基于离散单元法的道砟循环加载双轴试验研究

为从微观上分析列车循环荷载作用下道砟强度和刚度变化以及塑性变形的发展,用离散单元法模拟其在一次及二次加载条件下的双轴试验,分析2种情况在不同围压下道砟的力学特性并进行比较。结果表明:(1)第一次加载完成后,偏应力-轴向应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要取决于围压高低;体应变-轴向应变曲线包括剪缩和剪胀2个阶段,剪缩阶段比较短。(2)第二次加载完成后,不同围压的偏应力-轴向应变曲线均为硬化型,道砟整体强度和刚度减小,塑性变形发展迅速;试验过程中,道砟颗粒一直处于剪胀状态。     

轨道车辆吸能装置碰撞试验与数字仿真研究

以某城市轨道车辆的防爬器为研究对象,重点进行了与防爬器铝合金材料率相关的应力应变曲线测试、防爬器碰撞试验及相关的数字模拟计算。研究表明Johnson-Cook本构模型能够很好地模拟该防爬器材料在大应变变形或材料失效时的物理力学特性,且数字模拟计算的塑性变形过程与碰撞试验结果保持了合理的一致性;防爬器加速度、纵向位移的仿真结果和碰撞试验数据相对误差均小于10%,满足EN15227-2008的防撞性验证要求。因此通过试验数据对有限元分析模型进行校正,可以提高有限元模型的精确度,为以后改进和优化车体结构提供参考和帮助。     

受酸腐蚀砂岩力学特性及其统计损伤本构模型

酸性侵蚀环境使得隧道、桥梁、房屋等结构劣化，耐久性和承载性能降低，服役时间缩短，最终导致各种灾害事故发生。为深入探究酸性溶液对岩石力学性能的影响，采用室内长期加速腐蚀试验，对pH=1、3、5的盐酸HCl以及pH=7的蒸馏水(H₂O)腐蚀作用下砂岩的单轴力学劣化特性进行系统研究。基于连续损伤力学和统计理论，借助CT扫描试验分析结果，引入化学-荷载共同作用损伤变量，建立考虑受酸腐蚀砂岩应力-应变曲线压密段的统计损伤本构模型，基于单轴压缩试验结果对模型进行验证。研究结果表明，腐蚀岩样单轴压缩应力-应变曲线的压密段变长，弹性段变短，轴向峰值应力、弹性模量和泊松比减小，轴向、径向峰值点应变增大；腐蚀岩样的裂隙闭合点应变增大、裂隙压缩段变长、裂纹扩展段延长，其脆性特征减弱，柔性特征增强，岩样越来越表现出柔性材料的特征；浸泡溶液pH值越小，浸泡时间越长，岩样损伤软化效应越明显。试验曲线与理论曲线的对比结果表明，所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映受酸腐蚀砂岩在荷载作用下的变形特性。研究结果可为受酸腐蚀岩体的稳定性及减防灾分析提供理论基础。     

纤维水泥砂浆桩三轴压缩试验研究

通过三轴压缩试验,研究纤维水泥砂浆桩的力学特性。研究结果表明:在100kPa围压下,水泥砂浆桩及1‰纤维掺量的纤维水泥砂浆桩应力应变曲线呈应变软化型,在高围压及高纤维掺量的情况下,应力应变曲线均呈应变硬化型;纤维水泥砂浆桩的破坏应力及黏聚力均随着纤维掺量的增大而增大,内摩擦角受纤维掺量影响不大,纤维水泥砂浆桩的内摩擦角在31.4°~33.5°范围内。     

机车钢化玻璃在半正弦波动态加载下的力学特性

区别以往矩形波加载技术,将SHPB半正弦波加载技术运用到测试机车钢化玻璃动态本构关系中,研究钢化玻璃在中低应变率下的力学特性;试验中利用半正弦波加载实现了恒应变率加载,并且消除P-C振荡效应,加载应力平衡,试验数据可信度较高;根据试验结果可知,钢化玻璃材料σ-ε关系具有双线性特性,且率相关性特征明显,应变率在326 s~(-1)以下时,最大主应力与应变率可拟合为较好的线性变化关系,斜率约为2.76,应变率在326 s~(-1)~529 s~(-1)之间,最大主应力随应变率增加增幅放缓,呈现斜率逐渐减小的上凸抛物线变化规律。     

