隧道混凝土裂缝声发射特性室内试验研究

隧道混凝土承受荷载大,内部发生形变和开裂损伤时会释放弹性波。因此,利用混凝土单轴拉伸试验,研究混凝土在不同轴拉荷载路径作用下的声发射特性,对隧道混凝土裂缝检测有重要意义。采用声发射（AE）仪器采集了加载过程中混凝土内部的声发射信号,在拉应力接近峰值之前,混凝土内部产生的声发射信号较少,当拉应力达到峰值后,混凝土内部声发射信号开始剧烈增多,声发射幅值较高,试件表面的微裂缝逐渐扩展为宏观裂缝。试验结果表明,声发射特性与混凝土损伤开裂特征相吻合,声发射能够对隧道混凝土内部断裂损伤进行有效探测。     

化学腐蚀下红层软岩单轴压缩及声发射特征试验研究

为研究酸性水化学溶液浸蚀作用下红层软岩的细观损伤演化特征,利用声发射技术分析红层软岩在受不同p H化学溶液浸蚀作用后的单轴压缩损伤破坏过程。试验结果显示:酸性溶液对红层软岩主要表现为溶蚀作用;受腐蚀后红层软岩试样破坏失稳过程中的声发射特征与试样中的裂纹萌生、扩展和贯通的演化特征密切相关;试样在破坏过程的声发射能量呈现"上升—峰值—下降—平缓"的演化规律,峰值前有声发射平静期;红层软岩在不同p H酸性溶液浸蚀95 d后单轴抗压强度均有所降低;随着浸泡溶液p H减小,化学腐蚀程度增大,溶蚀孔隙分布越多,试件在单轴荷载下压密阶段声发射特征越明显。试验结果可为受腐蚀区域红层软岩的长期稳定性的评价提供参考。     

循环荷载下红层泥岩路基土的变形特性研究

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的变形特性。根据累积变形曲线的发展趋势,把红层泥岩土的累积变形分为稳定型和破坏型,并分析了产生不同变形曲线的原因。引入了动应力水平的概念,由试验数据得到红层泥岩土的临界动应力水平为30%左右。用Monismith模型来分析红层泥岩土的累积变形,发现系数A的离散性很大,而指数b的离散性较小。考虑土的类型、应力状态和物理性质等主要影响因素,将系数A扩展为3个参数,分别反映上述影响因素,3个参数具有明确的物理意义且容易确定,便于模型的实际应用。     

循环荷载下重载铁路道砟磨耗破碎及力学特性试验研究

为深入研究重载列车循环动载作用下散粒体道砟的颗粒磨耗破碎和力学行为劣化等特征,开展3种不同动应力幅值下的室内大型动三轴试验。通过对染色道砟颗粒进行激光扫描和三维重构,量化分析不同循环加载应力状态下不同粒径道砟颗粒的磨耗破碎特征,深入分析循环加载下试样的宏观力学特性和力学行为劣化等。研究结果表明,循环加载后道砟颗粒普遍从原始粒径破碎至相邻粒径,偶尔出现破碎至相隔粒径的现象,另有质量占比1%左右的少量道砟颗粒破碎至最小粒径4.75～22.4 mm;在相同的循环加载动应力幅值下,随粒径的增大,道砟颗粒破碎至相邻粒径的质量占比总体呈增大趋势;循环加载过程中颗粒磨耗存在尖角磨损、棱边磨耗与表面纹理改变等3种典型类型,动应力幅值230 kPa下颗粒最大磨耗深度为0.36～5.2 mm,平均磨耗深度为0.03～0.62 mm,颗粒磨耗程度随粒径的增大而逐渐加剧,尖角磨损出现的数量更多且概率更大,其次为棱边磨耗;循环加载三轴试验前后各粒组颗粒含量变化幅度与级配曲线偏移距离随动应力幅值的增大而增大,Bg、Br与BBI 3种颗粒破碎指标均随动应力幅值的增大而增大,Br与BBI两者对动应力幅值的变化反应程度...     

