双孔洞倾角对红砂岩抗拉强度及破坏特征影响的试验研究

为了研究双孔洞倾角对红砂岩抗拉强度及破坏特征的影响,对含不同双孔洞倾角的红砂岩进行单轴抗拉试验,通过高速摄像机记录其破坏过程,并结合ANSYS数值模拟软件分析其破坏过程中应变场演化规律。进一步探究双孔洞倾角对红砂岩抗拉强度及破坏特征的影响。结果表明:随双孔洞倾角的增大,(1)红砂岩的抗拉强度呈现先降低后升高再降低的变化趋势;(2)试样破坏模式由裂纹贯穿单孔洞破坏向裂纹沿着单孔洞边缘贯穿破坏再向裂纹贯穿双孔洞破坏;(3)应变集中区逐渐将双孔洞与试样边缘连通,且最大应变表现出与抗拉强度相同的变化规律。     

冻融循环作用下单孔红砂岩强度及微观孔隙变化规律试验研究

为了研究冻融循环作用下单孔红砂岩力学性能弱化机理,利用伺服压力机对试样开展单轴压缩试验,并通过比表面积及孔径分析仪,分析冻融作用下单孔红砂岩的微观孔隙变化规律。结果表明:①随着冻融循环次数的增加,单孔饱水红砂岩的质量持续增加,抗压强度及弹性模量整体下降;②冻融循环20次为单孔红砂岩力学性能及微观孔隙结构的转折点,该次数下红砂岩内部结构达到新的平衡,且内部平均孔径减小,抗压强度及弹性模量均增大;③冻融循环0～10次,介孔数量居多;冻融循环40～60次时,大孔数量居多;该两个阶段内,单孔红砂岩内部平均孔径均增大,此时结构持续损伤,并随着循环次数的增加损伤加剧,导致抗压强度下降。     

冻融循环对黏土强度的影响试验研究

为了研究冻融作用对黏土强度及渗透性的影响,在不同冻融次数条件下,开展黏土的直接剪切试验、无侧限抗压强度试验及渗透试验,研究黏土的摩擦角、黏聚力、无侧限抗压强度和渗透系数随冻融次数的变化规律。结果表明：冻融作用使得黏土内部孔隙和水分迁移通道扩展,导致黏土渗透性显著增大;黏土的结构性随着冻融循环次数的增加而不断劣化,使其黏聚力和内摩擦角随冻融循环次数增加而呈现下降趋势;黏土的无侧限抗压强度均随冻融循环次数的增加而逐渐减小,最终趋于稳定;1～4次的冻融循环对黏土强度和渗透性的影响较大,冻融循环次数继续增加时其影响逐渐减小。     

裂纹位置与深度对围岩岩体稳定性的影响分析

在隧道掘进过程中,天然地应力的平衡状态将会受到破坏并进行应力重分布,在构造应力场或自重应力场作用下将会引发裂纹的起裂、扩展和贯通,从而导致隧道的失稳坍塌。文章采用数值模拟和室内模型试验方法对比分析了裂纹位置、长度、深度等因素对马蹄形断面隧道围岩结构稳定性的影响。其中,数值模拟分析了隧道围岩的破坏形式及对裂纹尖端应力强度因子的计算,隧道模型试验研究了裂纹对隧道模型抗压强度的影响。结果表明:(1)数值模拟结果与模型试验结果较为吻合;(2)裂纹位于马蹄形隧道的拐角处或裂纹倾角为45°时,对隧道的稳定性削弱作用最大;(3)隧道围岩内裂纹的长度越长,隧道模型的抗压强度越小;(4)裂纹长度达到一定程度时,裂纹深度对隧道的危害性作用基本呈线性增加的趋势;(5)裂纹缺陷对隧道围岩应力重分布及破坏形式有较大的影响。     

白云岩力学压缩试验及声发射规律研究

在高地应力近水平岩层中开挖隧道时,由于近水平层理的构造特征,隧道极易出现拱顶离层、掉块、局部超挖、支护结构偏压、初期支护混凝土开裂等现象,甚至发生拱顶失稳坍塌事故。为研究高地应力近水平岩层的破坏特征,本文以大峡谷隧道为工程背景,通过现场钻孔取芯,对岩样进行常规压缩试验,并借助声发射系统分析了岩样压缩破坏过程。研究结果表明：岩石的破坏过程可分为裂纹压密和弹性变形阶段、塑性阶段、峰值阶段、残余阶段;岩样在低围压下主要为张拉劈裂破坏,在中围压下为张拉劈裂破坏和剪切破坏共同存在,在高围压下主要呈剪切破坏且破裂岩体的裂纹扩展更为显著。     

