粉细砂改良土冲击荷载作用试验研究

粉细砂是我国内陆及西北地区广泛分布的一种砂土,其表层土承载力相对较低.为满足蒙华铁路北段沿线铁路路基基床强度的要求,蒙华铁路乌审旗铁路试验段尝试将粉细砂掺入适量的水泥进行改良.为进一步研究改良土在列车冲击荷载作用下的动力学特性,论文通过对不同掺入率的水泥改良土进行动三轴试验,重点研究了粉细砂水泥改良土累计塑性应变、临界动应力和回弹模量的变化规律.结果表明:当动应力高于临界动应力时,塑性应变迅速增长试样发生破坏,当动应力低于临界动应力时,塑性应变逐渐增长并趋于稳定;粉细砂经改良后,3%水泥改良土临界动应力相比原状土提高约9.5%,回弹模量相比原状土提高约66.7%;5%水泥改良土临界动应力相比3%水泥改良土提高约9.4%,回弹模量相比3%水泥改良土高约86.2%.     

循环荷载作用下非饱和盐化粉土动力特性

西北地区机场若采用盐化粉土进行道基填筑,在飞机滑行荷载重复作用下,道基累积变形将成为影响机场服役性能的关键。为此,选取北方某地区粉土开展动三轴试验,研究循环荷载下不同含盐量(质量分数)对粉土动力特性的影响,并提出以累积塑性应变4%作为道基破坏标准的盐化粉土动强度预测模型。结果表明：随动应力幅值的增加,盐化粉土塑性变形逐渐由塑性安定状态向增量破坏转变;含盐量对粉土累积轴向应变、动模量、临界动应力有明显影响;相同动应力幅值下,当含盐量由0增加至5%时,试样累积轴向应变以1%含盐量为界限呈先减小后增加的趋势;低动应力幅值下,试样动模量随含盐量增加而逐渐衰减;从微观上对盐化粉土在1%低含盐量时强度短暂增强、高含盐量时强度逐渐衰减的现象进行分析,盐化粉土试样强度与土体孔隙中离子浓度以及土体颗粒排列方式有关;根据盐化粉土动强度预测模型,可得1%含盐量的土体塑性安定临界值约为5%含盐量土体的2.2倍。研究结果可为盐化粉土地区机场道基承荷能力设计提供参考。     

寒区路基新型含赤泥固化剂改良土强度特性的研究

为探究寒区路基新型含赤泥固化剂改良土强度特性,使用新型含赤泥固化剂(土凝岩)固化路基粉质黏土,完成了不同配合比的改良路基土的冻融强度损伤试验。将土凝岩改良路基土与水泥改良路基土进行对比发现土凝岩有很多与水泥相似的性质:10%土凝岩掺量的改良土7d无侧限抗压强度要高出水泥改良土将近0.4MPa;6%固化剂掺量的土凝岩改良土强度高于水泥改良0.13MPa,相同固化剂掺量下土凝岩改良土7d无侧限抗压强度明显优于水泥改良土。在经历3次冻融循环前,土凝岩的抗冻性优于水泥改良土,经历长期冻融循环时则不及水泥改良土。强度损失方面,根据土凝岩改良土的强度损失速率的不同,将土凝岩改良土分为强度快速损失阶段和缓慢损失阶段。改良试样无侧限抗压强度与冻融循环次数之间有着很好的关联度,以此建立了一种新型固化剂改良土强度的预测方法,为土凝岩改良土在季节冻土区的应用提供理论依据。     

循环荷载下冻融路基黏土长期塑性行为

采用室内试验的方法,考察了冻融循环次数和应力水平对路基土静剪切强度和塑性变形的影响规律。结果表明：围压降低和冻融循环的累积导致路基土静剪切强度发生衰减,且当动应力水平升高时,路基土的永久变形逐渐由塑性安定向塑性蠕变或增量失稳状态发展。综合分析测试结果,明确了避免冻融路基土永久变形出现失稳状态的临界应力水平和各类型判别准则,提出了考虑围压和冻融循环次数的临界动应力描述公式,并以动应力产生的剪应力与抗剪强度的比值表征剪切作用,建立并验证了适用于冻融路基黏土永久变形的力学-经验模型。本文研究成果可为季冻区路基的稳定及耐久运营予以理论支持。     

