不同固结度尾矿砂应力应变分析

尾矿坝增高填筑的过程也是下部坝体逐渐排水固结的过程,为了研究固结度对尾矿砂应力应变的影响,并为尾矿坝安全管理和稳定性评价提供理论依据,分别对尾矿砂在不同围压(100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)下进行了不同固结度(25%、50%、75%、100%)的固结不排水三轴试验。试验结果表明,围压越大试样强度越大,ε₁越大,应力出现峰值后,试样仍然能承受很大的应力;发生相同的变形量,固结度高时所对应的轴向应力大,同时变形速率也在增大,而固结度低时所对应的轴向应力则小;σ₃较大时尾矿砂的固结度对轴向应力影响较大,反应更加明显。     

动三轴CT条件下粗粒土填料的力学特性与细观力学性能分析

在多重环境因素长期作用下,粗粒土路基填料的动力特性会发生改变,目前对不同荷载频率、压实度及含水率下粗粒土填料的长期稳定性能尚缺乏统一认识。为了研究以上因素作用下粗粒土填料长期动力特性,采用大型动静三轴仪器开展粗粒土填料的三轴试验,同时运用工业CT对三轴试验前后2个阶段的试样进行断层扫描,分析不同荷载频率、压实度及含水率对粗粒土填料动力特征与损伤演化的影响规律。研究结果表明：循环荷载达到1 000次之前,为粗粒土填料颗粒之间的挤密阶段,以颗粒间的挤密压缩为主,横向膨胀为辅,颗粒间压缩挤密引起的密度增加量远大于试样横向膨胀变形引起的密度减小量;当循环荷载增加到1 000次以后,试样横向变形引起的密度减小量迅速增大,而由颗粒间压缩挤密引起的密度增加量减缓,并在之后阶段表现出稳定状态,试样从应变软化型向应变硬化型转变;荷载频率越高,试样表现出的回弹模量越大;高频率作用下应力-应变滞回圈曲线近似为线性,试样在高频率下其泊松比有所下降,材料的动能损耗降低;随着三轴试验的进行,横剖面局部颗粒受挤压程度增加,最终状态下扫描层内的CT值存在差异性,试样颗粒在循环荷载作用下存在挤密、错动、融合的现象。     

干湿和冻融共同作用下压实黏性土回弹模量试验研究

以山东济南和黑龙江大庆的两种低塑性黏性土为研究对象,在不同围压、动偏应力、含水率和冻融循环次数条件下,开展两种压实黏性土动三轴试验确定其回弹模量M_R,研究季节性冻土区域干湿、冻融共同作用对天然路基土M_R的影响规律。试验结果表明：试样冻融循环次数越多、含水率高,围压对M_R的贡献越大。动偏应力有两种刚度效应,即动偏应力下因土体逐渐压实产生的刚度增强效应和动偏应力反复剪切造成的土体结构破坏而产生的刚度衰减效应。高塑性土体M_R对含水率变化较为敏感,但敏感性随冻融循环作用显著降低。两种土的M_R在前3次冻融循环中衰减明显,随着冻融循环次数的继续增加,M_R基本保持不变。     

浅埋大断面公路隧道渐进破坏规律与安全控制

围绕浅埋大断面公路隧道渐近破坏过程与机制，以大永高速公路甸头隧道下穿大西二级公路工程为背景，开展了室内相似模型试验与现场监测分析。针对不同围岩级别条件（Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂），分析了隧道毛洞开挖过程中围岩应力和位移变化规律，提出了基于变形差率的隧道施工安全控制指标，隧道施工现场监测验证了该指标的科学性，保障了隧道施工安全。研究结果表明：①隧道的破坏首先发生在拱顶位置，随着隧道的不同分部的开挖，破坏区向拱肩和地表扩展；围岩级别为Ⅳ₃时，隧道开挖后围岩形成一定厚度的塌落拱，塌落拱高度约为0.67M（M为隧道最大跨度）；围岩级别为Ⅴ₁和Ⅴ₂时，隧道开挖将引起围岩坍塌，形成塌方等较严重事故。②隧道开挖过程中，在开挖卸荷作用下，隧道产生不同程度的收敛与沉降，Ⅳ₃比Ⅴ₁，Ⅴ₁比Ⅴ₂，Ⅳ₃比Ⅴ₂最大地表变形分别减少了63.0%、20.0%和70.4%；隧道开挖应力变化方面，Ⅴ₁比Ⅳ₃，Ⅴ₂比Ⅴ₁，Ⅴ₂比Ⅳ₃最大应力变化量分别减少了43.5%、23.0%和56.5%，且Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂围岩级别下隧道开挖过程应力和变形影响范围逐个增大。③采用模型试验手段，通过计算典型测点沉降差与测点距离的比值——变形差率，分别探讨Ⅴ₂，Ⅴ₁和Ⅳ₃围岩级别的浅埋隧道施工安全控制标准。隧道施工现场监测结果表明，对于Ⅴ₁级围岩浅埋隧道，当隧道地表横向和纵向变形差率均小于10 mm·m^-1，可防止公路地表裂缝的产生。研究成果对于浅埋大断面公路隧道施工与安全控制具有重要意义。     

