿循环作用，地基承载性能衰减劣化。以干湿循环次数和围压作为试验工况，开展粉砂岩常规三轴压缩试验。假定粉砂岩微元强度服从改进Harris概率分布，从而定义损伤变量，选择M-C强度准则，结合试验结果中弹性模量及内摩擦角的对数型衰减规律，构建一种可反映干湿循环的统计损伤模型，并给出参数解析方法，得到损伤发展曲线。采用新建模型辨识粉砂岩及文献中泥质白云岩和砂岩试验曲线，并经模拟对比。结果表明，粉砂岩弹性模量、黏聚力、内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而逐渐衰减，当循环次数达到16次时，衰减变化曲线趋于平稳，该衰减规律可用对数函数表示；干湿循环促进岩石力学性能衰减劣化，宏观表现为峰值应力的降低；新建模型经验证可行。     

基于核磁共振试验的粉砂岩干湿循环损伤演化研究

受降雨入渗和地下径流影响，内陆港口岩石地基经历着干湿循环作用，地基承载能力随时间推移而逐渐衰减。以粉砂岩为研究对象，开展5种干湿循环条件下的核磁共振和单轴压缩试验。基于几何损伤和能量损伤，结合岩石孔隙体积及弹性模量变化规律，建立两种损伤演化方程，分析粉砂岩干湿循环损伤演化机制。结果表明：粉砂岩T₂谱图表现出3个峰，分别对应微小、小尺寸和大尺寸孔隙，粉砂岩的结构孔隙以微小、小尺寸孔隙为主；随着干湿循环作用的加强，T₂谱峰总面积、孔隙度均表现出幂函数递增规律，岩石孔隙数量逐渐递增；干湿循环促进峰值强度和弹性模量的衰减，当循环次数达到16次时，衰减幅度逐渐平缓。     

干湿循环作用下重塑红黏土水力特性与强度试验研究

采用常规直剪仪对江西某库区边坡重塑红黏土土样进行室内模拟干湿循环快剪试验,研究了干湿循环作用下饱和重塑红黏土抗剪强度及抗剪强度指标变化规律;通过滤纸法测得不同含水率下土样的基质吸力,并用VanGenuchten模型拟合土-水特征曲线,分析了红黏土的水力特性。试验结果表明:干湿循环作用下饱和红黏土的抗剪强度有明显的劣化规律,其中,前4次干湿循环导致土样劣化幅度较大,后2次抗剪强度劣化幅度逐渐趋于平稳;干湿循环会显著降低土样黏聚力和内摩擦角,呈先快后慢的趋势,且黏聚力衰减程度明显大于内摩擦角;随着干湿循环次数的增加,相同体积含水率条件下,土体基质吸力逐渐减小,土体有效应力降低,抗剪强度逐渐劣化;当基质吸力大于350kPa时,基质吸力对土体的抗剪强度影响很小,裂隙发育可能是影响抗剪强度劣化的主要因素。     

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。     

考虑干湿循环的膨胀土航道边坡稳定分析及治理措施*

针对航道边坡土体为膨胀土时极易产生季节性、浅层性滑动,影响航运能力及工程安全的问题,依托芜申航道南京段失稳边坡处治工程,对膨胀土进行往复干湿循环后的直剪试验和考虑干湿循环效应的稳定性分析。结果表明：随干湿循环次数的增加,膨胀土的黏聚力、内摩擦角逐渐衰减,其衰减主要发生在前3次干湿循环过程中,之后趋于稳定;黏聚力的衰减程度远大于内摩擦角;考虑干湿循环效应引起的土体强度衰减,是获得膨胀土边坡真实稳定系数的正确计算方法。针对失稳边坡提出采用门字形抗滑桩的处治措施,应用效果良好,具有较好的工程借鉴意义。     

饱水对红层地区岩石力学特性影响的试验研究*

红层地区港口岩石地基在饱水作用下抗变形及承载能力衰减,影响港口地基稳定性。为探究饱水对红层地区岩石力学特性的影响,以砂岩、泥质砂岩和泥岩为研究对象,开展吸水率测定、巴西劈裂、单轴及三轴压缩试验。试验发现：泥岩吸水性能最强,平均吸水率达到0.505%,泥质砂岩和砂岩的平均吸水率分别为0.435%和0.414%;3种岩石饱水后泊松比均有一定增大,饱水后环向变形相比轴向更为敏感,体积扩容更为显著;岩石饱水后,抗拉强度、单轴和三轴抗压强度表现出不同程度的衰减。研究成果可为红层地区岩石饱水力学特性及港口地基承载性能研究提供参考。     

低周疲劳损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响

为了分析低周疲劳累积损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响,应用连续介质损伤力学方法,将损伤耗散余势和塑性应变理论相结合,建立船舶结构剩余极限强度低周疲劳累积损伤模型,得到老化船舶结构极限强度随低周疲劳累积损伤衰减的规律.运用此模型,给出船舶常用Q235钢材和45钢材剩余极限强度随低周疲劳累积损伤衰减规律的工程应用经验关系式,验证了方法的合理性和实用性,为进一步分析低周疲劳对老化船舶结构极限强度的影响奠定了基础.     