固化剂加固冻结盐渍土工程特性试验研究

通过对冻结盐渍土进行三轴试验,研究固化剂加固前后冻结盐渍土强度特性与强度相对提高率变化规律。研究表明,冻结盐渍土的偏应力-应变关系曲线为应变硬化型。为了有效改善盐渍土性能采用固化剂进行改良,有效增强土体强度与稳定性,固化剂是良好的改良材料。冻结固化盐渍土的偏应力-应变关系曲线表现为应变软化型,随着固化剂掺量增加早期强度、弹性模量和破坏强度呈先增后减变化趋势,残余强度增加,残余强度比呈先减后增变化趋势。固化剂对冻结盐渍土强度相对提高率从两方面进行分析:强度提高系数(破坏时对比)和规格化应力(整个受力变形过程对比);固化剂加固后冻结盐渍土强度相对提高率均大于1,说明固化剂对冻结盐渍土有良好的加固作用;随着固化剂掺量的增加,固化冻结盐渍土的强度相对提高率呈先增后减变化趋势。因此,固化剂掺量为6%时土体强度最佳,抵抗变形的能力最强,即最为合理的加固方案。     

聚丙烯纤维改良粉煤灰土的动力特性

在大量动三轴试验的基础上,研究了用聚丙烯纤维改良粉煤灰土的动力特性。试验结果表明:在相同围压下,改良土的动强度大于粉煤灰土的动强度,且两者的动强度都随着荷载循环次数的增加而下降,随着围压的增加而变大。当围压增大时,改良土的动强度提高幅度要大于粉煤灰土。在高围压下,纤维对试件的动强度影响较大。改良土受动应变的影响比粉煤灰土小,比较稳定。动模量Ed随动应变εd增大而递减。动应变相同时,改良土的动模量要大于粉煤灰土20%左右,改良土的阻尼比略大于粉煤灰土。     

膨胀土动力性质的研究

本文通过对静、动三轴试验的研究，探讨了重塑土在长期重复荷载下的动的应力─应交关系、动强度特性以及影响它们的主要因素，得到了累积塑性应变和循环次数的函数表达式以及临界动应力与围压、含水量等的关系，并同英国ＨｅａｔｈＤＬ的结果进行了对比．所得结果可供工程应用参考．     

新疆荒漠区风积沙动应力-动应变关系试验研究

采用新疆荒漠区风积沙,进行90组试样的动三轴试验,研究其动应力-动应变关系,基于试验结果分析含水率、围压、压实度、荷载作用频率和初始静偏应力对动应力-动应变关系的影响规律,应用Kondner R L双曲线模型对动应力-动应变关系进行拟合,得出不同工况时的模型参数。研究成果可为新疆荒漠区风积沙路基的设计和施工提供一定的参考。     

冻融循环层理砂岩破坏模式试验研究

在西部高寒地区,冻融循环作用对岩石路基稳定性具有不可忽视的影响,易引发一系列的工程地质问题.为研究冻融循环环境下各向异性层理砂岩的损伤特性,选取路基中典型垂直、平行层理砂岩试样开展冻融循环试验研究,基于电液伺服压力试验机进行单轴压缩试验,以应力-应变曲线、力学参数和压缩破坏形态为依据,探究了冻融循环损伤后层理砂岩强度、变形特征的演化规律及破坏模式.研究结果表明:随着冻融次数的增加,垂直、平行层理试样呈现出向右拉伸,向下压缩的应力-应变曲线;垂直层理砂岩试样峰值点下降路径平缓,而平行层理砂岩试样则沿阶梯状路径下降;冻融损伤累积减弱了破坏模式的各向异性特征,随冻融次数的增加,垂直层理砂岩试样裂缝与加载方向趋于平行,平行层理砂岩试样则始终表现为沿层理的劈裂破坏.     

