人工模拟堆石料的颗粒破碎特性分析研究

采用人工模拟堆石料代替天然堆石料进行试验研究,可以对颗粒形状等单一因素对堆石料力学特性和颗粒破碎特性的影响进行更加深入的研究。对人工模拟堆石料三轴试验结果进行了本构模型参数回归分析,统计了不同形状人工模拟堆石料的颗粒破碎情况,进而定量的研究了颗粒形状与颗粒破碎的关系,并就颗粒破碎对堆石体强度和变形的影响进行了探讨。研究表明,邓肯-张本构模型能够对人工模拟堆石料应力应变曲线进行较好的拟合,其模型参数符合天然堆石料的规律;颗粒破碎率与颗粒球度呈现较好的线性关系,并且在不同围压下颗粒破碎率随颗粒球度的变化规律基本一致;随着围压的升高,颗粒破碎逐渐增大并占据主导作用,使堆石体强度降低,变形加大。     

初始各向异性对软土力学特性影响研究

开展固结排水剪切试验和场发射扫描电子显微镜试验研究不同沉积角度软土的宏观微观特性，并基于图像处理技术和分维理论研究初始各向异性对软土的力学特性影响的微观机理。结果表明：与不同沉积角度试样的峰值强度及初始切线模量为各向异性的，其中与沉积呈0°方向的强度和模量最高，颗粒及孔隙的形状分维数最大。形状分维数随着角度的升高而降低，复杂度随之减小，黏附力降低，以致土的强度也随之降低。孔隙定向角分布具有各向异性，初始各向异性会影响剪切作用下颗粒的重定向分布。     

基于数字图像技术的粗集料形状特征分析

集料颗粒形状对沥青混合料稳定性、体积特性、施工中的工作性的影响已在得到工程技术人员公认,如何科学地评价和量化集料颗粒的形状特征也是提高路面沥青混合料质量的关键。数字图像技术的进步与相关软件的发展,为基于单个集料的直接检测与集料形态的自动化分析与计算机描述提供了手段。采用多种图像指标与方法对集料的形状特征进行了评价和量化...     

基于EDEM的真实级配道砟离散元建模方法研究

选取四种典型道砟,采用三维扫描方法获取道砟模型,再运用EDEM软件采用簇颗粒方法手动创建道砟离散元模型,探究了满足铁道行业标准的级配道砟生成方法.通过验证动堆积角、静堆积角等参数,验证了整体模型与参数设定的合理性,使模型能较好地反映我国有砟道床的性能.得到的离散元模型经验证与实际工况基本符合,可以较真实地模拟有砟道床的...     

有砟轨道下路基基床传感器安装临时支护结构研究

针对有砟轨道道砟下基床表层传感器安装工程所存在的施工场地狭窄和重复施工的问题，提出一种新型有砟轨道路基线间安装作业方法及临时支护结构。运用COMSOL有限元软件对该临时支护结构的支护效果和力学特性进行分析，建立了有限元模型，分析了其整体变形和结构内力，进而判断结构整体的稳定性，并在朔黄重载铁路神池至宁武西某一断面处道砟下作业中实例应用，验证设计支护结构的可行性。结果显示:该临时支护结构灵活性高、占地面积小、适用性强，改善了作业环境，提高了在线间作业进行下挖工作的稳定性和效率。     

级配对粗粒土力学特性影响的颗粒流模拟研究

运用三维颗粒流软件PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,模拟粗粒土真实级配,建立一个研究高铁填方路基粗粒土力学特性的颗粒流模型,标定了表征粗粒土细观力学性质的模型参数,并验证了模型的有效性。考虑粗粒土曲率系数和不均匀系数对颗粒级配的影响,模拟并研究了五种不同级配下粗粒土在三种不同围压下的力学特性。结果表明:当粗粒土有效粒径与中值粒径及限制粒径的差距过大时,粗粒土中颗粒填充及致密性将变差,变形增大,强度降低;级配良好且不均匀系数较大,其力链分布越均匀,颗粒的挤压效果越显著,力的传递和分配也越均匀。     

粗粒土颗粒接触特性对路基动应力衰减影响研究

粗粒土作为一种典型的不均匀散粒体材料,其力学性质较为复杂,常需要从细观角度研究其宏观力学特性,颗粒细观接触特性可直接反映粗粒土强度及其力学性能,目前对接触特性参数影响的研究多集中于表征其强度特性,对其外荷载作用下的动力响应特性研究较少。基于此,采用颗粒离散单元法,建立粗粒土路基冲击应力加载数值分析模型,研究不同颗粒接触特性参数与动应力衰减规律间的关系,分析颗粒摩擦系数,颗粒间接触刚度对粗粒土动应力衰减的影响。结果表明:随着颗粒摩擦系数的增加,应力衰减的速率也随之增大;颗粒接触刚度越高,其对应力敏感性越强,越不易被压实,其内部应力传递越不均匀,且应力衰减越慢,整体趋势呈指数衰减。通过实际动应力加载试验,验证了数值分析结果的准确性,相同条件下,实际试验结果与数值分析结果相近。     

