碾压混凝土断裂试验分析与静动态断裂韧度关系研究

碾压混凝土开裂破坏是一个＂损伤——开裂——裂缝扩展——断裂失稳＂动态演变过程,为摸清其损伤断裂理与规,本文完成了12根实际坝体材料碾压混凝土三点弯曲梁试验,分析了强度等级、缝高比对碾压混凝土断裂特性影响.以材料静态断裂试验为础,通过研究声发射信号参量与动态荷载下裂缝扩展关系,到了动静态断裂韧度转化关系.最后利用有限元对武都重力坝裂缝在地震作用下开裂破坏进行分析,为实际坝体混凝土裂缝安全评价提供科学依据.     

钢筋再生混凝土梁抗裂性能试验研究*

为了推广再生混凝土在我国土木领域的工程应用,用再生粗骨料全部替代天然粗骨料,设计制作了10根钢筋再生混凝土矩形截面试验梁(再生混凝土强度等级:RC20~RC30,配筋率:0.83%~1.29%),并对其受弯抗裂性能进行试验研究。通过试验系统地研究了钢筋再生混凝土梁的静力受荷破坏过程。结果显示,钢筋再生混凝土梁的受荷破坏过程可划分为线性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段,破坏形态均表现为延性破坏。同时分析再生混凝土强度等级、配筋率对试验梁开裂荷载与平均裂缝间距的影响。结果表明,依据GB 50010—2010《混凝土结构规范》计算的平均裂缝间距小于试验实测值,而开裂荷载计算值明显大于试验实测值。在试验结果的基础上,提出了钢筋再生混凝土受弯梁开裂荷载及平均裂缝间距的建议计算公式。     

双层预应力大跨度地铁车站结构震害模拟与分析

以箱型双层预应力大跨度地铁车站开发为研究背景,采用动塑性混凝土损伤本构模型,用拉压损伤因子描述混凝土在循环荷载下的非线性与疲劳性能,综合考虑了震前土-结构自重应力、钢筋混凝土预应力和地铁车站结构的阻尼效应,对土-地铁结构相互作用系统地进行了地震过程的非线性数值模拟.分析了震害发生时大跨度预应力地铁车站结构的破坏过程、破坏形式和抗震薄弱位置.结果表明:地铁车站侧墙底部外侧首先产生裂缝,之后顶板中板在与侧墙连接处、跨中底部等位置出现裂缝,并迅速开展,部分位置甚至形成贯通裂缝;其中靠近底板位置处的侧墙外侧易产生竖向拉压破坏,顶板和中板的跨中及板在与侧墙连接处易产生水平向拉压破坏;侧墙与顶板底板连接处交替出现剪应力集中.靠近底板处的侧墙外侧与顶板在与侧墙连接处上侧位置破坏时间早,因而是影响框架安全的关键部位.     

隧道不同损伤状态二次衬砌预养护试验研究

采用1∶10破坏性模型试验,研究隧道不同损伤状态衬砌预养护构件变形特性、破坏模式与承载力.研究表明:预养护试件整体破坏由原衬砌拱腰极限承载力控制;预养护损伤衬砌受力过程为"加载—原裂缝贯通—套拱拱顶裂缝贯通—试件破坏",整体结构刚度逐渐退化.关键部位破坏顺序为"拱顶开裂—拱腰脆性断裂—拱顶延性破坏".裂缝深度为1/3衬砌厚度损伤状态可作为合理预养护时机;不同损伤状态衬砌预养护曲率突变点一致,可作为加固构件养护控制基准;提出衬砌预养护构件破坏荷载与损伤状态关系简易计算公式,计算结果与试验误差约5%.     

机锯条石砌筑灰缝的抗剪性能试验

以砂浆强度和压应力为主要参数,对12片水泥砂浆砌筑机锯条石石墙进行单调双剪静力加载试验,研究石墙灰缝的破坏过程和抗剪机理.试验结果表明:试件灰缝都呈现显著的剪切脆性破坏,破坏过程可分为为弹性、开裂和摩擦滑移3个阶段;在弹性阶段,切应力-位移曲线近似线性关系,开裂后应力仍增加,直至灰缝形成通缝,应力明显下降并稳定在一定范围,承载力仅由砂浆与石材间的摩擦强度承担;灰缝抗剪强度随着压应力或砂浆强度的增加而增加,压应力的效应更显著;对试验数据进行回归分析,得到水泥砂浆砌机锯条石砌筑灰缝抗剪强度计算公式.     

