级配对粗粒土力学特性影响的颗粒流模拟研究

运用三维颗粒流软件PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,模拟粗粒土真实级配,建立一个研究高铁填方路基粗粒土力学特性的颗粒流模型,标定了表征粗粒土细观力学性质的模型参数,并验证了模型的有效性。考虑粗粒土曲率系数和不均匀系数对颗粒级配的影响,模拟并研究了五种不同级配下粗粒土在三种不同围压下的力学特性。结果表明:当粗粒土有效粒径与中值粒径及限制粒径的差距过大时,粗粒土中颗粒填充及致密性将变差,变形增大,强度降低;级配良好且不均匀系数较大,其力链分布越均匀,颗粒的挤压效果越显著,力的传递和分配也越均匀。     

用改进直剪仪研究粗粒土抗剪强度的尺寸效应

为研究粗粒土直剪试验抗剪强度参数的尺寸效应,研制钢结构相互嵌套叠置组装而成的改进直剪仪。试验中上下剪切盒间剪切缝宽度不变,利用钢结构的不同叠置组合,改变直剪试验试样的高度H和直径D。H和D分别有四种取值,通过H和D的16种不同组合,对两种均一级配的的粗粒土(粒径2～5mm)分别进行直剪试验。平行组试验结果证明了该直剪仪的可靠性与试验的再现性。试验结果表明:粗粒土的抗剪强度参数有显著的尺寸效应,且直径D对抗剪强度的影响较高度H更明显。     

路基粗粒土抗剪强度影响因素分析

粗粒土由于其优良的工程性质,在中国高速公路与铁路路基填筑中得到了广泛的应用。通过调研国内外大量的研究成果,分析了影响粗粒土抗剪强度的主要因素,探讨了这些因素对抗剪强度的影响机理。分析结果表明:粗细颗粒比例、颗粒本身的性质、应力状态、含水率、剪切速率以及粒径大小等是影响粗粒土抗剪强度的主要因素;粗粒土的抗剪强度主要决定于颗粒间形成的土体结构强度以及颗粒本身的特性,即所有影响土体结构强度以及颗粒本身特性的因素,均可对其抗剪强度产生影响。     

级配碎石直剪试验的细观分析

基于颗粒流理论及其PFC2D程序,在细观层次上从数值分析角度研究了碎石的直剪试验,从而揭示了其抗剪强度和变形机理。研究中针对碎石提出了一种随机计算模型,并给出了随机模型的实现方法,同时对该随机模型的算法可靠性进行了验证。文中探讨了在直接剪切试验中碎石的抗剪强度随位移的变化以及最大粒径、竖向压力对其影响,并从细观力学的角度上描述了直剪试验过程中颗粒的运动机理。直剪试验过程中的碎石细观结构变化的颗粒流仿真,是关于碎石细观力学特征与宏观力学响应相关联的初步研究。     

粗粒土颗粒接触特性对路基动应力衰减影响研究

粗粒土作为一种典型的不均匀散粒体材料,其力学性质较为复杂,常需要从细观角度研究其宏观力学特性,颗粒细观接触特性可直接反映粗粒土强度及其力学性能,目前对接触特性参数影响的研究多集中于表征其强度特性,对其外荷载作用下的动力响应特性研究较少。基于此,采用颗粒离散单元法,建立粗粒土路基冲击应力加载数值分析模型,研究不同颗粒接触特性参数与动应力衰减规律间的关系,分析颗粒摩擦系数,颗粒间接触刚度对粗粒土动应力衰减的影响。结果表明:随着颗粒摩擦系数的增加,应力衰减的速率也随之增大;颗粒接触刚度越高,其对应力敏感性越强,越不易被压实,其内部应力传递越不均匀,且应力衰减越慢,整体趋势呈指数衰减。通过实际动应力加载试验,验证了数值分析结果的准确性,相同条件下,实际试验结果与数值分析结果相近。     