土工格栅加筋橡胶碎石混合料大型三轴试验研究

为研究土工格栅加筋橡胶碎石混合料的力学特性与变形控制作用机理,基于大尺寸三轴试验,分析3种橡胶掺量碎石混合料在不同加筋形式下的应力-应变关系曲线、体变-轴向应变关系曲线,研究土工格栅竖向间距、筋材层数对其力学响应与变形特性的影响规律,并对试验结果进行拟合分析。研究结果表明,合理的土工格栅布置形式能有效提升橡胶碎石混合料峰值应力并抑制其发生剪胀变形。试验中5种双层加筋的最优竖向间距为d=150 mm。土工格栅的加筋效果在达到一定轴向应变后才能得以体现,且随着试样中橡胶掺量的增加,此轴向应变值逐渐增大。3种橡胶掺量碎石混合料均随着土工格栅加筋层数的增多,加筋效果显著提升,同时加筋层数相同的试样,其剪切破坏形态基本一致。随着橡胶掺量的增加,试样的剪切破坏模式由应变软化型逐渐过渡为应变硬化型,同时土工格栅的加入也增加了试样的延性。基于邓肯-张双曲线模型,增加拟合参数ψ,修正了能够描述橡胶碎石混合料的应力-应变特征的预测公式,并验证了该公式的合理性。研究成果可为橡胶碎石混合料的实际应用提供一定的理论基础。     

含石率对石英砂岩类碎石土力学特性的影响研究

为探究含石率对石英砂岩类碎石土力学特性的影响,以湖南益阳某滑坡石英砂岩类碎石土为研究对象,对24组碎石土试样在不同围压(100,200和300 kPa)下进行三轴力学试验.研究结果表明:10％～30％含石率碎石土的应力应变曲线与正常固结土的应力应变曲线不同,在较高围压下出现了应变软化现象.这表明碎石的加入,会改变原有正...     

土石堆积体精细化模型构建及力学特性数值试验

土石堆积体具有较强的非均质性,其力学破坏特性受内部块石的细部特征影响较大.依托罗打拉堆积体隧道,借助数字图像处理与块石随机投放技术实现了对土石堆积体精细化数值模型的构建,采用大型三轴试验验证模型的正确性,并深入探讨土石堆积体力学破坏的特征及规律.研究结果表明:该方法获得的力学参数及应力应变曲线与三轴试验结果差异不大;在...     

透明砂土力学性质三轴试验研究

研究目的:透明砂土是利用熔融石英砂和具有相同折射率的孔隙液体配置的新型岩土工程材料。为深人了解其力学特性,本文采用三轴仪对粒径为0. 5～1.0 mm和1.0～3. 0 mm的熔融石英砂进行CU和CD试验,对比分析二者的应力应变、孔压、有效应力比等参数变化规律,并且通过试验分别计算得到粗砂和细砂的E-μ模型参数,为开展数值计算提供相应参数。研究结论:(1)松散的透明砂土试样应力应变曲线表现出硬化特性;(2)粗粒径试样应力应变曲线陡峭,达到峰值的速率较细粒径试样快;(3)固结不排水剪切试验粗粒径试样孔压值大于细粒径的孔压值,二者的孔隙水压力系数A_f随着围压的增大而呈减小趋势;(4)可以用透明砂土模拟天然土体,不同粒径的透明砂土可以表征不同土体;(5)该研究成果可为基于透明土技术的模型试验研究提供参考。     

胶济客运专线非饱和原状粉质黏土固结试验

饱和度的高低是影响非饱和土固结变形特性的重要因素.针对不同饱和度的原状粉质黏土进行固结试验,得到粉质黏土的应力-应变及变形-时间的关系曲线,在此基础上综合分析应力、应变和时间三者之间的关系,进而对非饱和原状粉质黏土和浸水饱和后粉质黏土的固结压缩特性进行研究.     

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...     

普通混凝土落锤冲击动态力学性能试验研究

为研究普通混凝土材料的动态冲击力学性能,利用改进的落锤冲击试验装置,对C30混凝土圆柱体进行低速冲击试验。为降低落锤冲击惯性效应并获得稳定的加载速率,试验采用不同厚度的橡胶或海绵作为波形整形材料;采用20 mm厚橡胶时可消除惯性力影响,延长加载时间,使试件纵向应力趋于均匀分布,并实现恒定速率加载。试验结果表明:冲击荷载下混凝土破坏形态与静载下相同,动态增大系数(DIF)、极限应变与吸收能量随应变率增加而增加,在本文试验参数范围内应变率对混凝土应力-应变曲线形状影响较小。对已有混凝土动态力学性能试验结果进行统计和对比,验证了CEB2010规范公式偏于保守地描述了DIF与应变率的关系,且本文的研究结果填补了应变率10-1/s~100/s范围内试验数据。     