预应力混凝土简支箱梁裂缝损伤参数影响分析

针对开裂损伤后的在役预应力混凝土简支箱梁桥,将承弯段受拉裂缝和剪弯段斜裂缝作为主要特征裂缝,建立基于主要裂缝统计特征参数的开裂预应力混凝土箱梁损伤计算模型;将受弯裂缝总宽度、斜裂缝数量和斜裂缝高度作为3个敏感变量,分别进行参数影响分析,以确定其对结构控制截面变形和应力的影响。研究结果表明:承弯区受弯裂缝总宽度对结构的内力和变形影响较大,造成结构抗弯刚度明显减小,变形增大,压区应力增加;斜裂缝数量对结构内力和变形有一定影响,但影响程度明显小于承弯段受弯裂缝;斜裂缝高度对结构的内力和变形影响均较小。因此,在结构设计中,应特别注意受拉区混凝土压应力储备,防止拉区开裂造成的刚度退化。     

沥青路面裂缝产生的原因及防治

沥青路面在使用期开裂是当前公路建设中普遍存在的问题。由于路面开裂使水分从裂缝中不断进入,导致基层甚至路基软化,路面承载力下降,从而产生唧浆、台阶、网裂等病害,加速了路面的破坏。1沥青路面产生裂缝的原因沥青路面裂缝,从表现形式上可分为龟裂、网裂和各类纵横向裂缝,按产生原因可分为荷载性裂缝、非荷载性裂缝及反射裂缝。荷载性裂缝,是由于路面设计不周或施工原因造成结构层本身强度不足,不适应日益增长的交通量及轴载作用而产生的裂缝。这种裂缝最初表现为纵向开裂,然后发展成网裂,一般发生在中低级道路和严重超载的高等级公路上…     

轴心受压古砖砌体裂缝发生发展规律

裂缝是砌体结构损伤的直观表现.为研究古砖砌体结构受压状态下裂缝发生发展规律,对一批冻融循环后的古砖砌体试件进行抗压试验,获取了古砖砌体的荷载-变形和裂缝数据.提出砌体开裂荷载的确定方法,通过荷载-变形曲线、单条裂缝长度和裂缝发展趋势综合评判开裂荷载.建立了三折线模型,该模型能反映裂缝长度与荷载之间的关系.相比现代砌体试件,古砖砌体开裂早,裂缝发展快,平均开裂荷载为0.52f_m(抗压强度);当应力达到约0.7f_m时,裂缝上下贯通;当应力达到0.93f_m时,砌体进入破坏阶段.提出用裂缝密度描述砌体损伤状态,得到了典型的古砖砌体裂缝密度发展规律,破坏时最终裂缝密度为8.7m/m~2.国内外相关文献的试验数据表明,裂缝密度是一种稳定性较好的指标,具有深入研究和推广应用的价值.     

水库蓄水土质岸坡拉剪断裂破坏机制研究

基于土体结构特征从土体宏微观变化、岸坡变形、掏空等方面解释了水库蓄水期间土体浸泡软化机制。采用断裂力学方法推导求证了土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏机制,并将土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏进一步分为基座软化拉剪破坏模式和基座掏空拉剪破坏模式,给出了两种破坏模式的地貌演绎过程。通过建立两种破坏模式的物理模型和力学模型,从断裂力学角度推导出了潜在坍塌体裂缝尖端应力强度因子表达式。算例分析表明,土质岸坡破坏表现为显著的浸泡拉剪断裂破坏模式,并讨论了潜在坍塌体长度、高度、裂缝角度以及裂缝垂直长度对应力强度因子的影响。土体断裂韧度较小,导致岸坡坍塌体规模不大,土质岸坡的浸泡软化整体滑移破坏往往是滞后的,通常岸坡先局部软化,基座变形后发生塌岸破坏,后续上覆岸坡失去支撑发生整体式滑移。
     

