不同含水率砼单轴压缩下声发射与分形维数试验研究

为研究水对砼破裂过程中声发射及分形规律的影响,选取养护30 d的C35砼,对干燥、自然、饱水条件下试件进行单轴压缩声发射试验,得到不同含水率下单轴压缩应力-应变曲线及声发射参数。结果表明,含水率的增加会使砼的塑性提高、强度降低;声发射参数可较好地反映岩石孔裂隙的产生过程,与岩石破坏过程中的内部细观结构演化规律具有直接关系;声发射计数随着含水率的增加呈下降趋势,水对岩样有软化、润滑作用,在裂纹产生过程中,水会削减剪切破坏、裂纹张开的激烈程度;不同含水率下试件的声发射计数的分形特征具有良好的相似性,其分形维数D呈现上升→突降→最大值→下降的特征。     

沥青混合料水稳定性评价方法研究

马歇尔试件成型时采用不同击实次数,使试件空隙率控制在5 %～6 %这一抗水损害最不利状态下,并分别进行了浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验和冻融劈裂试验.研究表明,浸水马歇尔试验和真空饱水马歇尔试验无法模拟实际路面上空隙水受行车荷载作用对沥青膜的挤压破坏作用,不能准确地评价沥青混合料的水稳定性.而真空饱水率与冻融劈裂强度比之间存在良好的相关性,在饱水率为1.5 %～2.0 %时进行冻融劈裂试验可以较好的模拟沥青路面空隙水的存在状态和受力情况.因此,采用合理饱水率范围内冻融劈裂强度比来评价沥青混合料的水稳定性将更加可靠.     

沥青混合料水稳定性评价方法研究

马歇尔试件成型时采用不同击实次数,使试件空隙率控制在5 %～6 %这一抗水损害最不利状态下,并分别进行了浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验和冻融劈裂试验.研究表明,浸水马歇尔试验和真空饱水马歇尔试验无法模拟实际路面上空隙水受行车荷载作用对沥青膜的挤压破坏作用,不能准确地评价沥青混合料的水稳定性.而真空饱水率与冻融劈裂强度比之间存在良好的相关性,在饱水率为1.5 %～2.0 %时进行冻融劈裂试验可以较好的模拟沥青路面空隙水的存在状态和受力情况.因此,采用合理饱水率范围内冻融劈裂强度比来评价沥青混合料的水稳定性将更加可靠.     

闪长岩单轴压缩力学特性试验及数值模拟研究

采用微机控制伺服岩石三轴剪切流变试验机对闪长岩进行单轴压缩试验,利用RFPA分析系统模拟岩石破裂过程,详细分析了单轴压缩下闪长岩各特征应力大小、损伤过程、破坏模式及裂纹扩展规律。研究结果表明:闪长岩在单轴压缩下裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力分别占峰值应力的36.6%、55.5%、75.6%;在损伤变量的基础上提出损伤变量临界值,以应变值为基础建立闪长岩损伤与裂隙演化之间的联系,定量分析了闪长岩裂隙演化4个阶段下损伤变量的变化;针对闪长岩应力～应变曲线出现"阶梯式下降"现象,结合试样破坏前后对比分析,发现是由于初始试样中存在一条富含石英颗粒的斜面所导致,提出闪长岩单轴压缩下破坏模式为竖向劈裂与剪切组合破坏;根据RFPA模拟得到闪长岩破裂结果,发现当加载应力达到峰值应力的54.1%时,闪长岩内部出现微裂纹,当加载应力达到峰值应力的75.4%时,闪长岩内部的微裂纹汇聚形成显裂纹,在显裂纹区域出现应力集中现象,使得显裂纹相互贯通,最终导致闪长岩的宏观破坏;通过试验和模拟对闪长岩的破坏强度、裂隙随应力变化规律、破坏模式方面进行相互印证,分析了单轴压缩下闪长岩的单轴压缩破坏过程。     

基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析

为了研究在水-荷载耦合作用下沥青混合料试件的压缩疲劳破坏过程及其沥青路面结构的动力响应,借助CT扫描技术和图像处理技术,进行了无水和饱水沥青混合料的宏观和微观破坏初步对比分析,定量分析了破坏前后沥青、集料和空隙的变化情况.根据多孔介质理论,对广西典型半刚性沥青路面结构进行了ABAQUS建模和FLAC-3D的计算,分析了无水和饱水两种情况下的力学响应差异.结果表明:沥青混合料试件从无水向饱水转化时,破坏模式从压裂转变为剪切破坏模式;在行车荷载作用下,饱水沥青路面与其无水情况下力学响应特性的不同主要集中在沥青面层深度范围内;相对于无水情况,饱水情况荷载效应作用时间将会成倍增加,且沥青面层拉应力出现激增,使沥青路面更容易产生结构性损坏;饱水情况下的沥青路面层底产生较大的先压后拉的横向应变,导致沥青路面过早产生疲劳开裂.     

