水动力作用对黄河口沉积物强度影响的现场试验研究

通过现场原位观测试验,研究波浪、潮流水动力作用对快速堆积的黄河口沉积物固结强度的影响。在黄河三角洲刁口叶瓣潮坪上,开挖2 m×1 m×1 m的试坑,现场取土配置流状堆积物,以铁板部分覆盖试坑隔绝波浪和潮流作用,利用微型贯入、静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位测试手段,实时测定快速沉积的海床土强度发展以及孔隙水压力消散情况,研究快速沉积的粉质海床土分别在自重条件下以及在波浪和潮波等水动力作用下的固结过程。研究发现:海床土固结速度很快,自重作用下固结度72 h内达到37%,142 h左右孔隙水压力消散完毕,水动力作用下固结度72 h内达到52%,195 h左右孔隙水压力消散完毕;在沉积物固结过程中,水动力作用在固结初始阶段具有决定性作用,对沉积物强度的改变最大可为自重固结作用的5倍,随深度延伸水动力作用逐渐降低;随着固结过程的延续,表层沉积物在水动力作用下强度增加的趋势逐渐减缓,50 cm以下深度沉积物在水动力作用下强度逐渐降低,使得快速沉积粉质土强度逐渐沿深度出现非均匀变化,并且逐渐形成硬壳层。研究结果对了解水动力在沉积物固结中的作用具有借鉴意义。对于不同水动力在沉积物固结中的作用尚需进一步的研究。     

黄河口入海泥沙沉积固结过程长期现场观测研究

根据2004年4月至2009年6月在黄河口潮坪进行的长期现场观测试验结果,研究了黄河泥沙沉积后的固结过程。研究发现：入海泥沙沉积后,强度呈线性增长,孔隙水压力消散曲线符合指数模型,5 d内固结基本完成呈现似超固结状态,沿深度方向强度出现分层现象,并逐渐非均匀化。沉积后的泥沙在自重应力和海洋水动力的长期作用下,土体的强度呈现增长-降低-增长的趋势,沿深度非均匀性提高。首次揭示了黄河入海泥沙的快速固结特性及形成的沉积物强度随时间与空间的非均匀性变化规律。     

淤泥质土孔隙水压力消散规律

确定土体的孔隙水压力是土力学中一个重要的研究问题。在室内静三轴试验的基础上进行改进,对淤泥质土固结排水过程中孔隙水压力消散特性进行了研究,分析了孔隙水压力系数随固结压力及排水量的变化关系。结果表明：不同加压方式孔隙水压力消散情况并不相同;淤泥质土的孔隙水压力系数不等于1而是小于1,随致密程度加大及含水率减少,B值也越来越小;淤泥质土固结排水具有阶段性,U／P值为80％是突变点。这对于淤泥质土孔压模型的建立和解决固结过程中土的强度变形问题,具有参考意义。     

黄河口沉积物固结过程电阻率监测研究

在现代黄河口采集沉积物,通过室内土样真空预压装置使沉积物固结,利用高密度电阻率仪监测沉积物固结过程中电阻率的变化;利用孔隙水压力监测、十字板剪切测试与微型贯入测试等测试手段,实时测定固结沉积物的孔压和不排水抗剪切强及贯入强度的变化;并定期取土样进行常规土工试验和室内固结试验。研究结果表明,黄河口沉积物在固结过程中土体电阻率大小同固结程度密切相关,固结过程中影响黄河口饱和粉土电阻率的主要因素为孔隙率;黄河口饱和粉土的电阻率与土体物理力学指标之间存在良好的相关性,通过电阻率测定可以有效估算土体各项固结指标,本研究为海床沉积物固结过程的原位监测提供了一条新途径。     

黄河口粉质土海床液化过程的现场试验研究

在黄河口海床若干深度处埋设孔压探头,海床表面利用活塞施加水压循环荷载以模拟波浪荷载,观测土体内孔隙水压力变化过程,研究黄河口原状和重塑粉质土在波浪循环荷载作用下的液化特征。通过研究发现,原状土和重塑土的孔压激发曲线模式不同,原状土孔压经历四个阶段,即先上升、后下降、再上升和剧烈波动;而重塑土孔压只有上升和剧烈波动两个阶段,这两种模式与循环荷载作用下粉土的微结构变化有关。分析波浪荷载的特点,将孔压出现剧烈波动的时刻作为完全液化的标志。土体液化与固结程度有关,固结程度越大,越不易液化。实际波浪荷载作用下,土体液化时间比文中试验测得的要短。     