砾石隧道潜盾开挖之颗粒力学数值模拟探讨

砾石材料组成与强度具高度异质性,受力常见分离破坏,重新堆栈后又可回复部分强度,以连体力学模式难以有效描述其行为。研究以颗粒学理论为基础发展的颗粒流数值软件PFC2D建立数值模型,透过仿真现地直剪试验结果,校正颗粒间之颗粒参数,并以颗粒参数转换试验克服尺寸效应对颗粒力学模式的影响,获得具代表性颗粒参数模拟现地开挖,探讨潜盾开挖引致砾石层之沉陷特性。研究结果显示利用颗粒力学数值模拟技术,能更有效模拟砾石层特殊地工特性的隧道行为。     

无砟轨道覆盖道砟层保温效果研究

温度变化会对无砟轨道轨道板的受力和变形产生显著影响,为降低无砟轨道轨道板的温度效应,通过试验对轨道板上覆盖保温道砟层内部温度进行了监测,推导了道砟层的导温系数和导热系数;研究无砟轨道表面覆盖道砟层的厚度对轨道板上表面温度的影响,提出无砟轨道覆盖道砟保温层的材料选用原则.研究结果表明:道砟层的导温系数可取0.87×10-...     

粗集料颗粒几何形状对VCADRC的影响研究

在基于均匀设计的VCADRC试验的基础上，利用数字图像处理方法，通过获取各种花岗岩颗粒的形状参数，分析了颗粒几何形状对VCADRC的影响。同时，针对番禺花岗岩，设计了一系列磨耗试验，改变磨耗次数，分析颗粒形状系数与VCADRC的变化规律。结果表明，颗粒的形状系数与VCADRC相关关系高度显著，随着磨耗次数的增加，VCADRC开始逐渐减小，在磨耗过程中，颗粒的形状系数减小，颗粒趋近于球形，VCADRC减小。VCADRC与颗粒自身的物理特性密切相关，颗粒的粗糙程度、表面微观纹理结构也是VCADRC的重要影响因素。集料生产的全面质量控制引入颗粒形状系数指标是非常有必要的，可及时调整料源和生产工艺流程，选择合理的破碎机械设备，生产出质优稳定的路用石料。     

粗集料形态特征研究与应用

集料形状、棱角与纹理等形态特征对沥青混合料路用性能有着重要影响.简要介绍了国际上相关的测试手段与方法.同时,基于数字图像处理技术.自行研制了粗集料形态特征研究系统(MASCA),对粗集料的形态特征进行探索研究.利用M.ASCA系统对4.75 mm的玄武岩颗粒轴向系数的变异性进行研究.研究表明:该档集料颗粒的轴向系数较小,针状性较弱,具有较好的形状特征.     

兰武铁路白垩系泥岩工程地质特性研究

泥岩是由粘土矿物固化而成的沉积岩,多具有膨胀性,对隧道和路堑工程有较大的影响。对兰武铁路永登地区泥岩工程特性进行了初步研究,阐述了泥岩的物质构成、物理力学指标,分析了泥岩的膨胀特性,并提出了针对性的工程措施和建议。     

数字图像处理技术在粗集料形状方面的研究综述

利用数字图像处理技术进行集料颗粒形状评价,能克服传统测量评价方法中的不足,可更加准确、全面地评价集料颗粒形状。关于数字图像技术在粗集料颗粒形状特征方面的研究,国内起步较晚,大多数是在混合料方面中的应用,对集料的研究少且主要在混合料的内部二维图像结构分析中;国外的研究较早,现在已基本成熟,除了能以单个CCD摄像机为基础进行集料图像二维特征分析外,还能利用3个CCD同时拍摄,直接利用3个方向的数字图像重构集料的三维特征,也成功利用计算机摄影断层技术和激光扫描技术实现了从简单的二维形状描述到三维形状重构,进而对集料颗粒形状特征进行有效的评价。     

粗集料形状对热拌沥青混合料永久变形力学行为的影响

该文定义了一套完整的不同水平上的基于成像技术的粗集料形状指数,即扁平状和针片状比率、棱角性指数和表面构造指数,探讨了它们对热拌沥青混合料永久变形力学行为的影响.对粗集料进行了图像分析,并制备了18个Superpave热拌沥青混合料试件(利用10个州公路局的现场拌和方法),在一定高温条件下测试它们的永久变形.通过对测得的永久变形数据与粗集料的形状指数相关分析,可知永久变形与表面构造指数有很好的相关性.由于混合料中扁平状和针片状颗粒含量较低,扁平状和针片状比率对永久变形的影响不明显.而棱角性指数和表面构造指数对永久变形有较大的影响.提出了用颗粒几何干涉的概念来解释粗集料形状对沥青混合料稳定性和永久变形行为的影响机理.     