废旧橡胶轮胎颗粒-水泥改性强膨胀土的长期路用性能研究

为研究废旧橡胶轮胎(WRT)颗粒联合水泥改性强膨胀土作为路基填料的长期力学性能，采用不同掺量(3%、6%)的WRT颗粒联合水泥(3%),对广西宁明强膨胀土进行改性处理。对改性前后的试样开展扫描电镜(SEM)、核磁共振(NMR)等微观试验，对经历干湿循环作用后的改性膨胀土试样开展动、静三轴等宏观试验，测定其动回弹模量M_R及固结不排水抗剪强度，着重研究了干湿循环次数和WRT颗粒掺量对改性后强膨胀土路用力学特性的影响。结果表明：(1)改性膨胀土由于水泥的水化反应产生颗粒团聚作用，加之WRT颗粒的掺入，使其大孔隙增加，结构密实度降低；(2)WRT颗粒掺量一定时，随着干湿循环次数的增加，改性膨胀土的动回弹模量M_R表现出先增大后大幅减小的特点，其剪切破坏形态由塑性破坏向脆性破坏转变，应力～应变曲线由应变硬化型逐渐转化为应变软化型，抗剪强度有所增大；(3)M_R随着WRT颗粒掺量的增加而降低，但随围压σ_c的增加而增大，抗剪强度随WRT颗粒掺量的增加而下降。     

铁路膨胀土路堤变形控制方法研究

为控制铁路膨胀土路堤运营期内变形，科学确定膨胀土填料的压实控制标准，对膨胀土路堤不同压实控制方法下的变形量进行了计算，提出铁路膨胀土路堤变形控制方法；结合南昆铁路南宁至百色段增建二线膨胀土路堤试验段工程现场监测结果进行验证。计算结果表明：由湿法重型击实所确定的压实控制指标填筑的膨胀土路堤总变形量较小，最大沉降量为40.5 mm，应采用湿法击实曲线实测93%最大干密度对应的含水率作为膨胀土压实控制含水率；监测结果表明：路堤在将近一年运营期内仅发生沉降变形，最大沉降量为37.0 mm。其膨胀土路堤变形控制方法具有较高可靠性。     

路基土动态回弹模量预估进展与展望

路基动态回弹模量是路面结构设计的重要参数,而路基土回弹模量MR的预估是确定路基回弹模量的基础。基于此,总结分析国内外路基土动态回弹模量预估模型的主要成果,并根据预估模型变量的不同,将典型预估模型分成了3类:第1类(A类)是以应力为变量的预估模型;第2类(B类)是将基质吸力耦合到应力变量中的预估模型;第3类(C类)是将基质吸力作为独立应力变量的预估模型。进而,从每类模型中选取2个被广泛接受的代表性模型,并采用3种土样的重复加载动三轴试验数据,对各类模型的适用性和特点进行分析。结果表明:A类模型形式简单,考虑了体应力、偏应力、八面体剪应力等应力变量对路基土动态回弹模量的影响,但对路基湿度状态的反映仅体现在k₁,k₂,k₃等模型参数中;B类模型是基于微观力学理论和热力学定律或基于Bishop非饱和土的有效应力原理提出的,若通过试验确定有效应力参数,成本高且设备不易操作,若通过经验公式来确定则误差较大;C类模型又分为将基质吸力作为应力的增量和乘积2种形式,增量形式导致M_R随基质吸力的变化不受围压、循环偏应力...     

