高温养护下水泥改良风积沙抗压强度试验研究

研究目的:新疆和田至若羌铁路经过塔克拉玛干沙漠南缘,地表以风积沙为主,水泥改良风积沙是沙漠地区铁路路基基床填筑的关键技术。塔克拉玛干沙漠夏季地表温度最高可达70℃,水泥改良风积沙的力学性能和变形特性易受高温的影响,因此本文结合新疆塔克拉玛干沙漠的气候条件,开展水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验,研究70℃高温养护条件下水泥掺量和压实系数对水泥改良风积沙的应力应变特征、无侧限抗压强度、峰值应变和刚度的影响。研究结论:(1)水泥改良风积沙的应力应变曲线近似正态分布,具有右偏态的特性;(2)高温养护条件下,压实系数为0.95时,水泥掺量为4%、5%、6%对应的水泥改良风积沙无侧限抗压强度分别为0.38 MPa、0.52 MPa和0.78 MPa,峰值应变分别为2.2%、2.4%和2.6%,刚度分别为10.4 MPa、16.2 MPa和22.8 MPa;(3)与标准养护条件相比,高温养护条件下水泥掺量为5%、压实系数为0.95的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度和峰值应变分别降低了5.5%、22.7%,刚度增大了5.9%;(4)新疆和田至若羌铁路夏季施工时,考虑70℃高温养护条件,掺量5%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求,避开高温施工环境条件,掺量4%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求;(5)本研究成果可为风积沙铁路路基基床的设计、施工提供参考。     

水泥改良泥质板岩粗粒土力学性质的应变率效应研究

利用大型静动三轴仪开展不同应变率下的水泥改良泥质板岩粗粒土三轴抗压试验,研究水泥改良土应力—应变特征关系以及应变率对土的抗压强度、弹性模量等力学参数的影响。在此基础上,分别提出这些参数与应变率之间的拟合关系式,分析水泥含量对应变率效应的影响。研究结果表明:随着应变率增加,抗压强度、峰值应力对应的应变和弹性模量均增加。拟合结果良好,提出的拟合关系式合理;水泥含量越大,抗压强度、峰值应力对应的应变和弹性模量等参数随应变率的提高越显著。     

高速铁路路基粗粒土填料动静力力学特性试验研究

考虑细粒含量和含水率的影响,开展高速铁路路基粗粒土的动静力力学特性试验,分析不同静荷载和围压作用下粗粒土填料的变形和强度演化特征,研究循环动荷载作用下粗粒土的动应力-动应变特性及累积塑性变形特征.研究结果表明,含水率较高时,细粒含量、围压等因素对粗粒土强度影响不明显,含水率较低时,细粒含量10％的粗粒土配比效果最优;动...     

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。     

细粒含量对粉砂固结压缩特性影响的试验研究

研究目的:基于细粒含量对不同状态客专粉砂地基固结压缩特性影响研究的不足,依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路工程,对处于松散、中密和密实状态的粉砂分别掺配5%、15%、30%和40%的细粒含量,开展不同细粒含量对粉砂固结压缩特性影响的T90试验研究,揭示不同细粒含量对不同状态粉砂土体的孔隙比、固结系数、压缩模量、固结压缩历程的影响规律,以及应力-应变关系发生、发展规律。研究结论:(1)随着细粒含量的增加,松散粉砂的孔隙比和固结系数逐渐减小,而压缩模量随之增加,在达到FC15后,变化速度较为显著;中密和密实状态粉砂的孔隙比和固结系数发展规律存在较明显的转折点,即起初阶段是逐渐变小的,但当达到FC30后,其随细粒含量增加而增大,而压缩模量则持续地降低;(2)利用对数函数和双曲线函数分别对不同细粒含量不同状态粉砂的变形随时间发展规律及应力-应变关系进行拟合分析,得到了较为可靠的统一表达式;(3)运用计算机模型试验进一步验证了细粒含量对客专粉砂固结压缩特性的影响规律的真实性与可靠性;(4)本研究成果可应用于类似客专路基工程粉砂地基处理的设计与施工。     

活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试验研究

通过活性粉末混凝土在不同围压下的常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土的破坏形态、强度特征和变形规律。结果表明:围压≤60 MPa时,活性粉末混凝土的常规三轴压缩破坏形态主要表现为劈裂破坏,围压为65MPa时,破坏表现出挤压流动特征;在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试件的应力—应变曲线的形状基本相似,均经历压密、弹性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段;活性粉末混凝土的三轴抗压强度、弹性模量和轴向峰值应变均随围压的增大而近似线性增长,但活性粉末混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速度较普通混凝土缓慢;在到达峰值应变之前,活性粉末混凝土的割线泊松比表现出随围压的增大而减小的规律,此阶段的体积应变表现为压缩。     

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.     

