隧道近距大节理硬脆性围岩破裂机理

为揭示近距大节理硬脆性隧道围岩的破裂机理,采用含天然节理的流纹岩开展双轴压缩试验,获得围岩应力分布特征及渐进破裂过程。PFC2D离散元颗粒流程序模拟了节理围岩和完整围岩在双轴压缩作用下的变形及破裂特征,并与室内试验结果进行对比分析。研究结果表明：双轴压缩作用下,含天然节理的隧道试样表现出显著的脆性破坏特征,节理面起裂发生滑移错动,拱顶和底板围岩逐渐拉裂,宏观破裂面穿过大节理并向隧道拱脚、边墙和试样边界扩展,造成试样的最终失稳破坏;PFC2D数值模拟结果显示,大节理面附近裂隙集中发育,并迅速扩展形成与节理大角度相交的破裂面,试样峰前破裂过程短暂,峰后裂隙加速扩展而承载力急剧下降,数值模拟与试验结果吻合;近距隧道大节理显著影响硬脆性围岩的破裂模式,大节理的剪切滑移引发试样的宏观破裂,靠近大节理的拱脚十分破碎,而边墙则形成“V”形破碎区。研究成果为节理隧道围岩的支护设计和防灾减灾提供参考。     

层状千枚岩隧道地震动力响应不对称性研究

为研究不同层理面倾角的炭质千枚岩对隧道结构地震动力响应特征的影响,依托汶马高速卓克基隧道,对现场采集的炭质千枚岩试件进行了轴向压缩试验,并基于有限差分软件FLAC 3D,建立了单轴压缩试验的数值模型,对层状地层基质岩体和层理面的各项力学参数进行了敏感性分析。结合千枚岩试件的轴向压缩试验结果,对地震模拟计算需要的层状岩体各项力学参数进行了标定。隧道的地震计算在FLAC 3D中进行,采用遍布节理模型。结果表明:层理面倾角θ的大小会显著影响千枚岩的力学特性,对于岩体强度,θ为0°时最大,为90°时次之,为60°时最小;对于岩体弹性模量,θ为90°时最大,为0°和60°时较小且相近;倾角为90°及0°时,千枚岩在单轴压缩试验中发生张拉破坏,倾角为60°时发生剪切破坏;在常规三轴压缩试验中均发生剪切破坏。通过对层状千枚岩各项力学参数的敏感性分析可知,在倾角为90°时,可以标定基质岩体的弹性模量E和泊松比μ;在倾角为0°时,可以标定基质岩体的黏聚力c和内摩擦角φ;在倾角为60°时,可以标定层理面的黏聚力cj和内摩擦角φj。层状千枚岩隧道的地震动力响应特征与层理面倾角显著相关;对于层理面倾角为0°和...     

低温时AC-16沥青混合料双轴压缩试验研究

为研究双轴作用下(考虑第二主应力)沥青混合料的低温强度,以立方体形状试件为切入点,设计了沥青混合料双轴试验仪,提出了基于立方体试件的沥青混合料双轴压缩试验方法.基于此方法,以AC-16沥青混合料为研究对象,进行沥青混合料双轴压缩试验研究.考虑轴数、加载速度与温度3个因素,进行了不考虑交互作用和考虑交互作用的正交试验.考...     

定侧压混凝土双轴拉-压疲劳累积损伤试验研究

在对有限预应力混凝土桥梁结构进行损伤分析与剩余寿命估算时,为了解混凝土在双轴波动拉-压应力作用下的疲劳强度和损伤特性,通过室内小尺寸的变截面棱柱体试件的双轴疲劳试验,得到了定侧压下混凝土等幅和变幅重复荷载作用下的轴心拉-压疲劳方程和疲劳变形特性。由等幅疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了相应的损伤演化方程;依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳损伤模型。研究表明:极限疲劳割线模量衰减率可作为混凝土发生拉-压疲劳破坏的标志;用规范化的疲劳变形模量定义损伤变量,建立的损伤累积模型,用于疲劳损伤分析和剩余寿命预测时具有较高的精度。     

陡坡条件下小净距隧道不同开挖顺序的安全性与破坏模式分析

基于有限元强度折减理论,考虑地表坡度变化以及小净距隧道不同的开挖顺序两大因素,通过对围岩发生极限破坏时的安全系数与塑性区进行分析,探究坡度变化条件下不同开挖顺序对隧道开挖安全性与破坏模式的影响。结果表明,随着坡度的增加,隧道不同开挖顺序下的安全系数越来越小,且先开挖浅埋侧的安全系数明显高于先开挖深埋侧;随着坡度的增加,浅埋洞单独开挖时隧道外侧竖向剪切破裂面发生小幅度偏转并出现与其近似垂直的向下贯通地表的破裂面,深埋洞单独开挖时隧道外侧竖向剪切破裂面发生小幅度偏转并逐渐消失,且将出现隧道外侧拱脚向地表坡脚发展的滑坡破裂面。     