增量加卸荷作用下砂岩破坏与声发射特征研究

在公路隧道的施工和运营阶段,岩体经常会受到反复加卸荷的作用。为探究反复加卸荷作用下软岩的强度劣化趋势及声发射特征规律,通过室内单轴反复加卸荷试验配合声发射监测,研究砂岩在不同反复加卸荷条件下的变形、破坏和声发射特征。结果表明：增量反复加卸荷作用下砂岩的破坏形式与其常规单轴的破坏形式具有关联性,主要以剪切破坏形式为主,破碎程度有所提高。在增加保载作用之后,砂岩破裂面变得圆润光滑;反复加卸荷作用下砂岩强度较单轴抗压强度提高了6.8%,增加保载作用后提高了9%;砂岩在反复加卸荷作用下,其扩容应力无明显变化且仍表现出弹塑型破坏特征。在增加保载作用之后,砂岩的滞后变形特征明显;砂岩在峰值应力水平46%～62%之间Kaiser效应明显,在70%以后Felicity效应明显,且FR能较好地量化岩石损伤演化的过程。在增量反复加卸荷过程中,随着加载次数的增加,FR呈现出先增大后减小的规律。根据FR突然降低时的加载应力,可以判断岩石的裂缝损伤应力所处的范围,可为预警岩石破坏提供应用。研究结果可为实际岩石工程中岩体在受到循环反复加卸荷作用下的长期稳定性的评价提供试验参考和理论依据。     

淤泥质粉质黏土温控动三轴试验

针对宁波市轨道交通2号线一期工程,利用温控动三轴试验系统,开展淤泥质粉质黏土的动力特性试验,研究温度、加载频率、动应力幅值对土体的累积塑性应变、动弹性模量、阻尼比和孔压等的影响。结果表明:淤泥质粉质黏土的动力特性发展规律受动应力幅值的影响很大,当动应力幅值接近临界动应力时,增大振动频率会降低临界动应力值;在相同应力水平下,淤泥质粉质黏土的强度随着温度的升高而增大,呈现热硬化趋势;在不同的动应力幅值、振动频率和温度下,淤泥质粉质黏土的动弹性模量和阻尼比随动应变的增大而减小,动应变随动应力比的增大而增大,近似呈线性增长。     

干湿循环作用下红页岩静态力学特性研究

为研究干湿循环作用下红页岩的静态力学特性,利用INSTRON1346伺服控制刚性试验机和PCI-2声发射仪对不同干湿循环次数下的红页岩进行单轴压缩试验。研究结果表明:干湿循环条件下红页岩试样的应力-应变曲线可分为微裂隙压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段以及破坏阶段4个阶段。干湿循环1次后,岩样单轴抗压强度和弹性模量显著降低,而后随着干湿循环次数的增加而逐渐趋于稳定,声发射累计能量和累计振铃计数均大幅下降,循环次数越多,声发射累计能量和累计振铃计数越小,试件破坏形式由弹脆性向弹塑性过渡。     

高速铁路隧道间距对岩体变形及应力分布的影响

为研究不同隧道间距下岩体变形及应力分布规律,采用类岩材料制备不同孔洞间距的试样,并对试样进行单轴压缩试验等力学测试,获得试样的峰值应力和弹性模量;利用声发射(AE)装置,获得孔洞间距对声发射参数的影响;采用DIC设备对试样的加载破坏过程进行监测,研究试样受力破坏过程中的动态变化.研究表明,随着两孔洞之间间距增大,试样峰...     

水平位移加载方式对铅芯橡胶支座力学性能的影响

对铅芯橡胶支座进行了压、剪力学性能试验,研究了不同水平位移加载顺序和加载频率对支座力学性能的影响。结果表明:水平位移递增加载时支座的屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比均大于递减加载时支座的性能,随着支座剪切变形的增大,加载顺序对支座屈服后刚度和水平等效刚度的影响逐渐减小;水平位移加载频率较小时,加载频率对支座力学性能有一定的影响,随着加载频率的增大,加载频率对支座力学性能的影响逐渐减小。     

压实红层泥岩填料强度与刚度软化和衰减特性研究

全风化红层泥岩作为基床以下的路基本体填料的适用性已被证实,但路基结构若能全部采用全风化红层泥岩填料填筑将对西南地区的高速铁路建设具有重大意义。为研究全风化红层泥岩作为路基基床浅层填料的适用性,对不同含水率和干密度的全风化红层泥岩进行低围压(5 kPa)三轴不固结不排水(UU)剪切实验,明确干密度和含水率对全风化红层泥岩填料强度的影响,揭示低围压下全风化红层泥岩填料的力学特性。根据全风化红层泥岩填料刚度衰减特性建立考虑含水率和干密度的刚度衰减双曲线模型,分析含水率和干密度与模型指标之间的关联性。研究结果表明：低围压下全风化红层泥岩填料达到峰值强度后强度显著衰减,应力-应变关系曲线呈现明显的强软化型,峰值应力受含水率和干密度影响较大。在最优含水率下全风化红层泥岩填料压实度达到K95时强度满足高速铁路路基基床填料要求,但遇水后强度和刚度均出现了明显的软化现象,将其作为基床浅层填料时必须做好防水措施。低围压下全风化红层泥岩填料刚度先后经历了缓慢减小、迅速下降和基本维持不变3个阶段,含水率和干密度只影响填料的初始刚度和刚度衰减速率,而对填料的残余刚度影响较小。研究结果可为高速铁路全风化红层泥岩基...     

