高地温隧道注浆节理剪切损伤本构模型研究

高地温环境对水泥浆在硬化过程中造成的损伤，直接影响隧道围岩注浆节理的剪切性能和注浆加固的效果。主要考虑高温和法向应力2个影响因素，并采用能反映高地温隧道施工期间温度场真实变化过程的高温变温养护方法，进行浆-岩复合体试件的养护，并开展室内注浆节理直剪试验，由此获得不同初始养护温度和法向应力条件下的注浆节理剪切破坏特征、剪切应力位移曲线等；利用浆-岩界面扫描电镜（SEM）试验，分析高温变温养护对水泥浆微观结构的影响规律；在此基础上，引进统计损伤理论，建立考虑温度损伤的注浆节理剪切本构模型。结果表明：注浆节理剪切破坏模式在初始养护温度40℃时表现为胶结面破坏，60和80℃时表现为混合剪切破坏，且温度越高，水泥浆在破坏面中的占比越高；高温导致水泥浆微观上水化产物搭接不紧密，微孔隙、微裂缝发育，且温度越高，水泥浆微观损伤越严重；初始养护温度与注浆节理峰值剪切强度、剪切刚度呈负相关，与峰值剪切位移呈正相关，初始养护温度与法向应力的叠加效应对注浆节理剪切性能的影响较为明显；考虑温度损伤效应的注浆节理剪切本构模型，与试验结果有较好的吻合度，可为高地温隧道注浆节理剪切问题的相关研究和注浆加固设计提供借鉴...     

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明：1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D₅₀,远大于下剪切带9D₅₀和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D₅₀。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h...     

土-混凝土接触面剪切破坏模式分析

通过对红黏土与混凝土结构进行大型直剪实验,对其剪切过程进行数值模拟,分析了红黏土与混凝土结构接触面的破坏形式。试验结果表明:剪应力-剪位移曲线表现为折线型和双曲线型,分别对应于接触面在剪切过程中存在的滑移破坏和弹塑性破坏2种不同形式,随着混凝土表面粗糙度的增大,接触面的剪切破坏由滑移破坏逐渐向在土体内部形成剪切滑动带的破坏过渡。数值分析结果表明:法向应力较小时,剪切破坏形式主要表现为滑移破坏;随着法向应力的增加,逐渐转变为向土体内部形成剪切滑动带的破坏;并且在相同法向应力作用下,随着接触面粗糙度的增加,土体内部形成的剪切滑动带的厚度增加。     

高温及围岩粗糙度对锚杆灌浆料抗拔强度影响的试验研究

为研究高地温隧道干热环境中锚杆支护结构锚固性能劣化问题,设计不同温度及围岩粗糙度下锚杆灌浆料抗拔强度试验。采用不同类型钢管模拟围岩粗糙度,并将试件在不同温度下养护。通过试件拉拔试验,得到不同养护温度及围岩粗糙度下锚杆的荷载-位移曲线,利用SPSS软件对试验数据进行回归分析。结果表明:锚杆养护温度对其抗拔强度有一定影响,养护温度低于35℃时,锚杆的抗拔强度随温度升高而增大,养护温度高于50℃时,锚杆的抗拔强度随温度升高而减小;对于无螺纹锚杆试件,锚筋与灌浆料界面的黏结强度大于钢管与灌浆界面;围岩粗糙度对锚杆的抗拔强度有较大影响,围岩粗糙度越大,锚杆的抗拔强度越大,锚固效果越好。     

基于不同测定方法的热害环境喷射混凝土黏结性能分析

本文以隧道热害环境问题为背景,利用模拟热害环境设计和湿喷混凝土技术对热害环境2种强度等级(C25和C30)喷射混凝土与岩石的黏结性能进行试验研究。为保证结果可靠,对岩石大板同时采用劈裂法和改进的钻芯拉拔法(直拉法)测定黏结强度。试验结果表明:相对于标准养护工况,干热环境和湿热环境均引起黏结强度倒缩;2种测定方法测得喷射混凝土(C25、C30)黏结强度随温度的变化趋势一致;劈裂法测定的黏结强度普遍大于钻芯拉拔法测定结果,差值范围5%~15%;2种测定方法各有优点,使用时应尽可能控制对黏结强度测定不利的影响因素。     

