炭质页岩路堤变形特性研究

炭质页岩组成复杂且具有遇水软化崩解特性,导致其用于路基填筑材料时工程性质差和不稳定。对炭质页岩组成成分、物理力学性质、承载比等路用性能进行试验研究,通过三轴剪切排水试验模拟炭质页岩填料路堤应力——应变特性,得到炭质页岩路堤填料Dun-can-Chang模型参数。利用大型有限元计算软件ABAQUS二次开发模拟不同压实度下路堤沉降规律。研究表明:崩解稳定的炭质页岩完全可用作下路堤填料,且随着压实度的提高,路堤沉降量呈减少趋势,并与实测数据对比,两者较为吻合。     

冻融循环作用下炭质页岩蠕变模型研究

冻融循环作用下炭质页岩蠕变是高速公路高陡边坡稳定性研究的热点问题之一。为揭示冻融循环作用下炭质页岩的蠕变特性,将炭质页岩试样分别进行0次、5次、15次、25次冻融循环,在围压为4 MPa条件下,采用分级增量加载方式对试样进行三轴压缩蠕变试验,试验发现冻融作用下炭质页岩蠕变具有明显的非线性特征,轴向应变随冻融循环次数、应力水平和时间增加而增大;根据蠕变曲线特征,将蠕变曲线分为2个阶段,即稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段;利用损伤定义及Lemaitre应变等效方程,建立稳定蠕变阶段的冻融损伤演化方程;基于损伤力学和概率统计理论,采用Von-misses屈服准则,建立不稳定蠕变阶段的冻融和蠕变耦合损伤方程;通过引入冻融和蠕变损伤变量对Burgers模型参数进行修正,建立冻融作用下的蠕变损伤模型。研究表明：岩石损伤随冻融循环次数增加而增大,但损伤增加速率减小,最终趋于稳定;冻融和蠕变耦合作用下,冻融作用使得岩石损伤累积,会加快岩石的蠕变破坏;分段建立的损伤方程能较好地揭示岩石损伤随冻融循环次数、应力水平和时间增加的变化规律;改进的蠕变模型与试验曲线拟合度较好,且参数物理意义明确。研究成果能为炭质页岩高陡边坡稳定性分析提供理论参考。     

炭质页岩边坡失稳破坏机制及处治技术研究

炭质页岩属强度低、易风化、易崩解、水理性明显的膨胀型软岩，炭质页岩边坡极易受环境影响，其稳定性下降较快。文中以湘西自治州319国道 K1564+900-K1565+000炭质页岩滑坡为工程背景，通过试验获取炭质页岩的工程性质并基于有限差分法进行数值模拟计算，分析炭质页岩边坡失稳破坏的机制，在此基础上提出相应的处治方案。     

页岩填料在肯尼亚蒙内铁路中的适用性研究

为验证肯尼亚蒙内铁路工程挖方段页岩作为陆域填料的适用性，对不同深度的页岩进行界限含水率、自由膨胀率、崩解性和软化的试验研究，确定页岩是否具有作为填料的稳定性。结果表明:①上层0.0~3.0 m深度内页岩含有一定量亲水性矿物，具有膨胀性，不适合作为陆域填料使用，下层3.0~23.5 m深度内属弱风化和微风化页岩，破碎后不具有膨胀性；②下层3.0~23.5 m内页岩具有一定的崩解性，随着干湿循环次数的增加，页岩将会发生崩解，但崩解产物颗粒级配趋于稳定，崩解后小于0.075 mm的细颗粒含量大于20%；③对下层3.0~23.5 m内页岩进行CBR试验，试样在浸水状态下14天后的CBR值大于6%，满足作为陆域填料的要求。研究结果验证了蒙内铁路3.0~23.5 m深度内页岩作为陆域填料的适用性。     