CRTSⅠ型CA砂浆动态压缩试验及本构关系研究

研究目的:水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)层充填在CRTSⅠ型板式无砟轨道的轨道板和底座板之间,起着支承、传载、调整、减振隔振等功能,因此需要全面研究CA砂浆的力学性能。本文以现场取样CA砂浆圆柱体试件为对象,考虑10-5s-1~10-2s-1四种不同应变率,在位移和应变率双重控制下,测试动力加载条件下单轴受压应力-应变全曲线;研究抗压强度、峰值应变、弹性模量等力学参数的应变率效应以及本构方程。研究结论:(1)应变率对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变率的增加而增大,其中抗压强度应变率敏感性最强,在10-5s-1~10-2s-1应变率范围内,强度可提高2.5倍左右;(3)CA砂浆在不同应变率下的应力-应变曲线形状相似,不同应变率下CA砂浆的应力-应变关系可以用本文提出的有理分式表达;(4)通过与试验数据对比发现,本文提出的不同应变率下CA砂浆的本构方程与试验结果吻合较好,研究成果可为CA砂浆率型本构模型的建立提供试验基础,从而应用于板式轨道的动力设计中。     

压实全风化红层泥岩填料力学特性及其影响因素

将全风化红层泥岩压实后用作高速铁路路基填料可以有效缓解西南地区优质填料缺乏的现状，但前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律尚不明确。为此，采用一维膨胀试验、直剪试验及压汞试验，研究前期变形路径对压实全风化红层泥岩填料力学特性的影响规律，并揭示其影响机理。结果表明：压实全风化红层泥岩填料在浸水后的膨胀变形可分为初次膨胀、二次膨胀及变形稳定3个阶段，初始干密度越大、初始含水率越低、竖向荷载越小，膨胀率和二次变形系数越大；初始状态相同时，膨胀-固结路径下压实全风化红层泥岩填料的膨胀率和膨胀力大于固结-膨胀路径下的；前期变形路径对抗剪强度的影响较小，但固结-膨胀路径下填料应力-位移曲线由软化向硬化的过渡较膨胀-固结路径表现出明显的滞后性；固结-膨胀路径下压实全风化红层泥岩填料特征孔径比膨胀-固结路径下的分布密度更低、数量更少。     

GFRP锚杆锚固黏结性能试验研究

通过对9个不同直径的GFRP锚杆拉伸试验及27个不同直径和表面形态的GFRP锚杆黏结性能试验,得到GFRP锚杆受力过程中材料应力-应变曲线及其与混凝土的黏结滑移曲线,分析直径对GFRP锚杆力学性能,直径和表面形态对GFRP锚杆黏结性能的影响。试验结果表明:GFRP锚杆受力过程中应力-应变曲线为一条通过原点的斜直线,属于线弹性材料,GFRP锚杆的极限抗拉强度及应变随着试件直径的增大而有所下降,延性降低;GFRP锚杆与混凝土黏结强度随着直径的增大而减小,荷载段滑移量增加;GFRP锚杆表面形态对黏结强度的影响较明显,加大螺距和丝槽或改变肋高度、间距和宽度等这些表面形式可以提高机械咬合力,获得更好的黏结效果,同时减小滑移量;根据试验成果建立GFRP锚杆黏结滑移本构模型,研究成果为GFRP锚杆数值分析和预应力GFRP锚杆工程应用提供试验依据。     

交通荷载引起的静偏应力对压实黄土动力特性的影响

区别于地震荷载,交通荷载作用下的静偏应力对土体动力特性的影响显著。通过室内动三轴试验研究静偏应力对压实黄土动应力-应变关系的影响规律,分析动模量随加载振次的变化规律。结果表明:静偏应力可以显著提高同等动应变幅值下土体的动模量;随着静偏应力的增加,土体的动应力-应变关系在一定的起始动应变幅值范围内呈线性关系。当不考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐衰减;当考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐增大。此外,通过将动力荷载作用下土体的循环累积应变分解为动力蠕变和弹性应变,对土体的滞回特性进行了修正,修正之后静偏应力对土体动模量的强化作用更加明显。修正方法可为交通荷载作用下路基的动力响应和长期变形分析提供更为清晰的研究思路和意义明确的力学参数。     