非饱和土抗剪强度理论的关键问题与研究进展

非饱和土抗剪强度与其矿物组成、细观结构和含水率等因素密切相关,许多学者先后提出了多种非饱和土抗剪强度的形成机理、计算方法以及测试手段。为总结现有研究成果,深化对非饱和土抗剪强度理论的认知,综述了非饱和土抗剪强度理论发展中的若干关键问题。首先讨论了不同类型土体的细观结构差异,分析了非饱和土抗剪强度形成的细观机理,对比分析了砂性土与黏性土非饱和抗剪强度变化规律的差异性;其次总结了几种较为典型的非饱和土抗剪强度计算公式,对不同非饱和参数的取值方法进行了分析;最后介绍了多种用于非饱和土抗剪强度测试的新仪器与新方法,如非饱和土直剪、非饱和三轴以及非饱和土环剪装置等,部分国外已有研究成果在中国仍处于空白状态,值得中国同行借鉴。根据上述分析,对非饱和土抗剪强度理论的研究方向进行了展望：①应进一步从细观角度开展不同结构土体土颗粒之间的相互作用以及土、水相互作用对宏观非饱和抗剪强度影响的研究;②应根据土质类型、含水状态和应力状态等因素综合确定非饱和土抗剪强度计算参数,提出相应的抗剪强度计算方法,并逐步尝试将非饱和土强度理论应用至工程实际;③进一步改进现有非饱和抗剪强度测试仪器,使之可以控制多种试验变量,优化测试方法,进一步提高试验效率与精度。     

四川西北地区砂卵石土的直剪试验研究

通过对大粒径砂卵石土进行直剪试验,研究分析了不同密实度、含水量和粒径大小对砂卵石土抗剪强度指标的影响。结果表明,砂卵石土的抗剪强度指标随着密实度的增大而增大,当增加到一定程度后趋于稳定;含水量对其影响甚微;随着粒径的增大,抗剪强度指标迅速提高。试验结果对四川西北地区砂卵石土的工程设计和施工具有参考价值。     

重塑膨胀土细观裂隙参数与抗剪强度的关系分析

对干湿循环作用后的重塑膨胀土进行CT试验和直剪强度试验,运用MATLAB软件处理CT图像并提取出膨胀土细观裂隙参相关数进行定量分析,探讨了膨胀土细观裂隙参数和抗剪强度之间的关系。结果表明:CT图像展示了膨胀土细观裂隙产生和发展,裂隙数目的增加并最终发育成细观裂隙网络的过程;第1~2次干湿循环次数对土样裂隙发育影响显著,决定了细观裂隙发育的最终形态;土体细观裂隙的发育程度对土体的抗剪强度重要的影响,可通过裂隙率、分形维数、CT数与抗剪强度参数之间的强相关性,对土体结构强度进行预测。     

废旧轮胎颗粒对橡胶土体抗剪强度影响的试验研究

通过直剪试验对不同级配轮胎颗粒的抗剪强度进行了测试,分析了颗粒剪切强度与剪切位移的关系,提出了颗粒抗剪强度特性衡量指标,建立了颗粒抗剪强度库伦预测公式,选出了代表性的颗粒级配。通过向土体中加入不同掺量的轮胎颗粒研究其掺量对黏土抗剪强度的影响,结果表明:在纯轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒粒径的增加其黏聚力和内摩擦角有增大的趋势,黏聚力增加比较明显;在向土中掺入轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒掺入量的增加,其黏聚力有先增加后减小的趋势,内摩擦角有增大趋势。当颗粒的掺入比为50%时其抗剪强度最优。     

土工格栅与粗粒土界面作用特性的直剪试验研究

山区高速公路建设中,常采用单向、双向拉伸土工格栅作为筋材进行路基加筋,路基填料多为移挖作填的粗粒土。以此为背景,采用大型直剪试验方法,就影响筋土界面特性的几个主要因素（压实度、含水量、土工格栅孔径、粗粒土粒径）进行试验研究。通过研究得到：界面摩擦角随着填土压实度增加而增加,随着填土含水量的增加降低幅度逐渐增大;界面摩擦角与土工格栅孔径有一定的匹配关系,存在一个最佳孔径;界面摩擦系数比呈现出随填料中粗颗粒P5含量增加而增大的趋势。     