波浪作用下黄河口多层粉质土海床动力响应特征差异性分析

以黄河水下三角洲埕岛海域5种典型层序粉质土海床为模型,以Biot理论为基础,采用有限差分法计算10m深度内海床土应力场、位移场和超静孔隙水压力场分布,并与实际观测结果进行对比。研究揭示在波浪荷载作用下,多层海床土位移、孔隙水压力除在表层粉质土中出现1个极大值点外,在下覆软弱层中还将出现第2个极大值点,而应力在界面位置将急剧减小。表层粉质土中出现的第1个极值是引发小规模浅表地质灾害的动力学因素,而大规模地质灾害的发生和下覆软弱层中第2个极值直接相关。海床土沉积层序对土层稳定性影响大,其中“上硬下软”的沉积结构最不稳定,在强浪作用下容易发生大规模地质灾害。     

天然沉积粉质土压缩特性研究

采用自由活塞薄壁取土器自地表至深度70m取得不扰动原状粉质土样,通过一系列物理力学试验,对比分析了天然沉积粉质土与天然沉积粘性土的异同。明确了位于塑性图A线下方的粉质土的重塑压缩性状可以用孔隙指数进行归一化,其孔隙指数和固结压力的关系与基于塑性图中位于A线上方的粘性土试验数据提出的固有压缩曲线一致。但是,天然沉积粉质土的天然沉积状态线位于普通粘性土的天然沉积压缩线的上方。结果表明,天然沉积粉质土比天然沉积粘性土有更高位的结构,灵敏度更高,更易于受到取样扰动的影响。     

黄河冲洪积土强夯作用下孔隙水压力增长与消散规律

黄河下游冲洪积土以粉土和粉质粘土为主，在夯击能作用下孔隙水压力表现出不同的增长与消散规律。以粉土为主时孔隙水压力增长与消散速度都比较快，适合用强夯的工法进行加固；以粉质粘土为主时，孔隙水压力的增长与消散速度相对较慢，在应用强夯法时，应考虑用低能量、长间歇时间的方法。     

高真空击密法加固机理研究及应用

强夯法处理饱和软土地基的关键是孔隙水的排出和超孔隙水压力的快速消散。该工法既是针对这一关键问题进行研究和提出解决办法的。本文第一遍高真空排水固结通过特制与安设的高真空排水设备的排水,可迅速在所需处理的土体范围内生产高真空,促使孔隙水和孔隙气体快速排出而导致土体固结。随之而插入的高真空管作用下产生孔隙水压力差而加速孔隙水排出与超孔隙水压力消散,进一步导致土体的排水固结。高真空排水对饱和软土的固结作用。     

低应力条件下海洋粉土的不排水强度特性及其在海底浅层滑坡分析中的应用

 针对浅层滑坡等海底地质灾害,设计并实施一系列的十字板试验和三轴试验,对低应力条件下典型海洋粉土的不排水强度特性进行研究探讨。试验结果显示：固结度对粉土的十字板强度有明显影响,十字板强度随着超孔隙水压力的升高而降低。剪切应变速率对粉土的固结不排水三轴强度影响很小,而超固结比和剪切围压则影响较大;三轴试验中各个试样都能够达到临界状态,临界状态强度随着超固结比和剪切围压的增大而增大。分析波浪作用下海床土剪切滑动的渐进特性,指出临界状态是滑坡发生时滑带土所能达到的最终状态。采用平均有效应力,对十字板强度和三轴临界状态强度进行归一化处理,两种强度显示较好的一致性,得到低应力条件下海洋粉土的临界强度线。最后,应用所得的临界强度线,对风暴潮作用下黄河水下三角洲粉土海床浅层滑坡及“复活”进行很好地分析和解释。     

Effizienzsteigerung von Textilbeton durch Einsatz textiler Bewehrungen nach dem erweiterten Nähwirkverfahren