矿物掺合料对高岩温条件下衬砌混凝土性能影响

高岩温隧道施工是随着各国高速交通网不断延伸而出现的新的技术问题,这种特殊施工条件会使隧道衬砌混凝土的力学性能和耐久性都受到影响。本文通过实验室内模拟高岩温施工环境,重点研究高岩温养护条件下不同矿物掺合料对混凝土力学性能及耐久性能的影响规律。结果表明:高岩温养护条件下,普通混凝土与掺合料混凝土的抗压强度均呈下降趋势,但下降幅度不同;湿度50%时,随着温度的升高,矿渣粉混凝土的抗压强度下降幅度最大,粉煤灰混凝土的抗压强度下降幅度最小,当温度超过50℃时,粉煤灰混凝土的强度反而高于矿渣粉混凝土;矿渣粉混凝土的强度对于湿度变化最敏感,80℃时,随着湿度的增大,矿渣粉混凝土的强度提高幅度最大;各种混凝土的抗渗性与抗碳化性能基本随养护温度的升高而降低,普通混凝土下降最为明显,粉煤灰混凝土的抗渗性与抗碳化性能受养护温度影响最小。     

非饱和砂土−混凝土界面剪切强度试验研究

土-结构界面的剪切强度是分析土与结构相互作用的重要参数.通过GCTS压力板仪测定砂土SWCC曲线,用Geotest摩擦-剪切仪开展非饱和砂土与不同粗糙度混凝土界面的32组大型直剪试验,探讨基质吸力及界面粗糙度对界面剪切强度和剪胀性状的影响.试验结果表明:基质吸力和净法向应力对非饱和砂土-混凝土界面的硬化、软化以及剪胀特...     

基于响应面法的高强混凝土配比试验研究

为研究减水剂及矿物掺合料对高强混凝土强度的影响，将不同掺量的减水剂、硅灰及矿渣加入高强混凝土替代水泥，分析试件7 d及28 d强度变化，并基于响应面法建立了相应的响应面回归模型，最终得出了高强混凝土的合理配比。结果表明：7 d抗压强度随减水剂及硅灰掺量的增加先增大后减小，随矿渣掺量的增加逐渐减小；28 d抗压强度随硅灰及矿渣掺量的增加先增大后减小。高强混凝土的破坏形式以X状共轭剪切破坏为主。矿渣掺量是影响高强混凝土7 d抗压强度的最大因素，28 d抗压强度的影响程度顺序为：硅灰>矿渣>减水剂。高强混凝土中减水剂、硅灰及矿渣的合理添加比例分别为0.81%、10.81%、17.97%。     

隧道工程喷射混凝土衬砌基面粗糙度的面积扩大系数评定方法

为快速和方便地评定隧道工程中喷射混凝土基面粗糙度,提出一种采用喷射混凝土基面的面积扩大系数来评定其粗糙度的方法。通过对喷射混凝土基面实际表面形态的分析,将其表面粗糙度的影响因素分为表观粗糙度和细观粗糙度两大类,并建立相应的喷射混凝土基面简化表面形态模型。在两个层次模型的基础上,提出喷射混凝土基面面积扩大系数计算方法,在实际工程中进行初步应用,并将总体面积扩大系数与平均灌砂深度的评定结果进行比较。结果表明,平均灌砂深度法在表征喷射混凝土基面粗糙度指标上存在一定程度的不合理性,而面积扩大系数能有效地反映喷射混凝土基面粗糙程度的变化趋势,是一种快捷合理的评定方法。     

基于机制砂混凝土收缩试验的隧道衬砌环向开裂原因探讨

针对叙(永)毕(节)铁路某标段5座隧道衬砌收缩开裂问题,开展隧道衬砌机制砂混凝土收缩特性试验研究,以分析衬砌环向开裂原因.通过工程调研和试验研究,考虑细骨料、混凝土强度等级、养护条件等因素的影响,对比分析机制砂混凝土与河砂混凝土在力学性能和收缩变形2个方面的差异.研究结果表明:机制砂混凝土的抗压、抗拉和抗折强度等力学性能指标均优于河砂混凝土,但机制砂混凝土收缩率指标高于河砂混凝土24％～35％,且机制砂混凝土收缩率随强度等级的提高而增大.通过试验判定隧道衬砌环向开裂的主要原因是机制砂混凝土收缩变形指标偏大,而隧道衬砌混凝土养护不到位增加了衬砌开裂的几率和程度.     

冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型构建

冻土与结构接触面的损伤分析是解决冻土与结构相互作用问题的关键.以自研大型多功能冻土直剪仪为试验平台,开展不同冻结温度、法向应力、粗糙度条件下人工冻结粉细砂与钢板接触面大型直剪试验,分析不同工况条件下接触面剪应力-剪切位移关系及其变化规律.从岩土材料内部所含缺陷分布的随机性出发,将连续损伤理论和统计强度理论有机结合,构建冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型,确定模型参数通解.该模型能较好模拟冻土与结构接触面剪切变形中线弹性、应变硬化、应变软化及残余强度等典型特征,能有效考虑冻结温度、法向应力和粗糙度对接触面剪切强度的影响,可为冻土与结构接触面冻结强度预估和数值模拟研究提供基础模型.     

电气化改造工程接触网基础冻结强度试验研究

研究目的:为保证格拉段电气化改造工程接触网基础的正常工作和长期稳定，需重点研究接触网基础与冻土的冻结强度及其影响因素。本文采用大型应力控制式剪切仪开展多种温度和含水率条件下冻结粉土与混凝土接触面的直剪试验研究。研究结论:(1)接触面剪切应力-位移曲线主要分为弹性变形、塑性变形和滑动破坏三个阶段；(2)接触面抗剪强度与法向应力呈正比，与冻结温度呈反比；(3)当试样含水率低于饱和含水率时，随着含水率的增大，接触面抗剪强度增大，超过饱和含水率时，接触面抗剪强度随含水率的增大略有减小；(4)温度越低，接触面内摩擦角越小，黏聚力越大，黏聚力对接触面冻结强度的作用越突显，接触面黏聚力随含水率的增大先增大后减小，内摩擦角随含水率的增大而减小；(5)本研究成果可为多年冻土区接触网基础的设计提供参考。     

3D打印技术在节理岩体试样制备中的应用与研究

岩石节理面的粗糙度对岩体的形变、位移和强度均有显著影响。为了研究岩石节理面粗糙度的测量问题,以巴顿(Barton)公式[1]为基础,利用3D打印技术制作模具并以此制备模拟岩石试样。选取10组不同粗糙度的节理面,以相同的法向应力进行直剪试验,研究恒定的法向应力下节理面抗剪峰值与粗糙度的定性关系。将试验结果与巴顿公式进行对比分析,验证其数据的合理性。试验结果表明:3D打印技术应用于节理面试样制备中的模具制作可行且高效。     

人工冻结砾石土三轴剪切强度试验研究

为分析冷冻温度和含水量对于砾石土抗剪强度参数的影响,通过室内试验对南宁地铁联络通道砾石土层进行冻结状态下的三轴剪切强度分析,研究围压、冷冻温度以及含水量对于其强度演变的影响,分别得到几个特征围压下的砾石土冻结强度与冷冻温度及含水量的关系。试验结果表明:砾石土的三轴剪切强度随着冷冻温度的降低而升高,温度效应明显;同时,含水量变化对于其剪切强度影响也十分显著,在试验研究范围内冻结砾石土偏应力峰值与含水量成一定的正相关性,随着含水量增加,冻结冰晶体含量随之升高进而引起土体胶结能力增大,相应的强度有所提升。该三轴剪切强度符合Mohr-Column准则,黏聚力与内摩擦角随着冷冻温度的降低而增大,随着含水量的增加而增加。同时,冷冻温度对于砾石土三轴剪切强度参数的影响受土体含水量变化影响显著。     

粗糙度对砂土-混凝土接触面力学特性影响的试验研究

桩的粗糙度对桩侧阻力的发挥有重要影响。统计钻孔灌注桩的孔壁粗糙程度,建立孔壁粗糙度与直剪试验所用混凝土板粗糙度I的关系;借助TJW-800大型直接剪切仪进行砂土与不同粗糙度混凝土板的直剪试验,并对其力学特性进行分析。结果表明:存在临界粗糙度I_(cr),II_(cr)时,接触面峰值强度随着粗糙度的增大而增大,II_(cr)时,接触面峰值强度随着粗糙度的增大而减小;粗糙度对接触面剪切应力-切向位移曲线的形态有影响。     