孔洞尺寸效应对岩石单轴压缩力学强度及破坏特征影响试验研究

为了研究孔洞尺寸效应对岩石力学强度的影响,利用岩石伺服压力机对含不同孔洞直径的岩石进行单轴压缩,并通过高速摄像机记录其破坏特征及裂纹扩展过程,从裂纹扩展角度阐述强度弱化机理。研究表明:(1)随着孔洞直径的增大,其抗压强度随之而减小,但降低速率逐渐减小;(2)起裂裂纹类型控制脱落面积,进而影响岩石宏观力学强度;(3)孔洞直径为6 mm、8 mm试样起裂裂纹为反向拉伸裂纹,反向拉伸裂纹扩展很短;孔洞直径为10 mm、12 mm试样起裂裂纹为正向拉伸裂纹,最终贯穿试验边界的均为正向拉伸裂纹。     

岩石细观特征对其宏观力学行为的影响

采用颗粒流数值分析方法模拟砂岩试件在单轴和常规三轴压缩情况下的力学行为,获得三轴压缩强度,并根据摩尔-库伦强度准则,反算黏结力c和内摩擦角φ。探讨颗粒细观参数:颗粒接触刚度比、平行黏结刚度比、颗粒接触模量、平行黏结弹性模量与摩擦因子对岩石抗剪强度参数和单轴抗压强度的影响,研究结果表明:1)数值模拟与理论计算所得的单轴抗压强度随细观参数的变化趋势大致相同,但数值模拟结果小于理论计算值;2)平行黏结弹性模量与摩擦因子对轴向应力峰值影响较大;3)颗粒摩擦系数与材料内摩擦角呈近似对数相关。颗粒接触刚度比与平行黏结刚度比对材料内摩擦角的影响较大;4)平行黏结弹性模量对岩石黏结力的影响较其他细观参数大。颗粒接触刚度比与颗粒接触模量和黏结力呈正相关关系,而平行黏结刚度比、平行黏结弹性模量和摩擦因子与黏结力呈负相关关系。     

循环荷载历史下CA砂浆的动态受压试验研究

研究目的:为研究历经不同循环荷载历史和不同应变速率对铁路轨道系统CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响规律,进行CA砂浆圆柱体试件历经循环加载历史后,在应变速率为1×10~(-5)~1×10~(-2)s~(-1)时的单轴受压特性试验。研究结论:(1)应变速率和循环荷载历史对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速率的增大而提高;(3)在相同的应变速率下,CA砂浆的抗压强度随循环荷载次数和循环荷载幅值的增加而降低,最大降低幅度为8.34%;(4)当循环荷载幅值较小时,CA砂浆的弹性模量随循环荷载次数的增加而增大,最大增加幅度为59.17%;(5)在相同的应变速率下,CA砂浆的峰值应变随循环荷载次数及循环荷载幅值的增大呈降低趋势,且应变速率对峰值应变的影响小于循环荷载历史的影响;(6)该研究成果为进一步了解历经循环加载历史后板式无砟轨道的力学性能提供必要的试验依据,进而应用于指导CA砂浆材料优化设计中。     

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。     

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。     

高速铁路CRTSⅢ型轨道板隔离层关键构件-弹性垫板试验

弹性垫板作为自密实混凝土填充层和底座板之间的缓冲构件,通过自身压缩变形达到减震耗能的目的,因此弹性垫板在平面压缩情况下的力学性能对CRTSⅢ型板式无砟轨道系统的抗震特性具有显著影响。为研究弹性垫板在平面压缩情况下的力学性能,开展弹性垫板的平面压缩试验。探究不同截面尺寸、不同厚度情况下弹性垫板试件的荷载-位移曲线变化规律,探讨弹性垫板试件在平面压缩情况下的刚度变化规律,提出考虑尺寸效应的弹性垫板荷载-位移力学模型。并利用该荷载-位移力学模型与弹性垫板平面压缩的试验数据进行对比。研究结果表明：弹性垫板荷载-位移力学模型能有效模拟弹性垫板的平面压缩力学特性;不同弹性垫板试件的荷载-位移曲线形状大体一致,均表现为位移随着荷载的增加非线性增大;弹性垫板的截面面积和厚度均对弹性垫板的荷载-位移曲线有显著影响,表现为相同荷载情况下,截面面积越大,厚度越小,弹性垫板的位移越小;弹性垫板试件的割线刚度与截面面积、厚度有关,表现为截面面积越大,厚度越小,弹性垫板割线刚度越大,平面可压缩性越低。     