基于动水压力模拟试验的沥青混合料水损坏力学机理

针对目前沥青混合料受动水压力影响机理和动水压力模拟研究存在的不足,在设计以气压方式激发动水压力试验装置的基础上,对沥青混合料在60℃高温、定向动水冲刷模式下的沥青膜剥落规律进行试验研究。结果表明:沥青混合料在定向动水压力作用下,沥青胶浆粘度降低,对集料的粘结力降低,导致试件剪切破坏;沥青层底部存水导致受动水压力作用时间变长,在车轮荷载的补充压实作用下可能发生沥青向上迁移的现象。     

隧道近距大节理硬脆性围岩破裂机理

为揭示近距大节理硬脆性隧道围岩的破裂机理,采用含天然节理的流纹岩开展双轴压缩试验,获得围岩应力分布特征及渐进破裂过程。PFC2D离散元颗粒流程序模拟了节理围岩和完整围岩在双轴压缩作用下的变形及破裂特征,并与室内试验结果进行对比分析。研究结果表明：双轴压缩作用下,含天然节理的隧道试样表现出显著的脆性破坏特征,节理面起裂发生滑移错动,拱顶和底板围岩逐渐拉裂,宏观破裂面穿过大节理并向隧道拱脚、边墙和试样边界扩展,造成试样的最终失稳破坏;PFC2D数值模拟结果显示,大节理面附近裂隙集中发育,并迅速扩展形成与节理大角度相交的破裂面,试样峰前破裂过程短暂,峰后裂隙加速扩展而承载力急剧下降,数值模拟与试验结果吻合;近距隧道大节理显著影响硬脆性围岩的破裂模式,大节理的剪切滑移引发试样的宏观破裂,靠近大节理的拱脚十分破碎,而边墙则形成“V”形破碎区。研究成果为节理隧道围岩的支护设计和防灾减灾提供参考。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

不良气象微环境对机场道面抗滑性能影响分析

不良气象微环境直接影响机场区域道面使用性能及安全性.在剖析不良气象微环境作用机理基础上,利用环境舱模拟道面结冰试验,探究了不同气象微环境条件下的关键控制因子与摩擦系数的耦合作用规律,建立了水膜、积雪、结冰厚度与道面的抗滑性能预测模型.研究结果表明:厚冰道面摩擦系数介于0.09～0.15,抗滑性能最差;薄冰+水、厚冰+水...     

长期浸水对沥青和集料-沥青界面性能损伤的试验研究

将空隙率为7%左右的AC-13沥青混合料试件放置于25℃的水中达60d,定期观测试件的质量吸水率,并采用肯塔堡飞散试验测定其质量损失率。结果表明:沥青混合料试件的饱水特征曲线存在两个阶段:第一阶段自由水迅速填充大孔隙,吸水率快速增加;第二阶段水分向微孔隙渗流并向沥青胶结料扩散,吸水率趋于某平衡上限,且长期作用下水分可能扩散到集料-沥青膜界面处,导致沥青胶结料内聚力和集料-沥青膜间粘结力下降,飞散质量损失率增大。     

沥青路面饱水状态下的孔隙水压力求解

基于“有效应力原理”,对沥青路面在荷载作用下产生孔隙水压力的机理进行了分析.对饱水状态下路面结构内的孔隙水压力计算方程进行了理论推导,并通过Matlab软件求解其数值解,得到孔隙水压力同外界应力、混合料空隙率及弹性模量之间的关系.计算表明:孔隙水压力同外界荷载呈近似的线性递增关系;同空隙率呈近似的线性递减关系,但变化幅度较小;同弹性模量呈非线性递减关系,模量较小时降低迅速,模量较大时变化平缓.     

饱水OGFC沥青路面力学分析

基于弹性多孔介质理论,利用Abaqus软件建立了饱水OGFC沥青路面的轴对称有限元模型,分析了在水荷载耦合作用下,上面层OGFC不同动态压缩模量对应力、应变和孔隙水压力影响的变化规律;研究了不同车速和渗透系数情况下孔隙水压力的时程变化曲线。结果表明:随着OGFC动态压缩模量的增大,沥青面层的水平应力呈下降趋势,中面层底部的水平应力受影响最大,上面层底部次之,下面层底部最小;随着OGFC动态压缩模量的增加,特征点A最大水平应变不断减小,特征点B、C随上面层动态压缩模量的增大,最大水平应变影响不大;面层结构内的孔隙水压力在水和车载耦合作用下呈现明显的正负逆转现象,且与车速有关,车速越大,孔隙水压力越大;OGFC动态压缩模量和上面层渗透系数的增大均可降低上面层孔隙水压力。     

岩溶隧道涌突水原因分析及治理技术探讨

对岩溶发育特征与涌突水的关系作了深入介绍并给出了判断标准,提出岩溶涌水与气温、降雨量和降雨强度、施工引起的应力分布等因素有关,通过数值模拟和理论分析阐述了岩溶突水的止水岩柱受拉破坏、裂隙剪切破坏、裂隙水力扩张、块体失稳破坏等突水机理,并对突水压力和突水量的估算和岩溶治理技术做了介绍。     