基于扰动状态理论的生物酶改良膨胀土K-G模型

以生物酶改良膨胀土的非线性弹性本构关系为研究对象,提出基于扰动状态理论的修正K-G模型。首先开展不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的等向固结排水试验和等p三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特征,基于非线性弹性K-G模型,分析生物酶掺量对膨胀土的切线体积模量K_t和切线剪切模量G_t中相关参数的影响规律。采用生物酶掺量作为扰动掺量,以试验和扰动状态概念为基础建立扰动函数,基于扰动状态理论对K-G模型进行修正,以反映生物酶掺量对改良膨胀土应力-应变扰动关系,使本构关系符合土体的实际变形过程,更合理地描述生物酶改良膨胀土的非线性弹性应力-应变关系。结果表明：通过对比ε_v-p及ε_s-q的试验曲线、K-G模型曲线与修正K-G模型理论计算曲线,体应变ε_v的K-G模型预测值小于试验值,而剪应变ε_s的K-G模型预测值大于试验值,修正K-G模型的体应变ε_v和剪应变ε_s的预测值都与试验值较为接近。修正K-G本构模型中各参数物理意义明确,与K-G模型中的参数确定方法一致,可以较合理地描述不同生物酶掺量扰动条件下改良膨胀土的变形特性。     

泡沫温拌再生沥青混合料回弹模量与动态模量的试验研究

为了研究不同RAP掺量对泡沫温拌再生沥青混合料模量的影响，明确泡沫温拌再生沥青混合料的力学性能和黏弹特性，对RAP掺量为0、20%、30%的泡沫温拌再生沥青混合料分别进行回弹模量和动态模量试验。利用回弹模量荷载～变形曲线及应力～应变曲线分别计算得到混合料的加载变形L₀、残余变形L₃以及耗散能W_i。此外，通过构建动态模量主曲线，预测55～70℃范围内动态模量。利用Cole-Cole曲线分析RAP对混合料玻璃态转化温度T_g的影响。研究结果表明，掺加RAP提高了混合料的回弹模量和动态模量，随着RAP掺量的增加，混合料的加载变形L₀、残余变形L₃以及耗散能W_i均有所降低。动态模量主曲线预测结果表明，当温度为70℃时，掺加30%RAP时动态模量比0 RAP和20%RAP分别提高了63.6%和52.3%。Cole-Cole曲线表明，添加RAP后混合料的玻璃态转化温度T_g由5℃向20℃偏移。上述指标均能够有效评价泡沫温拌再生沥...     

细粒类路基土动态回弹模量试验与本构关系模型

选用砂土、粉土和黏土三种具有代表性的路基土，对不同含水率和压实度下的路基土进行动态回弹模量试验。结果表明：动态回弹模量随围压的增大而增大，随偏应力的增加而减小，受围压的影响更为显著；随含水率的增大而减小，随压实度的增大而增大，受含水率的影响更为显著。采用美国路面结构力学——经验法设计指南所推荐的模型形式为基础，选用塑性指数、CBR、含水率、压实度、偏应力和围压等作为考虑因素，建立了具有较高精度和适用性的路基土动态回弹模量预估模型，可为沥青路面结构设计及路面结构的非线性分析提供参考。     

基于洞壁实测信息的FA-PP岩爆预测模型应用研究

为了给岩爆隧道提供更加符合现场实际规律的岩爆预测结果,针对岩爆预测评价中应力判据界限值的多样性以及单一判据预测结果准确性低的特点,提出采用投影寻踪（PP）与萤火虫算法相结合的方法进行岩爆预测评价,解决了岩爆预测中采用多种应力判据时多项指标的模糊性和不兼容性等问题。此方法根据岩爆等级划分标准,构建了以实测数据、现场岩爆信息为基础的能够根据各项指标判定岩爆等级的投影指标函数,选取σ_θ/R_c,σ_t,σ₁三个岩爆评价中常用的指标,并采用萤火虫算法（FA）优化投影指标函数,寻求投影指标函数的最佳投影方向并求得最佳投影值,保证了此方法的精确性。研究结果表明：采用萤火虫投影寻踪算法（FA-PP）进行岩爆等级预测可避免传统预测方法中由于主观原因造成的误差,判定精度高,也免去了利用多项判定指标与现场实际情况进行对比而选择一个相对接近实际情况判据的繁杂过程;此方法可利用目标隧道的已知岩爆发生信息掌握其岩爆发生特点及对3个评价指标的敏感度,构建出符合目标隧道岩爆发生规律的FA-PP岩爆预测模型;以拉林铁路桑珠岭隧道为研究对象,将此方法应用到岩爆预测中,得到的预测结果与现场实测结果较为符合,验证了该方法的可靠性。     