装配式组合梁桥开孔钢板连接件抗剪性能

为建立适用于装配式钢-混组合梁桥的间断式开孔钢板连接件的极限承载力和初始刚度的设计计算方法,共设计3组8个间断式开孔钢板连接件与1个传统开孔钢板连接件推出试件,分别研究端部承压面、开孔孔径、贯穿筋直径与混凝土强度对间断式开孔钢板连接件的极限承载力及初始刚度的影响;利用非线性有限元模型对间断式开孔钢板连接件的受力机理、破坏过程和承载能力进行仿真模拟,并通过与试验结果进行对比分析验证仿真结果的可靠性;以试验中的变量设置为基础,增加参数取值范围,建立并分析162个非线性实体有限元模型,通过对分析结果进行多变量回归分析,提出适用于间断式开孔钢板连接件的初始刚度及极限承载力的计算表达式。结果表明：间断式开孔钢板连接件的荷载-滑移曲线分为弹性段、塑性段及下降持力段3个阶段,前2个阶段荷载主要由孔中混凝土隼、贯穿筋及端部承压混凝土共同平衡,下降持力段荷载则主要由上侧贯穿筋承担;试件极限承载力及初始刚度约为同尺寸传统开孔钢板连接件的2倍,并随开孔孔径、贯穿筋直径与混凝土强度的增加而提高;所建立的初始刚度与极限承载力计算公式与试验值吻合较好,研究结果对间断式开孔钢板连接件在装配式钢-混组合梁桥中的应用具有参考价值。     

竖向荷载作用下多排抗剪连接件剪力分布的计算方法

针对抗剪连接件剪力分布的不均匀程度缺少理论分析的现状,利用弹性变形理论,推导了多排抗剪连接件在竖向荷栽作用下相对滑移和剪力分布的理论计算公式,并与有限元计算结果进行了验证.结果表明,钢板端部固定可以改善连接件的受力状态,且钢、混凝土受力分布也较为均匀;多排抗剪连接件刚度和间距越大剪力分布越不均匀.得到了竖向荷载作用下多...     

角钢连接件抗剪刚度试验及理论研究

由于具有承载力高、疲劳性能好以及施工便捷的优点，角钢连接件在桥隧结构中得到越来越广泛的应用。角钢连接件主要应用于沉管隧道结构中，且相关研究主要集中在日本。现有研究多针对角钢连接件的承载力而忽视了抗剪刚度，而抗剪刚度会对界面滑移、混凝土开裂以及构件刚度等性能造成影响。为了研究角钢连接件的抗剪刚度，基于实际工程以及中国规范设计了6组推出试件，包含3种角钢尺寸以及2种混凝土规格。同时为了减少试验本身的离散性，每组均有3个试件。试验中所有试件均发生混凝土压溃破坏，混凝土强度提高时，试件的抗剪承载力和刚度均会相应调高，同一设计强度等级的3种尺寸角钢连接件受剪性能差别不大。曲率分布结果表明角钢腹板在底部承受较大弯矩和剪力，翼缘承受弯矩较小，表明翼缘在抗剪过程中的贡献较小。在结合已有的连接件理论模型以及试验结果的基础上，通过理论分析提出了针对角钢连接件的地基梁模型，并通过10组剪力-滑移曲线以及12组曲率数据来验证模型的可靠性，研究结果表明理论模型具有良好的精度。考虑到模型公式复杂，结合实际工程构造，对刚度公式进行了简化，并通过10组剪力-滑移曲线来验证简化公式的可靠性，结果表明简化公式同样具有良好的精度。     

单轴贯入试验与直剪试验抗剪强度参数关系的试验研究

利用单轴贯入试验和直剪试验,分别对不同含水量和不同干密度下压实黄土的抗剪性能进行了测定,并对两种方法所测得的抗剪强度指标进行了对比.结果表明:用贯入试验测得的c值与直剪试验测得的c值有较好的相关性,但是用贯入试验测得的ψ值与直剪试验测得的ψ值相关性很弱,快速表征道路工程材料的抗剪特性需要更深入的试验手段.     

钢-混组合梁剪力钉抗剪性能试验研究

为研究钢—普通混凝土与钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪强度及破坏形式,根据某实际钢—混组合桥梁结构,设计2种钢—混组合梁剪力钉试件进行极限抗剪强度推出试验,根据试验结果拟合试件荷载～滑移曲线,并与不同规范计算得到的剪力钉抗剪承载力进行比较分析.结果表明:钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪承载力较钢—普通混凝土组合梁剪力钉高约16％;其极限承载力对应的滑移值约为钢—普通混凝土组合梁剪力钉的2～2.5倍;钢—钢纤维混凝土组合梁破坏特征为剪力钉全部被剪断,钢—普通混凝土组合梁破坏特征为混凝土被压裂.由各公式得到的试件抗剪承载力均偏于保守.     