水库蓄水土质岸坡拉剪断裂破坏机制研究

基于土体结构特征从土体宏微观变化、岸坡变形、掏空等方面解释了水库蓄水期间土体浸泡软化机制。采用断裂力学方法推导求证了土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏机制,并将土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏进一步分为基座软化拉剪破坏模式和基座掏空拉剪破坏模式,给出了两种破坏模式的地貌演绎过程。通过建立两种破坏模式的物理模型和力学模型,从断裂力学角度推导出了潜在坍塌体裂缝尖端应力强度因子表达式。算例分析表明,土质岸坡破坏表现为显著的浸泡拉剪断裂破坏模式,并讨论了潜在坍塌体长度、高度、裂缝角度以及裂缝垂直长度对应力强度因子的影响。土体断裂韧度较小,导致岸坡坍塌体规模不大,土质岸坡的浸泡软化整体滑移破坏往往是滞后的,通常岸坡先局部软化,基座变形后发生塌岸破坏,后续上覆岸坡失去支撑发生整体式滑移。     

结构性黄土的修正Duncan-Chang模型

为了实现原状湿陷性黄土结构性与其本构模型研究的统一,解决软化型应力-应变曲线的切线刚度矩阵正定性问题,通过研究原状结构性黄土在不同含水率和固结围压条件下由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律,建立可以反映结构性变化的修正非线性Duncan-Chang模型.该模型考虑了增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,把含水率作为一个重要的变量,用一族具有相同初始切线模量和不同极限强度的双曲线来求取当前应变状态处的切线模量,能够统一描述结构性黄土的应变软化和硬化型应力-应变关系曲线,形成解决原状湿陷性黄土增湿和应力耦合条件下变形及强度计算问题的新方法.     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度模型

为了后续研究工作能将原状黄土结构强度在实际工程中推广与应用,本文续增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究,力图建立其结构强度的劣化模型。研究工作如下：(1)依据原状黄土压缩曲线定义黄土结构强度、残余结构强度和结构强度损伤变量等概念,并分析损伤变量可表征黄土结构强度劣化过程;(2)基于Weibull分布和损伤力学应变等价性假设,建立了以体积膨胀率作为考察变量的黄土微观取样制样扰动、吸水增湿和增湿-冻融循环耦合统计损伤模型,统计损伤演化函数及黄土结构强度损伤基本方程。(3)在试验数据的基础上,确定了模型参数,并取西安北郊某基坑黄土对模型进行验证,与试验吻合性较好,研究成果能方便指导现场工程设计和施工。     

二灰黄土力学性能试验

为了给二灰黄土在道路工程中的广泛应用提供理论参考,进行了二灰黄土三轴剪切和直接剪切试验,分析了二灰黄土的力学性能。通过三轴剪切试验测得不同围压下二灰黄土的应力-应变曲线、峰值强度、残余强度、弹性模量和抗剪强度等力学指标;通过直接剪切试验测得不同含水质量分数、不同压实度下二灰黄土的凝聚力和内摩擦角。研究结果表明:二灰黄土峰值强度、残余强度和峰值应变与围压基本上呈直线关系,其破坏过程可以用损伤的概念来解释;凝聚力和内摩擦角与压实度呈线性增长关系;凝聚力与含水质量分数呈非线性关系;内摩擦角与含水质量分数呈线性降低关系。     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究

黄土结构强度是由内部颗粒的空间构型而产生的一种胶结性的联结强度。该强度极易受外界环境的扰动,如增湿、冻融等,引起体积和孔隙变化,削弱黄土的结构强度,进而又会影响路堤、边坡、护栏等黄土构筑物的稳定性。本文选取陕西临潼Q_3原状黄土为研究对象。首先,通过室内模拟增湿和冻融循环作用,分析不同含水率和冻融循环次数下黄土的体积和孔隙的变化规律。其次,通过侧限压缩试验数据绘制出含水率和冻融循环次的关系曲线,并得出黄土在增湿和冻融情况下的压缩变形特征。最后,依据该关系曲线定义黄土结构强度、剩余结构强度,和劣化因子等概念,采用数理统计方法拟合出三者之间的数值表达式,并应用本试验数据计算出所有工程作业对黄土的扰动劣化值,从而得出在增湿和冻融作用下的原状黄土结构强度的劣化规律。     

兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究

对兰州原状黄土不同剪切方位、不同含水量试样进行了一系列常规三轴不固结不排水剪切试验研究.根据三轴剪切试验结果,分析了含水量和剪切方位对兰州黄土剪切强度参数的影响,得出原状黄土的粘聚力和内摩擦角并不是一个常数,而是随着含水量和剪切方位的变化而变化的结论,解释了其影响原因,提出了粘聚力、内摩擦角与含水量的关系表达式.     