粒料的正交异性非线性回弹特性研究

粒料的回弹力学特性具有非线性和正交异性。为研究此特性，设计了一种综合考虑粒料应力依赖性和正交异性的动态回弹特性解决方案，该方案包含：改进的重复加载三轴试验方案、正交异性系数α、Uzan应力依赖模型。改进的试验方案包含多个应力水平，每个应力水平上通过施加应力扰动，实现压缩、拉伸和剪切3个应力状态；α表征粒料的正交异性程度，并减少正交异性增量本构方程中的未知数；Uzan三参数应力依赖模型表征模量和泊松比的应力依赖性。推导了增量本构方程，并计算了粒料的5个回弹特性参数：竖向模量、水平向模量、竖平面内泊松比、水平面内泊松比，剪切模量。使用该方案对3种粒料（石灰岩、砾石、花岗岩）进行了室内试验研究，计算了粒料的回弹特性参数，分析了应力水平、级配和含水率对动态回弹特性的影响。结果表明：①该解决方案同时考虑了粒料的正交异性和应力依赖性，实测数据和计算数据相关性良好，计算结果准确合理；②粒料的回弹模量和泊松比都具有应力依赖性，动态回弹模量主要受体应力的影响，泊松比受剪切应力的影响更大；③粒料的回弹模量和泊松比均存在显著的正交异性，当剪应力较大时，有可能出现剪胀现象；④各回弹特性参数随影响因素的变化规律正确，该方案能够显著地反映出各因素对回弹特性参数的影响。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

干湿循环作用下受荷炭质页岩损伤特性与能量特征研究

为了研究干湿循环对岩石损伤特性与能量耗散的影响,在RMT-150C岩石力学试验系统上对不同干湿循环炭质页岩进行单轴压缩试验。研究结果表明：干湿循环次数的增加能有效促进岩样内部裂纹萌生与扩展,使得破坏阶段能够延伸到更高水平,从而降低了炭质页岩单轴抗压强度和弹性模量。单轴压缩下炭质页岩耗散能演化规律可分为平静期-稳定发展期-加速期-爆发期4个阶段;峰值U、U^e、U^d随干湿循环次数增加呈指数减小,炭质页岩的储能极限逐渐降低。炭质页岩能量损伤演化机制很好地反映了岩石内部裂纹发育、扩展、贯通至破坏的渐进破坏过程。研究结果可为水-岩作用下岩土工程稳定性分析提供参考。     

路用多孔页岩陶粒表面修饰优化

为提高路用多孔页岩陶粒的路用性能并提升其阻热性能，优选3种有机处理剂，借助吸水率、筒压强度、控制筛孔通过率及磨耗值试验，确定了不同处理剂最佳修饰工艺；基于吸油率、表面孔隙封堵率与SEM试验，系统研究了修饰前后页岩陶粒表面孔隙封堵情况，对比评价了不同处理剂对页岩陶粒路用性能的影响规律，确定了页岩陶粒最佳处理剂；并在此基础上，全面评价了表面修饰对页岩陶粒混合料路用性能的影响。结果表明：苯基硅树脂的适宜浓度为25%，固化温度为160℃，硅丙乳液的适宜浓度为35%，成膜温度为30℃，助剂含量为3%，建筑防水剂修饰页岩陶粒的适宜浓度为35%，固化温度为85℃；其中苯基硅树脂对页岩陶粒表面封装效果最好，24 h吸油率最低，表面孔隙封堵率高达78%，且SEM图像也表明经表面修饰的页岩陶粒表面开口孔隙数量明显减少；3种处理剂均能不同程度地提高路用多孔页岩陶粒的路用性能，24 h吸水率的降幅在80.48%~94.5%之间，压碎值降幅在4.62%~17.52%之间，磨耗值降幅在5.33%~30.92%之间，黏附性等级提高0.5~2级；苯基硅树脂对页岩陶粒吸水率与黏附性等级改善效果最佳，硅丙乳液对压碎值与磨耗值改善效果最为明显，综合考虑所有评价指标，确定了页岩陶粒最佳处理剂为苯基硅树脂；且经苯基硅树脂表面修饰后的页岩陶粒混合料各项路用性能均有不同程度提高。     