考虑围岩冻融损伤劣化效应的隧道长期稳定性研究

寒区隧道围岩受到冻融损伤劣化作用会对隧道长期稳定性造成不利影响。文章以鄂西北十房高速公路通省隧道片岩为例,通过室内冻融循环及压缩试验,得到单轴抗压强度与冻融循环次数之间的关系。根据掌子面围岩现场工程地质调查结果,并基于Hoek-Brown准则,估算出考虑冻融损伤劣化效应的岩体力学参数。然后采用FLAC3D对冻融循环条件下隧道的长期稳定性进行数值分析,分别得到0次、4次、8次、12次、16次、20次冻融循环条件下隧道衬砌位移场及应力场变化特征。结果表明,冻融循环作用下,隧道衬砌的变形及主应力均出现了不同程度的增大。与不考虑冻融损伤劣化作用相比,经过20次冻融循环作用后,衬砌的变形、最大主应力、最小主应力分别增大了1.3%、5.3%、1.5%。在支护方案选择及支护结构设计时,有必要考虑长期冻融循环作用下围岩力学特性损伤劣化对隧道稳定性的影响。     

冻融循环作用下聚丙烯纤维增强水泥土强度试验研究

冻害问题是困扰东北道路建设的一个重要问题,季节性冻土区路基填料经历反复冻融作用,使道路出现翻浆冒泥、沉陷、强度弱化等问题。水泥因其性能良好、价格较低,可就地取材等优点,被广泛应用改善道路冻害问题。而工程实践中,发现随冻融循环次数增加水泥土强度降低,容易发生脆性破坏。为改善这种情况,研究在水泥土中加1%聚丙烯纤维以改善其抗冻性能,并和水泥土进行对比试验。通过室内基本物理性质试验、冻融循环试验、直接剪切试验,研究两组土样的内聚力c和内摩擦角φ的变化,得出一些结论:1.与水泥土相比,聚丙烯纤维水泥土初始c值大,经同样冻融循环后,其c值损失程度小于水泥土,似因聚丙烯纤维的加入改变了水泥土颗粒之间的连接,冻融循环对这种连接的削弱作用相对较弱;2.聚丙烯纤维的加入改善了水泥土的脆性特征,使脆性破坏至少延迟两个冻融循环以上;3.与水泥土相比,冻融循环过程中聚丙烯纤维水泥土内摩擦角变化幅度小,说明聚丙烯纤维的加入使细粒土经反复冻融循环后粉粒化程度减弱;4.经反复冻融循环,聚丙烯纤维水泥土与水泥土剪切强度均降低,但是前者始终大于后者,说明聚丙烯纤维的加入改善了水泥土的强度,从而提高其抗冻融性能。     

抗剥落剂对沥青混合料性能的影响及其改性机理研究

文章采用各项试验分析了不同掺量抗剥落剂对沥青混合料性能的影响,并借助分子模拟手段,研究了抗剥落剂对沥青-集料界面粘附作用的改性机理。结果显示：抗剥落剂可以增大老化前后沥青的针入度、延度,减小沥青软化点;抗剥落剂掺量增加,沥青混合料残留稳定度增强,冻融劈裂强度比、低温弯曲破坏应变值逐渐提高并在0.6%掺量时下降,但车辙试件动稳定度逐渐降低;综合考虑推荐抗剥落剂掺量为0.4%。分子模拟结果表明,0.4%抗剥落剂可使沥青-集料粘附功提升10.4%,且主要由范德华能提升引起。     

橡胶粉改性CA砂浆抗冻性研究

文章在橡胶粉改性CA砂浆基础性能研究的成果上,取掺入量分别为0、5%、10%的掺料,严格按照暂行技术条件进行橡胶粉改性CA砂浆的制备,并对三组橡胶粉改性CA砂浆试件的抗冻性进行测试。结果表明:最佳掺量范围内(≤5%)掺入橡胶粉时,橡胶粉改性CA砂浆的抗冻性随着掺入量的增加而改善;掺料可以改善试件整体性,当冻融循环次数达到56次、300次时,单位面积剥落量均满足暂行技术要求;橡胶粉本身的良好弹性,使除了冻融循环次数达到300次的10%掺入量以外的其他试件动弹性模量均≤60%,满足暂行技术条件要求。     

沥青混凝土公路界面裂隙研究

为了减少沥青公路界面裂隙发育对路面的整体破坏,文章利用断裂力学理论结合二维ANSYS有限元模型,对沥青混凝土公路界面裂隙进行研究,结果表明:车轮荷载下裂隙表现出张拉型与剪切型同时作用的复合型扩展模式;沥青路面裂纹初始长度越大,其应力强度因子初始值越大,而其扩展相同距离的疲劳扩展寿命变得越来越小。     