复合剪力墙结构设计计算模式的探究

在试验基础上，阐述了如何应用复合剪力墙的弯曲开裂强度，腹剪斜裂缝开裂强度，极限抗弯承载力、极限抗剪承载力以及极限抗滑移承载力的理论计算公式，进行复合剪力墙结构的设计计算，从而设计出合理的复合剪力墙结构。     

粉煤灰-石灰改良黄土与压实黄土强度特性对比分析

基于TSZ-3型应变控制式三轴剪切仪,在不同固结围压条件下对不同压实度粉煤灰-石灰改良黄土和压实黄土进行了常规三轴加载试验,研究了竖向加载条件下改良黄土和压实黄土的应力-应变演化关系、强度特性及其破坏方式的差异.研究结果表明:改良黄土的应力-应变曲线以软化型为主,屈服即意味着破坏;压实黄土全部为应变硬化型,可用双曲线描述,属于渐进屈服破坏.固结围压和压实度均会对压实和改良黄土的强度产生较大影响,两者之间的耦合关系共同决定黄土的强度.改良黄土的黏聚力值均远大于压实黄土,内摩擦角略微大于压实黄土;改良黄土在剪切前期强度增长较大,压实黄土的强度随着剪切变形的发展逐步发挥.三轴竖向加载条件下,改良黄土呈脆性滑移破坏形式,压实黄土呈剪缩侧胀破坏.     

结构性黄土扭剪特性及联合强度破坏应力修正算法

 中国西北地区存在大量的陡峭黄土边坡,降雨或扰动均会导致黄土的结构性大大降低,可能导致滑坡的产生。通过新型扭剪强度测试仪分析了结构性黄土在扭剪试验过程中的破坏特征,基于扭剪试验结果对可以综合考虑结构性黄土抗拉及抗剪特性的联合强度公式进行了验证,并基于联合强度研究了土体破坏应力的修正算法。结果表明,原状黄土、重塑黄土的破坏扭矩随含水率增大而逐渐减小,且原状黄土的破坏扭矩大于重塑黄土;扭剪强度试验中破坏应力圆与联合强度破坏线相切,验证了联合强度公式具有合理的试验基础;基于联合强度提出的土体破坏应力修正算法,可为黄土边坡灾害评价提供更加切合实际的强度理论。     

黄土的损伤及其演化规律研究

Q3黄土的应变软化特性可以用含损伤的本构方程来描述,结构性黄土的损伤变量及损伤演化规律的合理确定,对于正确判定黄土的结构损伤程度是十分重要的.试验研究表明,Q3黄土的损伤是受应力状态控制的,在简单加载条件下,导致损伤产生的应力门槛值随着含水量增加而线性减小,由刚度损伤和应力损伤假设所导出的损伤演化方程是一致的,它们都随着轴向应变的增加而增加.复杂应力条件下的黄土损伤演化方程的表现形式与简单加载条件下的完全相同,区别只是在于损伤参量的影响因素不同.按损伤理论计算的应力应变关系与试验值的对比说明,试验所推导的损伤变量表达式能较好的反映黄土应力损伤的特性.     

黄土工程力学性质的变化及控制因素

研究了黄土工程力学性质的变化及控制因素，由黄土与红色古土壤工程力学实验资料表明，黄土的承载力、压强度与抗剪强度小于红色古土壤，这是它们经受了不同成壤作用的结果，通过分析实验得出粘化作用强，土壤力学强度大，粘化作用弱，土壤力学经度小，黄土地层工程力学性质在垂向上具有明显波动变化规律，这种变化是黄土与红色古土壤发育时冷干与温湿气候的交替变化造成的。