粉煤灰混凝土应力腐蚀特性试验研究

利用自行设计的应力腐蚀加载试验装置,研究了三分点加荷与Na2SO4腐蚀溶液耦合作用下,应力水平、试验龄期、干湿循环等试验参数对粉煤灰混凝土力学性能的影响。结果表明:掺加粉煤灰可以有效地改善水泥混凝土的应力腐蚀状况。相对于常规试验条件和普通混凝土,在以Na2SO4为腐蚀介质的溶液中,应力的存在会明显地加速粉煤灰混凝土的腐蚀破坏,并且随着应力水平增加、试验龄期延长和干湿循环次数的增多,其破坏作用越大。     

水泥粉喷桩复合地基桩土应力比的研究

对水泥粉喷桩地基在填土荷载下桩土应力分布规律进行了现场试验研究。结果表明，桩土应力比与荷载水平及桩土特性有关，其值随填土荷载的增大而增大，且存在最大值。粉喷桩复合地基桩土应力比还具有时效性，即在填土过程中，桩土是互相协调共同作用的。     

高阻尼隔震橡胶支座性能试验研究

为了研究高阻尼隔震橡胶支座的水平力学性能相关性,通过反复加载试验的方法,进行了剪应变相关性、压应力相关性、温度相关性、反复加载次数相关性试验,并对各因素对水平等效刚度、等效阻尼比的影响进行分析。结果表明,水平等效刚度、等效阻尼比随剪应变、温度、反复加载次数的增加呈下降趋势,且50次循环加载导致的橡胶温度升高影响不能忽略不计;等效阻尼比随压应力的增加呈上升趋势;压应力对水平等效刚度影响不大。     

水泥稳定碎石力学特性研究

为研究水稳碎石材料的力学特性,通过简单加载试验、逐级加载试验和循环加载试验,分析了加载方式、应力水平、龄期对其抗压强度、割线模量、破坏应变和累积应变变化规律的影响.结果表明:水泥稳定碎石是典型的弹塑性材料,应力依赖性明显,对荷载变化敏感,弹性和塑性的临界值为(0.7?0.8)σmax;随着应力水平的增加,简单加载和逐级...     

三维应力状态下沥青混合料动态模量归一化

沥青混合料的动态模量是路面力学响应分析和结构设计的重要参数之一。为客观表征不同应力状态、试验温度及加载频率等试验条件对沥青混合料动态模量的影响规律，建立复杂服役条件下沥青混合料的动态模量预估模型，揭示沥青混合料动态模量的服役状态相关性。首先开展了不同温度、不同加载速率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸强度试验，揭示了不同温度下沥青混合料强度随加载速率的幂函数变化规律，为模量试验应力比的确定提供了依据。进而据此开展了不同温度与不同加载频率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸动态模量试验，提出了以等效应力比表征三维应力状态下模量试验应力比的沥青混合料动态模量分析方法，并基于时-温等效原理，采用Sigmoidal函数，建立了基于三维应力状态下等效应力比的动态模量归一化预估模型，实现了不同试验方法下沥青混合料动态模量的统一表征。研究结果表明：不同试验温度与应力状态下沥青混合料的强度均随加载速率的增大而增大，基于等效应力比表征的三维应力状态下模量试验应力比可实现不同试验条件下沥青混合料动态模量的统一表征，避免了路面结构设计时人为选取材料模量设计参数导致的设计结果不确定性。研究可为提...     