Textilbeton ist ein neuer, effektiver und sehr innovativer Baustoff zur Verstärkung von Tragwerken. Im Rahmen der laufenden Forschung stehen die weitere Verbesserung des Verstärkungsverfahrens und die stetige Weiterentwicklung der Faser‐Matrix Kombination im Mittelpunkt der Untersuchungen. Aufgrund der hohen Garnzugfestigkeiten sind bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. Bei ungünstiger Konfiguration der textilen Bewehrungen können jedoch verbund‐ und festigkeitsschädigende Rissbildungen innerhalb zugbeanspruchter Textilbetonbauteile auftreten. Diese Rissbildungseffekte werden in Abhängigkeit von der Belastung maßgeblich durch die wirkenden Verbundkräfte und die verarbeitungsbedingte Garnwelligkeit beeinflusst. Dabei ist die Gefahr eines Verbundversagens durch Delamination besonders in den Bereichen der Lasteinleitung in die textile Bewehrung, wie z. B. Endverankerungen und Übergreifungsstößen, kritisch. Dies führt zu einer Reduzierung der nutzbaren Zugtragfähigkeit der textilen Bewehrung im Gesamtbauteil. Um die Effizienz der textilen Bewehrung zu erhöhen, wurde daher ein verbessertes Textilherstellungsverfahren auf Basis der Nähwirktechnik entwickelt. Dadurch wird die ungünstig wirkende Garnwelligkeit deutlich reduziert. Der vorliegende Aufsatz beschreibt vergleichende Untersuchungen der Verbund‐ und Festigkeitseigenschaften zugbeanspruchter Textilbetonbauteile. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Entwicklung des erweiterten Nähwirkprozesses ein maßgeblicher Schritt im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Textilbetons erreicht werden konnte. Efficiency Increase of Textile Reinforced Concrete by Use of Textile Reinforcements from the Extended Warp Knitting Process The composite material textile reinforced concrete (TRC) is a new, effective and very innovative method for the strengthening of load bearing structures. Apart from further improvements to the strengthening methods, a continual further development of the fibre‐matrix combination is at the centre of ongoing research. Due to the high tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, it enables very effective strengthening of concrete constructions. However, if the textile fabrics are unfavourably configured, bond and strength damaging crack formations within TRC members can occur. Depending on the load, these crack formation effects are substantially influenced by the bond and the size of yarn undulation, which depends on the processing of the fabric. The danger of bond failure by delamination, which particularly occurs in areas of concentrated load introduction into the textile reinforcement, such as final anchorages and overlaps, is especially critical. It results in a reduction of the usable tensile load bearing capacity in the entire member. For this reason, an improved textile manufacturing method based on warp knitting technology was developed. By means of this method, yarn undulation can be reduced considerably. The article on hand describes comparative examinations of the bond and strength properties of tensile loaded TRC elements. The results show that the development of the extended warp knitting process was a substantial step toward a further improvement of the properties of TRC.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Umlagerungsverhalten von Plattentragwerken aus Stahlfaserbeton

Das Tragverhalten von Platten aus Stahlfaserbeton ist von starker Nichtlinearität durch Rissbildung und großen traglaststeigernden Umlagerungen geprägt. Für ihre Berechnung und Bemessung wird ein nichtlineares Verfahren vorgestellt. Es basiert auf einer elasto‐plastischen Schädigungsbeschreibung des Faserbetons mit eingebetteter Betonstahlbewehrung und einer Finite Elemente Diskretisierung des Stabstahls und der Platte mit regularisierter Verschmierung der Rissbildung im Elementnetz. Das Verfahren wird an einer punktgestützen Stahlfaserbetonplatte eines Großversuchs angewendet und verglichen mit anderen gängigen Methoden, nämlich einer linear‐elastischen Schnittgrößenermittlung bzw. der Bruchlinientheorie. Zur Bemessung erweist es sich als sehr geeignet, allerdings – ähnlich den beiden anderen Verfahren – abhängig von der angenommen Rissbildung, der Nachrisszugfestigkeit und geometrischen Größen. Redistribution Effects of Steel Fibre Reinforced Concrete Slabs Numerical Computation and Design The bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) slabs is mainly affected by nonlinearity due to cracking and redistribution effects leading to an increased bearing capacity. A nonlinear approach for structural analysis and design of such structures is presented. It is based on an elasto‐plastic damage theory to model material behaviour of SFRC and allows for additional embedded rebars. By adopting a finite element discretisation of the slab structure a regulated smeared modelling of cracking is achieved. Further the nonlinear model is applied to a full scale test of a SFRC flat slab structure and results are compared to alternative already well established methods, namely a linear elastic analysis and the yield line theory. The proposed method is proven to be very suitable for design but – alike the alternatives – depends on assumed crack patterns, residual tensile strength of the SFRC and geometrical parameters.