水分迁移过程中干湿循环对红土含水率的影响

本文以极端气候条件下对云南红土含水率的影响为背景展开研究,浸泡增湿24h、低温脱湿,用以模拟干湿循环作为控制条件,考虑不同初始干密度下干湿循环次数Ng(0→8次)、脱湿含水率wt(8、10、12、14%)对红土含水率的影响,通过顶部积水垂直向水分迁移试验的方法,研究了不同干湿循环次数、脱湿含水率对云南红土含水率的影响。试验结果表明:在干湿循环作用下,水分迁移开始前,不同干密度下的红土土样含水率随干湿循环次数的增加呈现波动减小的变化趋势;干密度越小,增湿后含水率越大,干密度越大,含水率反而越小;红土土柱的干密度在1.10～1.25g/cm3范围时,随着干湿循环次数的增加,含水率的变化程度最大的是脱湿含水率为10%时,相对较小的是8%、14%;干密度为1.30g/cm3时,土体结构相对密实,干湿循环对其内部结构影响相对较小,因此其含水率变化程度波动不大;在脱湿-增湿-水分迁移作用下,不同干密度的红土土柱,增湿后的含水率随着脱湿含水率的减小(脱湿程度越高)而波动增大的变化趋势。     

循环荷载波形变化对结构性软土变形及能量特性的影响

针对循环荷载波形变化对结构性软土变形的影响,以天津滨海新区临港工业区海积软土为研究对象,对其土样施加不同波形、不同幅值的循环荷载,并对不同波形、不同幅值作用下软土的耗散能发展曲线进行研究,并提出两种发展模式下的结构性软土耗散能的演化方程。结果表明,在考虑荷载波形的情况下,循环荷载幅值较小(30 kPa)时,累积塑性应变发展缓慢,波形变化对塑性应变发展趋势的影响很小;循环荷载较大(40、60、80 kPa)时,累积塑性应变快速增加,方波荷载作用下的累积塑性应变发展最快,正弦波荷载次之,三角波荷载作用下的塑性应变发展最慢。     

循环荷载下滨海软粘土累积塑性应变试验研究

近海工程在波浪等循环荷载的作用下,地基中的软粘土会产生较大的沉降和变形,影响上部结构的稳定性。本文以烟台港的淤泥质粘土为研究对象,进行动三轴试验,以围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等为变量,探讨了不同工况下淤泥质粘土的累积塑性应变发展规律。试验结果表明,累积塑性应变随着荷载循环次数的增加,先迅速增大,而后增速减缓,最终应变值趋于稳定;累积塑性应变受不同围压值的影响不明显,但是静偏应力比、动应力比越大,其初始增速越快,最终达到的稳定值越大。通过试验结果分析,综合考虑围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等影响因素,提出能够合理描述累积塑性应变发展规律的双曲模型,并应用于烟台港实际工况,计算结果符合工程实际。     

内河库水位变动下码头桩基混凝土碳化深度预测模型

内河环境下,由于混凝土碳化所导致的内部钢筋锈蚀是引起港口码头结构发生耐久性失效破坏的主要原因。为研究内河库水位周期性变动下码头桩基混凝土的碳化规律,开展一般大气环境与干湿交替环境下混凝土的加速碳化物理试验。结果表明:1)混凝土碳化深度随碳化时间的增加而逐渐增加,碳化速率随碳化龄期增长而减缓。2)与一般大气环境相比,干湿交替作用下混凝土的碳化深度更小。基于Fick第一定律的碳化深度模型,通过拟合回归并修正后建立了内河一般大气环境和干湿交替环境下码头桩基混凝土碳化深度预测模型。经对比,模型预测值与试验实测值吻合程度良好,验证了该模型的精度。研究成果可为内河港口码头基础结构运营维护及耐久性评估提供技术支撑。     

高真空击密法加固吹填软土地基试验研究

高真空击密法是一种快速加固软土地基的新技术,它是通过数遍的高真空压差排水,并结合数遍合适的变能量击密,达到降低土层的含水率、提高密实度和承载力、减少地基工后沉降和差异沉降量的目的。为验证该工法在本工程吹填土质中的适用性,在汽车堆场区进行了典型试验。试验检测结果表明,地基容许承载力、地基沉降、地基回弹模量等各项指标均达到了设计要求,处理效果明显。对大连大窑湾港区类似工程具有参考价值。     