炭质页岩填料利用与路堤结构设计研究

针对某公路炭质页岩填料利用与处治难题,开展炭质页岩崩解软化机理分析与路用性能试验,分析填料强度的湿化衰减特性。试验结果表明：炭质页岩的微观结构、亲水矿物、含硫矿物是造成其易崩解软化、植物难以生长的主要原因;经历2次干湿循环后炭质页岩崩解已大部完成,随着干湿循环次数的增加,炭质页岩崩解率逐渐稳定在12%左右;炭质页岩填料中石料含量对密实度的提高影响不大,但对填料承载比CBR值的提升非常显著,CBR值随含石率的增加近似呈线性增长;中风化炭质页岩填料浸水前的工程性质较好,受水浸泡6小时后填料回弹模量衰减41.5%,受水浸泡24小时后填料回弹模量衰减47.0%。并探讨公路路基炭质页岩利用部位及其典型结构形式。     

非均质沥青混合料劈裂试验应力分布规律研究

为量化研究沥青混合料受荷载时应力分布规律,借助有限元法建立二维非均质沥青混合料劈裂试验模型,赋予非均质模型材料属性,模拟劈裂试验的受力状态。为测定模型内部应力值,布置沿模型圆心水平方向位置上的5条应力测定线,准确得到各测点的应力值,分析各测线上最大主应力的变化规律,研究沥青混合料劈裂试验后的损伤规律。结果表明:圆心区域的应力值大于周边区域,圆心区域应力值使得该区域沥青混合料受拉开裂,裂纹向外延伸,该情形符合实际劈裂试验的破坏形式;并且在圆心水平方向的上下两部分模型区域应力值对称分布。     

电驱动总成差速器壳体疲劳可靠性分析

对电驱动总成的差速器壳体进行疲劳可靠性分析，采用ANSYS有限元仿真软件建立差速器壳体仿真模型，计算得到其应力水平及变化规律，基于Goodman平均应力修正法及Miner线性累积损伤理论预估差速器壳体各关键部位的疲劳寿命；同时搭建疲劳耐久试验台架，对差速器壳体的疲劳可靠性进行试验验证，发现经过一定试验循环后差速器壳体轴颈部位发生断裂，与仿真预测的失效部位一致。     

偏心荷载对螺纹根部应力分布的影响

利用三维光弹试验探讨偏心荷载对沿螺纹紧固件根部螺旋线的应力分布的影响。在本研究中，轴向和弯曲应力的比率与那些通常在工程部门所发现的相似。结果表明，随着偏心水平的增加，在螺纹根部螺旋线上的最大应力没有较大的改变，但经受高应力的螺旋线的长度增加了。偏心荷载的存在将导致裂纹产生和扩展概率的增加。     

沥青砼在高应力比作用下的疲劳试验分析

分析了沥青砼在高应力比作用下,不同应力水平、间歇时间和温度对其疲劳性能的影响,并通过回归得出了试验方案下高应力比疲劳方程.     

聚丙烯纤维自密实混凝土弯曲疲劳试验裂缝发展规律研究

本文主要对不同聚丙烯纤维掺量的自密实钢筋混凝土梁在不同疲劳应力水平作用下的裂缝发展规律进行了弯曲疲劳试验研究,研究结果表明:聚丙烯纤维能在一定程度上抑制混凝土裂缝的扩展。同一疲劳应力水平作用下,随着聚丙烯纤维掺量的调高,试验梁的裂缝宽度及裂缝长度相应变小,但裂缝宽度及长度变化规律图与其增量变化规律图基本相似,且不同聚丙烯纤维掺量的自密实混凝土梁裂缝发展规律相近。相同聚丙烯纤维掺量的试验梁,作用的疲劳应力水平越高,其裂缝宽度及长度增长速度越快;同一疲劳应力水平作用,聚丙烯纤维掺量越大的试验梁,其裂缝宽度及长度增长速度越慢。     

广义k0固结土的固结不排水剪总应力强度指标的确定

基于室内三轴剪切试验与天然土体的受力状态存在较大差异，从土的总应力强度指标与土的固结状态、初始固结状态、应力路径等之间的相关性出发，建立不同固结状态的土在不同试验条件下的总应力强度指标理论公式，并找出不同试验条件下的强度指标与室内常规三轴试验强度指标间的换算公式，进而解决了室内常规三轴试验在模拟天然土体的初始固结应力状态、加载路径等方面的不足。