试件类型和加载模式对沥青混合料动态模量的影响研究

为分析试件类型和加载模式对沥青混合料动态模量的影响,采用法国梯形梁试验机和美国沥青混合料性能试验仪,对SMA-m13沥青混合料试件在弯拉和压剪两种受力模式下进行动态模量试验,分析试验温度和荷载频率对梯形梁和圆柱体试件动态模量和相位角的影响。试验结果表明:两点弯拉动态模量与单轴压缩动态模量受荷载频率和温度的影响变化趋势基本一致,在相同试验条件下两点弯拉动态模量小于单轴压缩动态模量;影响两点弯拉动态模量的主要因素为沥青胶结料,单轴压缩动态模量主要受矿料骨架嵌挤作用的影响。     

盾构隧道管片及接头耐火试验

盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成,存在很多薄弱接头,这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此,为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能,对7组足尺管片试件进行了火灾试验,研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明：①在较快的升温速率和较高的温度下,管片受火面混凝土发生严重剥落,导致大量钢筋外露,影响盾构管片高温下承载力,威胁盾构隧道衬砌结构安全;②当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时,试验管片变形较小且未出现破坏现象,可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守;③管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用,但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大;④混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。     

浅埋大跨偏压隧道的破坏模式分析

为研究浅埋大跨偏压隧道破坏模式,利用有限元强度折减法对三心圆曲墙式断面隧道和马蹄形断面隧道在不同埋深、坡比工况下的塑性应变和安全系数进行研究,得到隧道的破坏模式及发展规律:无偏压条件下,随着埋深增加,三心圆曲墙式断面隧道最大塑性应变由拱肩向下转移到边墙附近,而对于马蹄形断面隧道,当埋深较浅时,在拱肩和边墙出现破裂面,随着埋深的增加拱肩的破裂面逐渐向边墙脚转移;当存在偏压时,三心圆曲墙式断面隧道浅埋侧先破坏,随着埋深的增加,最大塑性应变由浅埋侧拱肩移到浅埋侧边墙位置,对于马蹄形隧道,破裂面从浅埋侧拱肩和深埋侧边墙转移到墙角;在同一埋深条件下,三心曲墙式断面隧道安全系数高于马蹄形隧道安全系数。     

层状岩体横观各向同性力学参数及破坏形态试验研究

为揭示浅变质板岩力学特性的各向异性及破坏形态。以浅变质板岩为试验对象,通过对不同层理面倾角β岩石试件进行单轴压缩试验,探究不同倾角下试件的破坏形态、应力-应变曲线,并测出浅变质板岩的弹性模量、泊松比及剪切模量。结果表明,浅变质板岩的压缩破坏存在4种形态,并与层理面倾角β相关;浅变质板岩的强度随着层理面倾角β的增加呈现先减后增的变化趋势。     

不同含水率砼单轴压缩下声发射与分形维数试验研究

为研究水对砼破裂过程中声发射及分形规律的影响,选取养护30 d的C35砼,对干燥、自然、饱水条件下试件进行单轴压缩声发射试验,得到不同含水率下单轴压缩应力-应变曲线及声发射参数。结果表明,含水率的增加会使砼的塑性提高、强度降低;声发射参数可较好地反映岩石孔裂隙的产生过程,与岩石破坏过程中的内部细观结构演化规律具有直接关系;声发射计数随着含水率的增加呈下降趋势,水对岩样有软化、润滑作用,在裂纹产生过程中,水会削减剪切破坏、裂纹张开的激烈程度;不同含水率下试件的声发射计数的分形特征具有良好的相似性,其分形维数D呈现上升→突降→最大值→下降的特征。     

某隧道高地应力近水平岩层白云岩三轴试验研究

依托某高地应力近水平岩层硬脆围岩隧道,通过现场钻孔取芯进行岩芯三轴压缩试验。研究表明：白云岩在低围压下发生张拉劈裂和剪切破坏,在高围压下主要发生剪切破坏。通过三轴试验,得到高（30、35 MPa）低（10、15 MPa）不同围压下白云岩的应力-应变关系,通过绘制应力莫尔圆获得白云岩的强度参数：弹模E=31.91 GPa,黏聚力c=22 MPa,内摩擦角φ=47°,并得到白云岩的强度表达式,可为原岩应力的获取提供依据。     

京沪高速铁路凤阳试验段旁压试验与分析

为研究京沪高速铁路路基的沉降变形规律,在凤阳试验段DK854+680和DK854+740工点开展旁压试验,探求路基下深厚粘土的物理力学性质。旁压试验表明,凤阳老粘土基本承载力为429.06～437.89MPa,旁压模量Em为21.50～23.65MPa。对比该段土层室内土工试验,静力触探以及旁压试验的结果,说明室内土工试验得到的压缩模量偏小,试验数据不合理;旁压试验和静力触探数据较为一致,数据可直接用于工程设计。     