垂直顶升施工上覆土层破坏形态的颗粒流模拟

上覆土层破坏形态合理理解与认识,对于垂直顶升法应用具有重要的意义。借助颗粒流程序二次开发,模拟管道垂直顶升施工过程,揭示垂直顶升过程上覆土层的破坏机理、范围及发展路径,与室内试验结果对比分析,研究上覆土深度对土层破坏的影响。分析结果表明:管道上覆土层剪切破坏面具有非线性特征,满足三次函数分布,既有成果假定破坏面沿特定倾角线性分布不足;上覆土顶部破坏范围2.97 D,显著大于经验取值范围(1.2~1.5)D,说明现有研究破坏范围取值不准确;垂直顶升施工上覆土经历挤压剪切→破坏开裂→裂隙延伸→破坏面贯通→裂隙扩展→形成上覆土柱→土层重分布→填充裂隙的过程;不同上覆土层深度对应的破坏特性相近,且随土层深度的增大,顶部破坏范围呈二次函数增大。     

层状岩体横观各向同性力学参数及破坏形态试验研究

为揭示浅变质板岩力学特性的各向异性及破坏形态。以浅变质板岩为试验对象,通过对不同层理面倾角β岩石试件进行单轴压缩试验,探究不同倾角下试件的破坏形态、应力-应变曲线,并测出浅变质板岩的弹性模量、泊松比及剪切模量。结果表明,浅变质板岩的压缩破坏存在4种形态,并与层理面倾角β相关;浅变质板岩的强度随着层理面倾角β的增加呈现先减后增的变化趋势。     

海水侵入条件下泥水盾构泥浆及泥膜性质变化试验研究

为探究采用泥水盾构进行海底隧道建设时,海水易从开挖面进入泥水舱并与泥浆混合,导致泥浆泌水率等参数发生变化,进而影响泥膜的性质和开挖面的稳定性问题,配制不同海水添加量的泥浆,测试泥浆的泌水率、黏度和ζ电位等参数变化,并对泥膜的孔隙比、渗透系数等参数进行测试。试验表明： 1）海水的侵入明显增大了泥浆的泌水率,降低了泥浆的黏度和ζ电位。 2）随着海水添加量的增加,泥膜的孔隙比降低,渗透系数由10-9 cm/s增大到10-7 cm/s。 3）导致泥浆泌水率及泥膜渗透系数变化的根本原因是随着海水的添加,泥浆的ζ电位逐渐降低,泥浆颗粒间斥力减弱,宏观上表现为快速沉淀、析水; 同时,由于泥浆颗粒吸引的阳离子增多,结合水膜变薄,形成泥膜的有效孔隙变大,宏观上表现为渗透系数增大。     

基于图像处理技术的沥青混凝土水破坏过程研究

对沥青路面心样开展饱水疲劳实验,通过CT扫描技术,采用数字图像处理技术,分析沥青路面水破坏过程中试件内部结构的变化趋势.结果表明:在饱水疲劳试验中,随着加载次数的增加,心样的孔隙和集料面积逐渐增加,而沥青胶浆面积逐渐减少,形象地反映了试件水破坏的机理,即沥青混凝土的粘附性损坏过程.     

支护阻力抑制围岩饱水软化作用研究

常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如地下水丰富)下力学性质的主要手段,因此,利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪研究在不同围压条件下饱水时间对软岩强度的影响规律,对于隧道工程的设计、施工和安全运营具有重要意义。就梅(州)～大(埔)高速昆仑隧道出口右线软岩大变形段中所揭示的风化变质砂岩设计了不同饱水状态下的三轴试验方案,并进行了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力—应变曲线特征,重点探讨了围压和饱水状态对软岩强度的影响规律,详细分析了二者对软岩强度变化的作用机理及特点。最后,根据围岩动态演化规律,结合试验研究结论,提出高地应力软弱围岩的支护原则。     

单轴压缩下不同长度单裂隙岩体能量损伤演化机制

为探寻裂隙岩体变形破坏过程中内在的能量演化机制,基于岩石能量耗散理论和室内试验数据,研究了单轴压缩条件下单裂隙岩体变形破坏过程中各能量指标(总能量、弹性应变能及耗散能)演化规律,分析了裂隙长度变化对岩样力学特性、破坏模式、各能量指标及峰前能量突变幅度的影响规律.研究结果表明:裂隙岩体的峰值强度、峰值应变及弹性模量均随裂...     

铜黄高速公路涎流冰室内外试验及新型防治措施研究

通过饱水粗粒土与饱水细粒土的冻结试验,得出饱水粗粒土的冻结是形成公路涎流冰的内部条件,三层体中形成的密闭体系是其形成的外部条件的结论。根据病害形成原理和成因分析,借鉴传统防治措施,针对路堑边坡提出蓄冰沟与渗井结合的新型防治措施,并使用Midas/GTS软件对蓄冰沟与渗井措施进行应力与渗流耦合数值模拟分析。发现采取新型防治措施(工后)坡面的水头、孔隙水压、渗流速度以及位移和未采取新型防治措施(工前)相比都明显减小,现场观测到坡面夏季渗水量和冬季涎流冰体积大幅减小,工后效果良好。