地震作用下码头钢管桩的损伤演化规律

为研究全直钢管桩码头的损伤演化规律,采用欧进萍地震损伤模型量化码头钢管桩的损伤程度,通过ABAQUS有限元软件建立码头排架结构的计算模型,分析结构在地震作用下的动力时程响应,研究码头桩基随地震时程、地震动强度的损伤演化规律。结果表明,码头各桩损伤发展主要发生在地震响应剧烈的时期,桩顶是塑性发展区域,桩基反复进入塑性状态,导致结构逐步破坏;桩基损伤值由位移项和能量项构成,位移项前期贡献较大,能量项后期贡献较大,位移损伤的占比要高于耗能损伤;各桩损伤值随地震动强度的增大呈上升趋势,由海侧向陆侧桩基的损伤逐渐增大,陆侧桩承担更大的水平地震力,是耗散地震能量的主要构件。     

氯盐与冻融共同作用下引气高性能混凝土氯离子渗透性

通过引气高性能混凝土在3%NaCl溶液中自然浸泡及盐水快速冻融试验,测试了不同冻融次数后混凝土中氯离子含量分布和相对动弹性模量的变化;利用损伤力学原理,研究了冻融损伤与氯离子扩散系数、冻融循环次数的关系。研究表明：冻融循环导致混凝土性能劣化,增大了混凝土氯离子扩散系数,当冻融300次时混凝土的冻融损伤度为5%,氯离子扩散系数增大了1倍;混凝土冻融损伤度与氯离子扩散系数、冻融循环次数之间均符合指数关系。     

水泥基迁移型钢筋阻锈涂料性能研究

通过强度、握裹力、干湿冷热循环、抗氯离子渗透、阳极极化试验等方法,研究了水泥基迁移型钢筋阻锈涂料各种性能。结果表明该涂料涂刷于钢筋表面可有效抑制钢筋腐蚀,并能提高握裹力,对混凝土性能无不利影响。     

大圆筒结构整体稳定性和水平变位三维数值模拟

大圆筒结构作为水运工程新型结构形式,受力机理复杂,行业内对其认识较为有限。为研究大圆筒结构整体稳定性和水平变位的影响因素,采用PLAXIS 3D软件模拟大圆筒结构在不同地基土密度、强度、刚度,不同筒内回填料密度、强度以及不同埋深工况下整体稳定性和水平变位。结果表明,大圆筒结构整体稳定性随地基土密度、摩擦角和埋深的增大而增加,随回填料密度增大而降低,与回填料摩擦角和地基土弹性模量无关;大圆筒结构水平变位随地基土密度、摩擦角、弹性模量和埋深的增大而减小,随回填料密度的增大而增大,与回填料摩擦角无关。该成果可为大圆筒结构设计提供参考依据。     

富宁港软岩桩基承载特性模型试验设计*

介绍软岩桩基模型试验,该试验能掌握富宁港软岩地基嵌岩桩的承载特性及长期有效性,为工程设计提供依据。软岩桩基承载特性试验中,地基模型和桩基模型的设计最为关键。通过相似分析、试验规划和现场采样得到地基模型和桩基模型的相关材料参数,并进一步通过配合比试验确定地基模型和桩基模型材料及其配合比,为下一步试验奠定基础。     

全长粘结岩锚抗拔受力特性

根据锚杆与锚固浆之间界面耦合机理,分析了岩锚抗拔状态下界面剪应力的分布特征。基于变形协调得出小荷载情况下界面剪应力随离锚固受力点距离的增大成指数衰减,并随荷载增加,界面出现4个变形段,分离段和残余变形段随着塑性区开展产生非耦应力向远端传递。耦合区界面剪应力分布与小荷载情况不同,其相关模量参数可采用综合折减系数表示。同时,提出了单孔多锚杆受力剪应力衰减模型,并通过试验证示了现场锚杆在荷载逐级加大时,剪应力峰值强度的变化规律。     

惠州荃湾吹填淤泥地基浅表层真空预压处理

浅表层快速加固技术是基于真空预压原理针对新吹填淤泥等超软弱土快速加固的一种新技术。依托惠州港荃湾港区软基处理工程,通过现场试验研究不同排水板间距对浅表层快速加固效果的影响,研究加固过程中膜下真空度、地表沉降和孔隙水压力的变化规律,对惠州荃湾吹填淤泥加固前、后土体的物理力学性质、强度及地基承载力进行分析。