多排开孔钢板剪力键群受剪性能研究

采用有限元软件Abaqus,对多排开孔钢板剪力键群的抗剪性能进行模拟研究。考察不同参数(混凝土强度、贯穿钢筋直径、开孔孔径、开孔排数、开孔距离、钢板厚度)对PBL剪力键承载力的影响及其影响规律,同时研究了多排PBL剪力键内力分布规律。结果表明:混凝土强度越大,PBL剪力键承载力越大,同时较迟进入强化阶段;增大钢筋直径在提高PBL剪力键承载力的同时也提高了其屈服后的刚度,且钢筋直径与PBL剪力键承载力呈二次函数关系;孔距不变时增大孔径,PBL剪力键承载力将先增大后减小,这是由于孔距未满足最小孔距要求;开孔排数增多会明显提高PBL剪力键承载力和初始刚度,且开孔排数与承载力呈线性关系;钢板厚度基本不影响承载力;当PBL剪力键的排数达到一定界限以上时,前4排承担了90%的外力,当排数较少时,不同排的剪力键承担的剪力分布为哑铃型。     

槽型宽翼梁剪滞效应分析的有限段法

针对槽型宽翼梁剪滞效应分析已有方法通常忽略横向剪切变形的影响、计算工作量大、不便于工程应用的局限性,提出一种能准确分析变截面槽型宽翼梁剪滞、剪切双重效应的有限段法。基于最小势能原理,建立了槽型宽翼梁考虑剪滞效应和剪切变形双重影响的平衡控制微分方程及自然边界条件。在由方程得出均布荷载作用下的内力和位移初参数解的基础上,导出了槽型宽翼梁的有限段单元刚度矩阵和等效节点荷载列阵。应用有限段法,结合有机玻璃模型梁试验,分析了槽型宽翼梁竖向位移和应力的横向分布规律。数值算例表明,有限段法计算结果与有机玻璃模型试验实测结果以及ANSYS解符合良好;槽型宽翼梁的剪力滞效应明显;在槽型宽翼梁桥的设计与施工控制中,必须充分考虑剪力滞效应和剪切变形对结构应力和位移的影响。     

预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪性能研究

相比现浇混凝土桥面板,全预制混凝土桥面板有诸多优势,能够提高桥梁工程质量、加快桥梁施工速度和降低成本。预制超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)梁和预制UHPC桥面板通过槽口连接形成组合梁是一种新的结构形式,这种槽口式连接的界面抗剪性能会影响全梁整体承载力。通过16个推出试件,研究不同界面抗剪钢筋配筋率、预制梁混凝土类型和预制桥面板混凝土类型、槽口填充混凝土类型对界面抗剪承载力的影响,在试验过程中观测裂缝的发展和破坏模式,记录竖向滑移、水平滑移和试件破坏模式、钢筋应变、极限荷载Vu和残余荷载Vr。试验结果表明:界面抗剪钢筋配筋率对Vu和Vr起主要作用,配筋率为3.7%的界面极限荷载分别是配筋率为2.8%和2.0%的1.06倍、1.20倍;不同的槽内填充混凝土和预制梁混凝土二者共同影响Vu和Vr;预制桥面板混凝土类型对抗剪性能影响不大;钢筋的销栓作用主要受到钢筋直径和混凝土强度等级的影响;通过与AASHTO LRFD 2015和ACI 318规范对比发现,2个规范对UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪承载力估计保守;提出的预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪计算公式计算值与试验值吻合较好。     

基于BP神经网络的钢-混组合结构PBL剪力键承载力

为实现钢-混组合结构PBL剪力键极限承载力的准确预测,通过分析既有推出试验结果,对PBL剪力键的作用机理及破坏模式进行总结,确定PBL剪力键纵向抗剪承载力的主要影响因素为开孔直径、钢板厚度、混凝土抗压强度、贯穿钢筋直径、钢板屈服强度等.以神经网络理论为基础,选用误差反向传播(BP)神经网络算法模型,选取钢板厚度、开孔直...     

大跨箱梁桥剪力滞剪切变形双重效应分析

以对直线箱梁考虑剪力滞后、剪切变形的分析为基础,给出考虑双重效应的直线箱梁在均布荷载作用下的初参数解,推导了在局部坐标系下的单元刚度矩阵及等效节点荷载矩阵。利用ANSYS大型有限元软件对大跨度连续梁桥各关键截面进行多工况分析,总结各个工况作用下应力分布情况以及剪力滞系数的分布规律,从而对大跨度连续箱梁桥的整体及典型截面处的应力进行计算、分析。