大埋深、高地应力地下洞室群围岩破坏机理及应对措施研究

地下洞室开挖过程中,脆性围岩应力释放型破坏(岩爆、片帮掉块等)和结构面—应力型破坏(围岩松弛、喷层开裂、顶拱坍塌等)是洞室群围岩破坏常见的主要形式。文章以白鹤滩水电站左岸尾水连接管洞室群为研究对象,结合现场踏勘统计分析,基于500μm显微镜观察、室内岩石力学单轴压缩试验对围岩应力释放型破坏机理进行了研究,基于数值模拟、孔内摄像技术对围岩结构面—应力型破坏机理进行了研究,并分别提出了相应的应对措施。研究表明,完整性较好的脆性围岩(Ⅱ类)具有一定的塑性性能,洞室开挖卸荷后岩体易发生压剪破坏,产生与受力方向呈小夹角的破坏面,塑性势能沿破裂面释放,进而引起薄层掉块或岩爆现象;对于完整性较差的围岩(Ⅲ类),由于节理、错动带等裂隙的存在,多表现为岩性强度高、岩体强度低的性状。围岩微裂纹在高地应力作用下逐渐扩展连通,形成相互切割的结构面,并逐步向岩体深部不断发展,直至应力完全释放,受周边洞室爆破振动影响时易发生坍塌现象,破坏过程在宏观上表现为由表及里并具时效性的特点。     

基于PFC~(3D)的深埋圆形巷道变形破裂时效特征分析

深部岩体的变形破裂时效特征是事关巷道稳定性与控制的关键问题,文章以某深埋巷道工程为背景,采用离散颗粒元软件PFC~(3D)以及物理模型试验分析了巷道周边岩体的变形破裂时空演变规律与机理。研究结果表明:(1)巷道围岩变形与巷道开挖时间呈"台阶式"增长关系,与其距巷道表面的距离则呈指数衰减关系;(2)随着巷道向前推进,巷道两帮岩体会在拱腰附近出现往深处以及顶底板方向逐渐扩展的剪切滑移裂纹,同时其裂纹数目、破裂分形维数值将呈指数衰减式增长变化;(3)巷道岩体剪应力传递是一个滞后和衰减的过程,巷道开挖将使巷道两帮浅部岩体剪应力迅速增大而发生屈服破裂现象。当发生屈服时,该处岩体剪应力将往深处传递,导致邻近岩体发生延性剪切破坏,进而产生明显的剪切滑移裂纹。     

CG-220/100M3型低温过热器失效分析及对策

分析了CG - 2 2 0 / 10 0M3型低温过热器失效的原因 ,在进行材料的成分、力学性能、材料组织、电镜分析的同时 ,结合运行寿命分析 ,认为失效的主要原因是烟气通道堵灰严重 ,形成烟气短路 ,导致部分炉管超温 ,发生高温蠕变损伤 ,在应力的作用下 ,形成蠕变孔洞 ,进而形成裂纹 ,从而导致最终的爆裂失效。根据分析的结果 ,提出了预防措施     

冻融作用对粉煤灰混凝土力学特性的影响研究

为了研究粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响,通过试验,研究了水灰比和粉煤灰掺量对混凝土不同龄期的动态弹性模量和抗折强度等力学指标的影响。结果表明,水灰比越大,混凝土抗冻性能越差,冻融循环次超过30次时抗冻性能大幅降低;随着粉煤灰掺量的增多,混凝土28d和56d的动态弹性模量和抗折强度都表现出先增大后减小的变化趋势,适量的粉煤灰掺量能够改善混凝土的抗冻性。综合考虑,粉煤灰掺量不宜大于10%。     

隧道洞口滑塌与支护结构破坏特征数值模拟研究

隧道洞口段一般埋深较浅,围岩条件较差,很难稳定成拱,因而在隧道开挖后极容易受到外界扰动作用而发生坍塌变形。尤其在遇水软化的膨胀性黄土地层中建设隧道时,需要考虑降雨作用对隧道稳定性及支护结构变形的影响。本文通过数值模拟方法,结合现场观测以及室内实验,对太原某黄土隧道洞口滑塌及支护破坏特征进行了分析研究。结果表明:该隧道洞口支护结构发生破坏一方面是由于洞口浅层土体本身强度不足,且黄土遇水后强度急剧降低,围岩发生塑性变形,塑性区范围迅速扩展,围岩承载能力急剧降低;另一方面是由于膨胀性黄土遇水膨胀,产生较大膨胀力,使围岩内部应力急剧增加并且作用在支护结构上,从而导致支护结构破坏,引起隧道塌方。     