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。     

化学腐蚀作用下黑云片岩峰后应变软化特性研究

为探索地下水腐蚀作用下黑云片岩的峰后应变软化特性,采用人工配置的酸性溶液对黑云片岩开展化学腐蚀,并对腐蚀后的岩石进行三轴压缩试验,得到不同腐蚀时间黑云片岩的全应力-应变曲线。在试验基础上分析腐蚀作用下岩石的峰后应变软化规律,获得了化学腐蚀作用下黑云片岩的黏聚力和内摩擦角变化规律;将峰值应力与残余应力的算数平均数定义为软化应力,拟合了峰后软化应力、软化模量与腐蚀时间的函数关系,基于Mohr-Coulomb屈服准则,构建考虑腐蚀时间的黑云片岩峰后应变软化模型并基于FLAC3D平台进行了二次开发,利用开发后的应变软化模型进行三轴压缩试验的数值模拟。研究结果表明:随着腐蚀时间的增加,黑云片岩的峰后黏聚力与内摩擦角均呈减小的趋势,应变软化速率增加,软化程度提高,岩石从脆性转为延性,峰值强度与残余强度之间的间距逐渐减小;数值模拟的结果与试验数据吻合较好,说明论文构建的应变软化模型具有较好的可靠性。     

双轴压缩条件下碎石集料静力剪切特性研究

基于离散单元法,利用PFC2D内置Fish语言编制碎石集料双轴实验条件,结合计算机语言与PFC2D中Clump命令编制将球形单元转化为随机多边形块体单元的程序。通过对比室内大型三轴试验对数值模型进行参数标定与验证,在此基础上分析3种典型粒径碎石集料的应力-应变特性以及抗剪强度特性。结果表明,围压对集料的应力-应变特性影响明显。对于不同粒径的碎石集料而言,随着围压的增加,偏应力峰值增加而应力比减小;在本文选定的围压范围内碎石集料均呈现出先压缩最终剪胀的特性,围压越大,压缩量大,最终的剪胀越不明显;碎石集料的强度包络线为非线性,相同围压条件下的抗剪强度随着粒径的增大而增加;表征摩擦角随围压的增加而减小,相同围压下,粒径越大,表征摩擦角也越大。     

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。     

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。     

不同细粒含量高压密级配碎石力学特性研究

为了探讨细粒含量对级配碎石力学特性的影响,开展细粒含量分别为0％,5％,10％和20％的高压密级配碎石在不同含水状态下的固结不排水三轴试验.研究不同细粒含量级配碎石的应力应变和孔压特性,分析不同细粒含量级配碎石结构特征对强度的影响.研究结果表明:随着细粒含量增加,级配碎石的最大干密度、内摩擦角和峰值强度均呈现先增大后减小的变化规律,在细粒含量为10％左右时达到最大;细粒含量不同级配碎石的强度特性是由其结构特征决定的,细粒含量10％附近试样的土体结构为骨架密实型,最大干密度达2.37 g/cm3,强度特性明显优于其他细粒含量试样;含水率提高时,级配碎石强度变化取决于水的软化削弱和负孔压增强的综合作用.研究成果为高速铁路基床表层填料的选取提供了参考依据.     

中低应变加载速率下单节理裂隙岩体的单轴动态压缩力学性能试验

对人工制作的节理岩体试件进行了中低应变加载速率下的单轴压缩试验,研究了应变速率和节理面的倾角β对节理岩体的极限抗压强度、峰值应变、弹性模量和损伤变量的影响。研究结果表明:(1)当加载的应变速率相同时,当节理面的倾角β由0°增加到90°,试件的抗压强度呈逐渐减小后又逐渐增加的趋势,试件的峰值应变均呈先减小后略有增加的变化规律,试件的弹性模量整体出现逐渐增加的变化规律。(2)当试件的节理面倾角相同时,随着应变加载速率逐渐增加,试件的抗压强度呈逐渐增加的趋势,当β为60°时,试件的抗压强度对应变率敏感性最强,试件的峰值应变和弹性模量随应变加载速率的变化并没有固定明显的变化规律。(3)当应变加载速率相同且应变相同时,随着节理面的倾角由0°增加到90°,损伤变量基本都呈先逐渐增加后减小的趋势,当节理面的倾角为60°时的损伤变量最高,当节理面倾角为90°时的损伤变量最小;当试件的节理面倾角相同,应变加载速率逐渐增加时,损伤变量基本呈逐渐增加的趋势。