桩-岩界面粗糙度量化模型及其剪切机制研究

为考虑桩-岩界面粗糙度对其剪切强度的影响，提出一种能描述粗糙体起伏高度变化的量化模型。该模型在现有规则三角形粗糙体模型的基础上将岩体表面的粗糙起伏用不同高度的等腰三角形粗糙体进行量化，其优点在于能同时考虑各个局部粗糙体在界面总体剪切位移下所表现出来的剪胀与剪断2种机制。通过结合常法向刚度条件（CNS）下桩-岩界面的剪切特性，建立了局部粗糙体的剪切模型，并采用对所有局部粗糙体剪切响应求和的方法获取界面的整体剪切响应。基于局部粗糙体的剪胀-剪断两相机制和三角形粗糙体的几何特征推导了界面在剪切过程中处于两阶段粗糙体个数及剪切应力的演化方程；在此基础之上，根据位移控制条件将界面剪切过程划分为：剪胀、渐进破坏及剪断3个过程，并求解了各过程的剪切强度发挥函数，同时提出了完备的参数确定方法。最后，通过室内剪切试验对所提理论模型进行验证，结果表明：①各工况下试验曲线存在明显的3个剪切过程，验证了理论模型的合理性；②所提理论模型可较为精确地预测界面峰值剪切应力τ_u，预测误差在2%~10%之间；③理论模型高估残余应力τ_r误差在17%~25%之间的概率为50%，误差在17%~32%之间概率为81.25%；④峰值应力和残余应力与最大粗糙体高度h_max、初始法向应力σ_n0及法向刚度K成正比。     

地震荷载作用下粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量和阻尼比的影响

为分析川西地区混合土地震荷载作用下的动力特性，针对该地区保留全部粒径的天然混合土，对3组土分别采用筛分法剔除60，20，10，5 mm粒径颗粒，制备粗颗粒含量不同的天然混合土土样，利用DJSZ-150粗粒土动、静两用三轴试验机进行大型动三轴试验，采用Hardin-Drnevich双曲线模型（H-D模型）拟合动应力-应变关系曲线，获得G_d/G_max-γ和λ-γ曲线变化规律，分析不同围压和粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量G_d和阻尼比λ的影响作用。结果表明：混合土动剪切模量G_d、阻尼比λ均随围压及大于5 mm的粗颗粒含量的增大而增大，原因是随着围压增大，粗细颗粒的接触增多，土体结构更加紧实，提高了颗粒壁隙间的动摩擦力，增大了能量传递时的耗损，导致动剪切模量与阻尼比随之增大；当粗颗粒含量小于40%时，细颗粒构成土骨架，粗颗粒的接触被细颗粒阻隔，导致其对动剪切模量及阻尼作用贡献不大，此时动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的速度较慢，当粗颗粒含量为40%~60%时，混合土中粗颗粒骨架形成，且细颗粒有效填充了粗颗粒间的孔隙，粗颗粒在土中起主导作用，此时动剪切模量与阻尼比随着粗颗粒含量的增加而快速增加，当粗颗粒含量大于60%时，粗颗粒的增加无法进一步增强其骨架效应，而此时细颗粒间的胶结作用随粗颗粒的增多导致细颗粒的相应减少而减弱，动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的趋势不明显。     

基于脑电信号分析的不同年龄驾驶人疲劳特性

为研究不同年龄驾驶人驾驶过程中疲劳情况及疲劳累积速度,对比其疲劳产生与变化的差异性,获取不同年龄驾驶人的最优驾驶时间,设计自然驾驶试验,利用Physio生理多导仪采集脑电数据,并采用主观检测方法对驾驶人进行问询。应用MATLAB对采集到的脑电数据进行降噪处理,通过积分获取各时段α波、β波和θ波的平均功率谱密度,进而求得脑电指标R_（α/β）,R_（θ/β）,R_{（α+θ）/β}。利用SPSS将其与驾驶时间进行单因素方差分析,并通过敏感性判断,选取R_{（α+θ）/β}作为驾驶疲劳表征指标。对各年龄段驾驶人的R_{（α+θ）/β}进行均值化处理,并将其与驾驶时间进行线性拟合,分析驾驶人年龄对驾驶疲劳累积速度的影响。对驾驶过程中各时段的R_{（α+θ）/β}进行配对样本t检验,并结合主观问询结果确定不同年龄驾驶人的最优驾驶时间。研究结果表明：青年和中年驾驶人在0~1.5 h内疲劳累积速度相对缓慢,老年驾驶人较快;在1.5~3 h内,青年驾驶人疲劳累积速度最快,中年驾驶人最慢;老、中、青年驾驶人的最优驾驶时间分别为60~75,120~135,105~120 min;不同年龄驾驶人其驾驶经验、体力和精力及外界环境干扰是影响疲劳累积速度的重要因素;试验结果验证了采用R_{（α+θ）/β}作为驾驶疲劳表征指标的有效性,有助于为不同年龄驾驶人安全驾驶时长的确定提供科学依据。     