公路填石路基施工关键技术研究与应用

碎石填料铺设路基、修筑堤坝,实现了资源的再利用,具有显著的社会效应和经济效益,但碎石填料的散体颗粒特性,对施工质量提出了更高的要求。基于填石路基碎石填料离散化特性,采用EDEM三维颗粒流软件建立填石路基压实的离散元模型,对填石路基压实过程中碎石颗粒的应力场、速度场、孔隙率进行分析,得到不同影响因素下的路基压实特性。研究结果表明:振动碾压过程本质上是碎石颗粒链结构不断组合的过程,其中由碎石大颗粒作为强力链骨架抵抗外界载荷,小颗粒作为弱力链充填空隙,跟随大颗粒整体往下部、斜下部方向运动。在振动压实过程中,振幅越大,颗粒形状越接近球体,压实效果越好,路基的密实度越高。     

UHPC组合桥面铺装层对铁路钢桥面板影响分析

为了解铁路钢桥采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面铺装时钢桥面板的力学特性及UHPC层厚度对其结构性能的影响,以银西高铁银川机场黄河特大桥正交异性钢桥面系及铺装结构为背景进行研究。采用ANSYS软件建立包括钢轨、轨枕、道砟层、铺装层以及正交异性钢桥面板的主梁及铺装结构有限元模型,对比在高速铁路列车荷载作用下采用普通C40聚丙烯纤维网混凝土铺装层(原铺装设计)和UHPC组合桥面铺装层时的钢桥面板结构受力,并分析UHPC层厚度对易损细节受力的影响。结果表明：采用UHPC组合桥面铺装层可显著降低钢桥面板典型细节的应力极值;随着UHPC层厚度的增加,其上表面最大拉应力、钢桥面板各细节应力峰值均降低;UHPC层厚度变化对其上表面纵向拉应力的影响大于对横向拉应力的影响。     

沥青混合料非均质多层次形态特征虚拟试件的三维随机重构

为真实反映沥青混合料内部非均质(粗集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构特性,基于离散元方法,提出了模拟沥青混合料三维细观结构的随机生成算法。采用三维离散元程序(PFC3D)内球形单元相互重叠构成不规则形状的单个集料颗粒;结合区域内多个集料的随机投放技术,建立了可考虑集料不规则形状、级配特征、集料体积含量以及空隙分布的沥青混合料三维离散元虚拟试件。研究结果表明,该算法及程序操作简便,切实可行,为沥青混合料或其他矿物质混合料空间结构重构提供了一种新途径,有效缓解制备试件样本对试验室条件以及人力物力的依赖。     

级配碎石直剪试验的细观分析

基于颗粒流理论及其PFC2D程序,在细观层次上从数值分析角度研究了碎石的直剪试验,从而揭示了其抗剪强度和变形机理。研究中针对碎石提出了一种随机计算模型,并给出了随机模型的实现方法,同时对该随机模型的算法可靠性进行了验证。文中探讨了在直接剪切试验中碎石的抗剪强度随位移的变化以及最大粒径、竖向压力对其影响,并从细观力学的角度上描述了直剪试验过程中颗粒的运动机理。直剪试验过程中的碎石细观结构变化的颗粒流仿真,是关于碎石细观力学特征与宏观力学响应相关联的初步研究。     

冻融作用下粉砂土微观结构变化对宏观力学参数的影响研究

土的宏观力学行为究其原因是微观结构的外在反映。为了研究粉砂土微观结构在冻融循环作用下的变化对宏观力学特性的影响规律,通过对不同含水量下粉砂土的平均粒径、粒度分维、颗粒定向概率熵、颗粒起伏分维、平均孔径、平均丰度、孔径分维、平均圆形度等8个微观参数的观测,基于灰色关联理论,分析了微观结构特性与粉砂土的内摩擦角、黏聚力以及粉砂土路基抗剪强度等宏观力学行为的关联性。研究结果表明:平均丰度、平均孔径与内摩擦角的关联性较大,关联度大于0.64;平均粒径、粒度分维、颗粒定向概率熵与黏聚力的关联性较大,其关联度大于0.64;平均粒径、定向概率熵、粒度分维、颗粒起伏分维与粉砂土路基抗剪强度关联性较大,关联度大于0.64,其中平均粒径、定向概率熵与粉砂土路基抗剪强度的关联度大于0.8,说明二者与粉砂土路基抗剪强度密切相关。     

盐胶结层的特性研究

近几年在兰新铁路的第二双线、库格线、哈罗线等新疆多条铁路线路的勘察中,发现在第四系土层中存在一种特殊的胶结类型——盐胶结。通过盐胶结类型的成因、力学特性和机理的分析研究,结果表明盐胶结的成因与盐渍土不同,其强度受含水量的影响较大,由于盐胶结层的存在,导致了岩土施工工程分级由Ⅲ级硬土提高为Ⅳ级软石,施工措施应相应变化。