高速列车荷载作用下粗粒土填料振动变形特性分析

路基振动变形影响列车运行安全与舒适性,开展高速列车荷载作用下粗粒土填料振动变形特性的研究具有重要意义。利用MTS加载系统和自制模型箱,构建室内粗粒土填料单元模型试验系统,模拟列车的动载作用,对粗粒土填料开展5万次循环加载试验,获得振动变形与加载次数的关系曲线,探讨动应力幅值、加载频率对振动变形的影响。结果表明,在动应力幅值为25～200 kPa、加载频率为2～8 Hz的循环荷载作用下,粗粒土填料的初始振动应变为0.001 0～0.003 8,5万次加载后稳定振动应变为0.000 8～0.002 0;振动应变与加载次数呈负幂函数关系,且随动应力幅值、加载频率的增加而增大。根据试验结果建立路基基床振动变形分析模型,验证模型的合理性。研究结果可为高速铁路粗粒土路基的振动状态评价提供参考依据。     

利用红层泥岩填筑高速铁路路基技术的试验研究

研究目的:我国西南、西北、中南及东南等地区广泛分布红层泥岩,开展红层泥岩填筑高速铁路路基技术的研究,提出系统的红层泥岩填料使用方法与工程技术,对我国铁路建设具有重要意义.研究结论:通过室内土工试验、现场路基填筑试验、路基离心模型试验与现场原型路基沉降观测、现场原型路基循环加载试验等方法,系统研究了红层泥岩土填料工程特性、红层泥岩路基压密沉降、累积变形特性等关键技术问题.在此基础上提出了利用红层泥岩填筑高速铁路路基工程技术,主要包括红层泥岩填料制备标准、红层泥岩路基填筑压实标准、红层泥岩路基结构及设计参数、红层泥岩填筑施工工艺及要点等内容.工程实践表明,所提出的红层泥岩填筑高速铁路路基技术是合理、可行的.     

高阻尼橡胶支座剪切性能压力相关性试验研究

研究目的:在实际地震中由于水平倾覆力矩和竖向地震作用的影响,基础隔震结构中橡胶支座承受的竖向压力将会产生较大变化,而橡胶支座竖向压力的变化将会对支座的剪切性能产生一定影响,因而有必要对支座剪切性能的压力相关性进行研究。本文采用低周反复循环加载试验方法对高阻尼橡胶支座进行压剪试验,研究压应力和剪应变对支座剪切性能的影响,从而建立高阻尼橡胶支座剪切性能的压力相关性经验公式。研究结论:(1)随着压应力和剪应变的增大,支座的滞回曲线越来越饱满,支座的耗能能力增大,并出现了明显的刚度硬化现象;(2)支座的屈服力和等效阻尼比随着压应力的增大而增大,随着剪应变的增大,压应力对屈服力的影响逐渐增大,压应力对等效阻尼比的影响有所减小;(3)支座的屈服后刚度随着压应力的增大而减小,随着剪应变的增大,压应力对屈服后刚度的影响逐渐减小;(4)当剪应变较大时,水平等效刚度随着压应力的增大而增大;(5)根据试验结果给出了支座剪切性能的压力相关性经验公式,可供高阻尼橡胶支座基础隔震结构设计人员参考和使用。     

高速列车荷载下桩网结构路基竖向动应力传递分析

依托哈尔滨—大连高速铁路典型断面建立桩网结构路基有限元模型,分析路基高度和桩间距对列车荷载作用下路基竖向动应力传递的影响。研究结果表明:竖向动应力沿路堤深度逐渐减小,距桩顶同一距离的水平面上桩顶处竖向动应力最大,四桩形心处竖向动应力最小;路堤高度较小时土拱效应较弱,桩顶应力集中效应起主导作用;随着桩间距的增大土拱高度增加,竖向应力提前由衰减变为增加且单个土拱拱脚所需承担的竖向动荷载增加;计算得到的竖向动应力衰减系数在中国规范与日本规范计算结果之间。     

车轮滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测

利用有限元软件ABAQUS建立带缺陷孔的车轮二维有限元模型,循环塑性本构关系采用LemaitreChaboche非线性各向同性/随动硬化循环塑性模型,通过在滚动接触表面上施加移动法向分布压力和切向分布力模拟反复滚动过程。采用Jiang-Sehitoglu损伤参量和基于临界平面法的疲劳裂纹萌生寿命模型,分析循环载荷大小、缺陷孔深度和摩擦因数等因素对车轮缺陷孔处损伤参量及滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明:经过反复施加10次循环载荷,车轮材料缺陷孔处应力应变响应逐渐趋于稳定。循环载荷大小、缺陷孔深度和摩擦因数等因素对车轮缺陷孔处损伤参量和滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响比较明显。疲劳裂纹萌生寿命随着循环载荷与摩擦因数的增加而增大,随着缺陷孔深度的增加而逐渐减小。     