高寒高海拔隧道保温层敷设方式及设计参数优化

为了深入探究高寒隧道保温层敷设方式及其设计参数优化的问题，以高寒高海拔特长珠角拉山隧道工程为背景，通过数值模拟重点研究了保温层敷设方式、设计厚度及导热系数参数的选择，并讨论了当地气温变化与保温层设计参数的关系。研究结果表明：在寒区隧道保温层设防区段，贴壁式敷设方式最佳；随着保温层厚度的增加，洞内冷空气影响范围逐渐减小，调热圈径深随保温层厚度变化的趋势用公式表达为f（x_h）=3.039e^{-0.280 9x_h}+13.8e^{-0.009 322x_h}；基于调热圈径深随保温层厚度增加的变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温层厚度设计为5~10 cm；随着保温材料导热系数的增大，洞内冷空气影响范围逐渐增大，调热圈径深与导热系数关系趋势用公式表达为f（x_λ）=15.47e^{0.287 4x_λ}-3.829e^-39.05x_λ；基于调热圈径深随导热系数变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温材料导热系数取0.020~0.035 W·（m·K）^-1；在假定保温层厚度为5 cm，导热系数为0.022 2 W·（m·K）^-1，通风时间4个月的情况下，只有当洞内气温大于-15℃时才能保证支护结构和围岩不受冻害影响。研究成果可为川藏铁路建设提供指导作用。     

倾斜坡顶黄土边坡垂直裂隙深度计算方法

垂直裂隙在黄土层中发育极为普遍,为研究黄土边坡坡顶垂直裂隙深度的问题,改进传统裂隙法中存在的缺陷,分别建立单裂隙与多裂隙滑动模型,并结合边坡滑动后垂直裂隙后壁形成的垂直张拉段土体自稳特点,采用极限平衡法对2种滑动模型进行受力分析,建立边坡极限状态方程;并进一步利用最优值法对方程进行求解,推导出黄土边坡倾斜坡顶垂直裂隙极...     

仿生层级薄壁方管的耐撞性研究

为了进一步改善车辆结构部件的耐撞性能,基于甲虫翅鞘微观锥形小梁结构提出新颖的仿生层级薄壁方管(BHST)结构,包括SBHST-4,SBHST-9,BHST-4和BHST-9。通过非线性有限元软件和试验验证结果建立BHST有限元模型,并对比其与传统多胞薄壁方管结构的轴向吸能特性。考虑到结构壁厚、截面尺寸和空间位置因素对BHST-9结构耐撞性能的影响,采用参数分析方法,研究小方锥管下截面尺寸b分别和空间位置参数λ、结构壁厚t对BHST-9结构轴向吸能特性的影响。此外,结合径向基函数(RBF)神经网络代理模型技术与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对BHST-9结构进行多目标优化分析,以获取BHST-9结构的最优配置。研究结果表明:BHST-9结构呈现出较优异的轴向吸能效果,其比吸能较传统9胞薄壁方管在等质量的条件下提高了22.87%,初始峰值力降低了10.22%;适当增加结构壁厚和小方锥管下截面尺寸有利于提升BHST-9结构的吸能能力;随着λ的增加,BHST-9结构的比吸能呈现出先增后减的趋势,当λ为0.5时,不同下截面尺寸小方锥管的BHST-9结构整体上具有较高的比吸能和较稳定的折叠变形...     

主应力轴旋转条件下黄土变形特性试验

为研究黄土在主应力轴循环旋转条件下的变形特性,采用空心圆柱扭剪仪（HCA）开展了2种不同应力路径下的扭剪试验。第1种应力路径为保持主应力轴方向不变,改变偏应力大小,研究黄土在不同主应力轴方向角α和不同中主应力系数b下的变形特性;第2种应力路径为保持偏应力大小不变,改变主应力轴方向,研究主应力轴循环旋转周期对黄土性状的影响。试验结果表明：土样剪切强度与中主应力系数b、主应力轴方向角α相关,当b相同,α=30°时土样剪切强度最大,α=60°时土样剪切强度略大于α=45°时;α相同时,剪切强度>b=1时的剪切强度>b=0.5时的剪切强度;纯主应力轴旋转会使土体产生塑形应变,并且随着旋转周期的增加,土体产生的塑形应变将不断累积。