自然环境条件下混凝土徐变预测模型

为得到合理的自然环境条件下混凝土徐变预测模型,探讨了恒定温度、交变温度、交变温度和相对湿度对既有徐变预测模型的影响;收集了45组控制温、湿度下的混凝土徐变试验结果,分析了温度和相对湿度对混凝土徐变的影响;结合试验结果,拟合了混凝土徐变预测模型公式,并用试验结果进行了验证。结果表明:既有变化温、湿度作用下的徐变预测模型对温度的敏感性有较大差异;交变相对湿度对混凝土徐变的影响小于交变温度;自然环境与试验室标准环境下混凝土徐变系数比值可分为稳定部分和变化部分,稳定部分受平均温度、加载龄期、混凝土强度、试验养护条件等因素影响,变化部分受温度时间历程影响;本文公式可为分析自然环境条件下混凝土徐变提供参考。     

RPC-NC叠合面剪切滑移试验研究

RPC(活性粉末混凝土)作为一种新型超高性能混凝土材料,具有高耐久性、高抗拉压强度及优异的变形能力。但由于其生产工艺相对复杂,制作成本相对较高,预制RPC构件多为实际工程所用。为了克服RPC在实际工程中应用的局限性,各种RPC组合构件应运而生,其中RPC与NC(普通混凝土)叠合构件即为一种有效的应用途径。然而,RPC-NC叠合构件叠合面的力学性能是决定两种材料是否能良好共同工作的关键因素。对36个RPC-NC双面剪切试件进行试验研究,考虑NC强度等级、叠合面正压力等级的影响,对试件破坏形态及剪应力与界面滑移量曲线进行分析。结果表明,无侧向压力试件界面抗剪强度随普通混凝土强度等级升高而增大;有侧向压力试件其抗剪强度随侧压力等级升高而大幅增加,但增加幅度逐渐减缓。     

岩体边坡锚注加固模拟试验研究

通过对层状岩石边坡锚注加固模拟剪切试验的研究,对比分析各种结构节理剪切力—剪切位移全程曲线的特点;阐述节理剪切破坏各个阶段的细观过程及不同节理的抗剪切强度和抗剪切刚度的特征。研究表明:锚注加固节理面抗剪切强度并不等于锚杆和胶结面抗剪切强度之和,其强度同步发挥的程度与锚杆钢筋的取材及钢筋配筋率有关;边坡锚注加固后,节理由原来的摩擦型节理和加锚柔性节理变为锚注刚性节理,由于节理的变形减小,可以有效地控制边坡的位移量;锚注节理的抗剪切强度随锚杆与节理面夹角的增大而减小,两者呈反比关系;当剪切力方向与锚杆倾向相同且在锚杆与锚注节理面夹角从90°到30°的变化过程中,锚注节理的抗剪切强度逐渐增大,表现为节理面的C值和φ值逐渐增大。     

负温养护下水化硅酸钙晶种对混凝土抗压强度的影响

负温环境下混凝土施工,若添加盐类防冻剂易导致混凝土后期强度降低、耐久性不足等问题.本文对比分析了正温养护、负温养护、正负温交替养护下不同掺量水化硅酸钙晶种对不同强度等级混凝土抗压强度的影响规律.结果表明:正温养护、负温养护下掺入晶种均可提高不同强度等级混凝土抗压强度,且混凝土强度等级越低抗压强度最大提升比例越高;负温养...     

泥皮对花岗岩残积土与结构接触面力学特性影响的试验研究

钻孔灌注桩在铁路桥梁中被广泛采用,但施工中残留泥皮难以避免。利用土工直剪仪对夹有泥皮的花岗岩残积土与混凝土板接触面的力学特性进行试验研究,分析泥皮厚度和含水率对接触面抗剪特性的影响。结果表明:随着泥皮厚度的增大,接触面的抗剪强度下降,接触面土体的剪胀性降低;法向应力越大,接触面抗剪强度降低的幅度越大;泥皮不存在时,接触面的抗剪以摩擦为主,而泥皮存在时,接触面的抗剪作用力以黏聚力为主;增大泥皮含水率和增大法向应力均会导致接触面土体的剪胀性降低,含水率对接触面摩擦角的影响大于对黏聚力的影响。