路用再生骨料透水混凝土的力学性能优化研究

路用再生骨料透水混凝土(PRAC)的力学性能直接影响再生骨料透水混凝土道路的质量。文章基于PRAC的破坏机理,从两个方面研究其力学性能的优化:(1)在普通硅酸盐水泥的基础上,往PRAC的胶凝材料中分别掺入硅灰、粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料和增强料、外加剂等进行试验,研究胶凝材料的力学性能并分析其作用机理,从而提高水泥石强度;(2)对增加骨料之间的接触点数量和面积时PRAC力学性能的变化规律进行改性研究。结果表明:通过掺入不同矿物掺合料可以显著提高再生骨料透水混凝土水泥石的强度;通过改变PRAC的骨胶比,增加骨料颗粒表面包裹的胶凝材料的厚度,可优化PRAC的力学性能,提高PRAC的强度。     

浅埋膨胀土隧道围岩抗剪强度与支护结构受力特征关系研究

膨胀土吸水后产生的膨胀问题,导致隧道支护结构承受复杂的膨压应力。为研究浅埋膨胀土强度衰减和膨胀效应对隧道支护结构的影响,文章以呈贡隧道工程为背景,首先利用室内直剪试验方法,探明膨胀土的抗剪强度与初始含水量的变化关系;然后基于室内试验结果,采用ABAQUS三维有限元分析模拟软件,研究膨胀土吸水膨胀对隧道支护结构的影响,揭示不同埋深下膨胀土膨胀效应对围岩变形和支护结构内力影响规律。研究结果表明:(1)摩擦角和粘聚力均随含水量的增大而下降,粘聚力受到的影响较大,膨胀土抗剪强度与含水量的关系可采用二次抛物线表征;(2)膨胀土围岩吸水后受到支护结构约束,产生较大的膨胀压力,导致围岩出现破坏,造成隧道仰拱隆起量和边墙水平收敛增大;(3)围岩膨胀后,初期支护结构轴力均匀增加,拱腰处弯矩增加较小,墙脚处弯矩增加较大,使支护结构处于不安全状态;(4)埋深对膨胀变形产生很大的影响,但达到某一极限埋深后将不发生膨胀变形。     

路基应用场景下尾矿土的力学特性试验研究

尾矿土的大量积存是目前亟待处理的重要问题,而将其作为填料用于路基修筑已在实际工程中被证明是合理有效的解决途径。为揭示路基应用场景下尾矿土的力学特性,文章开展了考虑湿度与围压变化的不固结不排水三轴剪切试验。结果表明：不同湿度与应力状态下尾矿土应力应变曲线均为硬化或稳定型,且Konder双曲线模型可准确描述尾矿土的变形行为;尾矿土的弹性模量与峰值破坏强度表现出明显的湿度敏感性与应力依赖性,具体表现为含水率的升高与围压的降低均导致弹性模量与峰值破坏强度发生衰减。此外,随着湿度水平逐渐增大,尾矿土的粘聚力与内摩擦角有所降低。研究所得可为路基工程中尾矿土的资源化利用提供理论依据与技术指导。     

超大断面隧道在双层初期支护下的拆撑安全性研究

目前多线隧道及超大断面隧道的修建呈发展趋势。但在施作二次衬砌时,临时支撑的拆除将是整个结构受力转换的薄弱点,故保证拆撑过程中的结构安全具有重要意义。鉴于目前国内外关于超大断面隧道双层初期支护下的拆撑安全性分析仍缺乏系统的研究,文章结合实际工程,采用以数值分析为主,现场实测印证为辅的方式,对新考塘隧道拆撑时两层初期支护的内力演变以及各自的安全性进行了分析,初步证明了双层初期支护对于拆撑过程安全性的控制效果。研究结果表明:(1)在支护厚度和纵向一次性拆撑长度保持不变时,拆撑前后的安全系数表现为:双层初期支护下的二次初期支护双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护。安全系数的变化幅度表现为:双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护双层初期支护下的二次初期支护;(2)在支护形式相同时,随着一次性拆撑长度的增加,其安全系数呈现先增大后减小的趋势。根据各工况计算结果,该工程合理的一次性拆撑长度为9 m左右。     

基于灰色关联法的水泥碎石抗疲劳性能因素分析

0引言在以水泥稳定碎石为基层的沥青路面中,基层是主要的承重层。在车辆荷载的反复作用下,若面层较薄且面层与基层间粘结不好时,易使基层材料产生疲劳破坏。此外,考虑到水泥稳定碎石的抗压性能远优于其抗拉性能,虽然车辆荷载的一次作用引起的基层底部拉应力较小,但在荷载反复作用下仍然会导致基层疲劳开裂,故有必要研究其抗拉疲劳性能。本文借助灰色关联分析方法,对水泥稳定碎石混合料的应力水平、水泥剂量、4.75mm通过率、成型方式及抗弯拉强度等影响因素进