含水量对膏溶角砾岩力学性能影响的研究

针对不同含水路径的膏溶角砾岩试样,采用RMT-150B型岩石电液伺服试验机,进行了人工增湿和天然情况下力学性能的试验研究.比较分析了人工增湿和天然条件下含水量对岩石应力——应变曲线、峰值强度、峰值应变、弹性模量和泊松比变化情况.分析结果表明,含水量的不同对岩石的峰值强度、弹性模量和峰值应变等力学性质有显著影响,随着含水量的增加,膏溶角砾岩的力学性能劣化明显,峰值应力和弹性模量呈指数减少,而峰值应变呈线性增大.含水量相同情况下,人工增湿的岩样相对于天然含水量岩样,岩石的力学性质发生了很大的变化,峰值应力、弹性模量都有很大的下降,表现出不同含水路径力学特性的差异.基于力学性质随含水量的变化,从膏溶角砾岩弹性模量变化规律入手,导出了水的物理化学损伤演化方程和一维WM(water and mechanical)耦合损伤本构方程.     

温度与围压作用下的岩石损伤本构关系研究

基于统计强度理论及损伤力学原理,以H-B准则为岩石强度准则,构建考虑温度与围压共同作用的岩石损伤演化方程及本构模型,采用理论推导与试验相结合的方法推导出模型参数;根据前人的试验参数,拟合出某大理岩在15 MPa围压、不同温度和200℃、不同围压下的应力应变曲线,与试验曲线进行比较以验证模型的可靠性。研究结果表明:所构建的岩石损伤演化方程和本构模型在15 MPa围压和不同温度情况下以及200℃温度和不同围压情况下的拟合应力应变曲线与试验曲线吻合良好,岩石杨氏模量、峰值应力和峰值应变高度一致,能够很好地反映岩石在温度和围压作用下的损伤演化和本构关系,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性和可靠性;为岩石力学的发展和工程应用提供了新的岩石损伤模型和本构模型,具有一定的理论价值和实际意义。     

寒区铁路含冰率对碎石集料强度及变形特性影响试验研究

在寒区冰冻条件下,道砟间的冻结现象将加剧冻结道床与轨枕、路基相互作用的复杂性,给冬季有砟轨道的安全运行带来较大挑战。为探究寒区有砟轨道中冻结道床的强度和变形特性,制备不同含冰率下碎石集料试样并进行室内低温单轴压缩试验,讨论含冰率对冻结试样应力应变曲线、强度及变形特性的影响。为表征冻结试样峰后脆性特征,定义强度衰减系数,该系数随着含冰率的增大而降低,两者关系可用幂函数表示。研究结果表明：较低加载速率下,冻结试样应力应变曲线均为应变软化型。随着含冰率的增大,曲线屈服阶段增大,峰后塑性特性增强,应变软化特征更加明显。在失效模式上随着含冰率的增大,试样由脆性破坏转为轴向劈裂的韧性破坏。高含冰率下道砟接触界面的冻结强度显著提升,会加剧冻结试样中道砟颗粒的劣化破碎行为。含冰率对力学性能有显著影响,抗压强度和有效弹性模量随含冰率的增加而增大,含冰率与抗压强度的关系可用指数函数来表示,与有效弹性模量呈近似线性关系,基于强度衰减法可估计冻结碎石料的残余强度。研究成果不仅对寒区铁路冻结道床的力学特性探究具有重要工程应用价值,也能为冰-石冻结混合体的力学行为研究提供可靠试验依据。     

蒙辽客运专线粉砂地基固结压缩特性的三轴试验研究

依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路路基工程,对细颗粒含量分别为10%、15%、30%和40%的中密状态粉砂开展一系列室内固结不排水三轴试验研究,通过试验研究不同细颗粒含量粉砂在不同围压条件下的应力-应变关系、孔隙水压力的涨消发展模型及初始剪切模量的发展规律,揭示细颗粒含量和围压对中密状态粉砂应力-应变关系、孔压演化特性及初始剪切模量的影响规律。结果表明:空间应力状态下的不同细颗粒含量中密粉砂的应力-应变关系曲线以硬化型为主,符合增长型双曲线模式,且随着围压的增加,应力-应变关系曲线呈现强硬化状态,随着细颗粒含量的增加,应力-应变关系曲线呈现弱硬化状态。孔隙水压力的变化表现为随剪切的发展先经过一段上升过程,达到峰值后又开始下降,且随着细颗粒含量的增加,围压的增大,孔压的峰值越高,孔压消散速度降低,剪切完成后的残余孔压越大。初始剪切模量与围压呈正相关,即随着围压的增大而增大。同时,运用ABAQUS有限元程序建立计算机模型模拟试验,进一步验证上述分析结果的真实性与可靠性。