不同节理倾角砂岩卸围压力学破坏特性试验研究

经历漫长地质构造后,岩体内存在大量的节理,而充分认识节理岩体卸荷力学行为对保障地下工程安全开挖具有重要的理论价值。因此,通过对预制节理砂岩试样开展卸围压试验,分析节理倾角对砂岩强度和变形破坏特性及声发射特征的影响规律。结果表明,卸围压对节理砂岩试样峰前应力-应变曲线特征影响较小,导致峰后的残余强度消失;节理砂岩试样卸围压峰值强度较常规三轴压缩低,且随节理倾角的变化规律相同;在倾角θ=40°时出现异常,主要是节理存在导致剪切裂纹向节理偏移。压密阶段声发射事件随节理倾角增大越来越不明显,而进入塑性段节理倾角对声发射特征影响较大。峰后声发射事件缓慢增加,主要是卸围压导致侧向做负功,一定程度上降低了弹性应变能释放的剧烈程度。     

降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验，研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性，并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程，探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明：边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大，0.7倍坡高附近放大效应最大，存在“趋表效应”及“高程效应”；土体应变随峰值加速度的增加而显著增大，坡脚与坡顶变形差异较大；动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大，滑坡启动阶段显著增加；边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近，随后坡脚产生剪切破坏；土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致；边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段，表现为张拉-剪切型破坏。     

波形钢腹板PC组合箱梁剪滞剪切效应的动力特性分析

利用能量变分原理,在考虑剪滞剪切变形双重效应影响的基础上,导出波形钢腹板PC组合箱梁的单元刚度矩阵和一致质量矩阵,并利用子空间迭代法编制求解广义特征值的程序BXBOX,使波形钢腹板PC组合箱梁矩阵位移法更加完整,为考虑剪滞剪切效应波形钢腹板组合箱梁的动力特性提供一种新的计算方法。通过建立波形钢腹板简支梁和连续梁的试验和数值模型,验证了本文理论的正确性,且本文理论值更接近试验值。结果表明:剪滞剪切效应使该结构的自振频率明显减小,四阶时减小达到45%,随着自振频率阶数的增加,剪滞剪切效应影响程度逐渐增大,且剪力滞效应对自振频率的影响起主导作用。本文理论对解决波形钢腹板静定结构的动力分析问题具有重要意义。     

重载铁路路基低液限粉土动力变形特性试验研究

低液限粉土是朔黄重载铁路路基的主要填料,通过一系列室内循环动三轴试验,研究循环荷载频率、动应力比、固结度和饱和度(含水率)等参数对低液限粉土动力变形特性的影响。研究结果表明:低液限粉土填料的轴向累积应变-振次关系曲线分为稳定型和破坏型,轴向累积应变随动应力幅值增大而增大,动应力超过临界动应力值,累积应变明显增长直到破坏。累积应变随振动频率的增大而增大;随固结比的增大而减小;饱和度(含水率)越大,对应的累积塑性应变越大,到达破坏所需的破坏振动次数越低。建立"稳定型"和"破坏型"累积轴向应变-振次关系的经验公式:张勇经验公式和Monismith指数公式。研究结果对重载铁路路基动力稳定性分析评价具有参考价值。     

循环荷载下粉土路基土的变形性状研究

为探讨铁路既有线粉土路基的工作性状及病害机理,通过室内动三轴试验,研究不同密实度、不同含水率粉土路基土在不同动应力水平下的循环累积塑性变形规律。结果表明:循环荷载下粉土路基土的累积塑性变形随动应力的增加而增大,随试样含水率的降低而降低,随压实系数的增大而减小,且动应力水平越高、含水率越大、压实系数越小,变化趋势越明显;在既有线路基动应力水平范围内及路基土处于饱和含水率状态下,可用粉土路基土的压实系数0.93作为路基土破坏形态的分界点;粉土路基土的临界动应力约为静强度的50%。基于试验结果,以Monismith指数模型为基础,引入路基动应力与静极限抗剪强度的应力比系数,建立了能同时考虑动应力和土体物理状态条件的路基土循环累积塑性变形预测模型。模型计算值与试验值吻合较好,说明该模型能较好地预测粉土路基土的循环累积塑性变形。