基于间接拉伸的老化沥青混合料残余寿命评价

为评价老化沥青混合料残余寿命,通过室内模拟老化条件制作试件和现场取芯试件,采用一次性间接拉伸试验探讨不同老化时间水平下试件的弹性模量、破坏模量以及劈裂强度演化规律,提出了以弹性模量为基础的老化系数评价指标;采用应力控制模式下的间接拉伸疲劳试验,研究了老化系数、残余疲劳寿命以及累计耗散能的关系。结果表明：在不同老化时间水平下,各评价指标的变化幅度存在显著差异,在老化初期弹性模量和破坏模量的变化幅度高于劈裂强度,弹性模量敏感性强、区分度高以及变异系数小能可靠和合理地评价老化沥青混合料力学性能;在短期老化时,老化系数增量显著,随着老化程度增加,老化系数增量趋于平稳;老化系数与残余疲劳寿命、累计耗散能存在良好的相关性,残余疲劳寿命和累计耗散能随着老化系数的增加而增加。     

水泥乳化沥青混凝土力学性能研究

通过室内试验测试了两种集料级配下，乳化沥青用量分别为7％、8％、9％，水泥用量分别为2％、3％、4％时水泥乳化沥青混凝土的物理、力学性质。试验结果表明：在乳化沥青含量不变时，随着水泥用量的增加水泥乳化沥青混凝土的马歇尔稳定度、抗压强度、抗折强度、抗压回弹模量、抗折回弹模量随之增加；在水泥用量不变时，随着乳化沥青用量的增加相应的力学指标呈降低趋势；矿料级配中粗集料含量增加后，混合料的抗折强度和抗折回弹模量有明显增加，但抗压强度和抗压回弹模量变化不大。     

干湿循环作用下云母片岩力学特性试验研究

针对鄂西北地区云母片岩,开展了干湿循环条件下云母片岩单轴压缩试验,研究了云母片岩强度与变形参数随干湿循环次数增加的变化规律。结果表明:随着干湿循环次数的增加,云母片岩强度、割线模量逐渐降低,泊松比变化较小,抗压强度、割线模量与循环次数分别呈对数、线性相关。干湿循环达到一定次数后,云母片岩被水完全浸透,致使强度和割线模量损伤出现拐点。     

高模量沥青混合料贯入强度研究

为研究高模量沥青混合料的抗剪切性能,依托工程中应用的4种高模量添加剂,在室内制备成型高模量沥青混合料试件,进行单轴贯入、无侧限抗压强度和单轴压缩动态模量试验,研究高模量添加剂对黏聚力和内摩擦角的影响规律,系统探究了高模量沥青混合料贯入强度的改善机理,并建立了内摩擦角与贯入强度的相关性模型.     

土工织物散体桩桩体单轴压缩试验

土工织物散体桩是一种新型的复合地基桩基,为了研究其在轴向荷载下的强度和变形特性,并探讨桩体强度和模量的确定方法,选用了3种相对密度（D_r=0.42,0.62,0.78）的碎石和4种筋材强度（T=33,43,52,65 kN·m^-1）的无接缝聚丙烯土工编织布套筒,制备成12组直径为300 mm,高度为600 mm的大尺寸土工织物散体桩桩体试样,对试样进行单轴压缩试验至破坏。研究结果表明：单轴压缩下土工织物散体桩桩体应力-应变曲线在加载初期因碎石受到初始压密而上凹,而后近似线性增长至桩体强度,随后应力随应变减小呈现应变软化特性;当加载接近至桩体强度时,编织布套筒中间部位明显鼓胀,该处横向筋丝逐根断裂直至桩体失效,故横向筋丝的强度对桩体的强度起控制作用,在实际应用中可加强横向筋丝的强度以进一步提高桩体的竖向承载力;土工织物散体桩桩体强度与碎石相对密度无相关关系,而与筋材强度呈较好的线性统计关系,可以通过筋材强度确定土工织物散体桩的桩体强度;土工织物散体桩桩体模量随筋材强度或碎石密实度的增大而明显增大,在同一碎石密实度下,桩体模量随筋材强度呈线性增长关系;建立了土工织物散体桩桩体模量理论计算公式,并采用试验值对理论公式进行修正,修正系数κ=2.4,修正后的结果与试验值吻合很好。     

可再分散性乳胶粉水泥砂浆力学性能的试验研究

研究了可再分散性乳胶粉砂浆的力学性能,室内测试了砂浆的抗压强度、抗折强度、粘结强度、折压比、弹性模量和变形模量。试验结果表明:随着乳胶粉RE 5044N掺量的增加,砂浆的抗折强度较普通砂浆有大幅度提高,抗压强度降低,弹性模量和变形模量减小,折压比增大,粘结强度增大,柔性增强,砂浆的改性效果明显。最后还从可再分散性乳胶粉的作用机理和引入的砂浆力学模型分析了砂浆的改性原因。