不同结构面倾角节理岩体三轴试验力学特性

为了掌握贯穿型节理岩体的变形和破坏规律,对人工制备的不同倾角模拟节理岩体圆柱试样进行了系列静力三轴试验,得到了相关的应力应变曲线结果和破坏特征,进而分析了结构面倾角对节理岩体试样力学特性的重要影响.结果表明:1)随着结构面倾角的变化,节理岩体试样的应力应变曲线将不全为典型的四阶段曲线,在结构面倾角较大时结构面的变形特征十分显著,峰前曲线发生了明显转折,结构面变形占据了主导作用.2)峰值强度、残余强度和峰前线性阶段变形模量随结构面倾角增大而单调降低,而试样的脆性和剪胀性强弱、压密阶段的变形模量以及体胀、体缩量最大值等与结构面倾角的变化关系则均为非单调的.3)结构面的倾角大小影响了其与基质的相互作用规律,使得结构面或基质或者两者一起控制了节理岩体试样的变形、强度和破坏,从而形成了节理岩体试样显著不同的变形、强度和破坏特征,其变形和强度各向异性与破坏模式随结构面倾角变化而不同.     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

冻融循环作用下砂质黄土强度劣化特性及影响因素研究

为揭示砂质黄土在冻融循环作用下的强度特性，以榆林子洲某地砂黄土为研究对象，对其进行不同初始条件的冻融循环试验，并测定土体冻融后的三轴剪切强度。结果表明：砂黄土冻融后表面出现明显的结构破坏现象；土体粘聚力随着冻融循环次数增加先减小然后有所回升，土体冻融后的粘聚力随初始含水率的增加而减小，冻结温度对不同含水率土体粘聚力的影响不同；土体内摩擦角在冻融循环作用下有所减小，总体下降量不大；土体强度下降主要受粘聚力劣化影响；高含水率极端低温冻结及低含水率较高温冻结均加速了冻融循环作用对土体强度的破坏。     

水泥改良西藏林芝地区粉土路用性能试验研究

为解决西藏林芝地区路基填料问题,对林芝地区粉土进行水泥改良处理并进行击实试验、CBR试验、无侧限抗压强度试验和冻胀融沉试验,研究不同水泥掺量对改良土的最大干密度、最优含水率、CBR值以及冻融循环下改良土的物理力学性质的影响。试验结果表明:不同掺量的水泥改良粉土的最优含水率几乎不变,最大干密度随掺量增加缓慢增大;在冻融循环作用下水泥改良粉土仍为脆性破坏模式,水泥改良粉土的第5次冻融后和第10次冻融后的单轴应力应变曲线几乎趋于重合,在实际工程中可以以冻融循环5次后的强度作为水泥改良土的设计参考强度;在考虑冻融循环作用下,西藏林芝深厚粉土区域二级公路上路床粉土填料的最优水泥掺量为4%以上。     

季冻区土坡冻融界面土体的抗剪强度参数衰减

季节冰冻区土质边坡在春融期经常发生浅层滑坡,现象表明:一般情况春融期滑坡面位于冻融土体交界面处,冻融界面处的土体抗剪强度直接影响该地区土坡稳定性.设计不同配比材料形成冻融界面的抗剪强度模型试验,得到对应不同土体含水量以及冻融循环次数条件下的剪应力,计算出不同含水量和不同冻融次数条件下对应的c,φ值,依据试验结果提出冻融界面土体抗剪强度参数值随着含水量和冻融次数变化时的损伤模型.研究结果表明,抗剪强度参数随该两影响因素的增加而发生损伤.     

水泥固化土强度特性试验研究

为研究水泥固化土强度特性,对水泥固化土进行室内不固结不排水三轴试验。结果表明,达到一定应变条件下,随着围压的增加水泥固化土应力不断增加。说明随着围压的增加,水泥固化土的强度不断增强,水泥对土体具有很好的加固作用。从不同水泥固化剂掺量应力应变关系曲线可知,水泥固化剂掺量对应力应变关系的影响从大到小顺序为5%、8%、12%、2%。随着水泥固化剂掺量的增加,破坏应力与应变成"波浪型",在水泥掺量5%处出现一峰值点。水泥固化剂掺量对固化土抗剪强度的影响,随着水泥掺量的增加黏聚力增加,但在水泥掺量5%～8%出现平稳过渡段,然后继续增加,而内摩擦角却几乎保持不变,说明水泥可以很好地改善土体强度,水泥固化土抗剪强度的重要指标是黏聚力。因此,采用水泥来加固土体,可以大大改善土体的力学性能,选取水泥掺量5%作为最佳配比,最经济合理。     

冻融荷载下节理岩体的复合损伤模型

针对工程实际中的冻融受荷岩体,以岩石初始损伤状态为参考状态,将冻融与荷载作用引起的损伤视为细观损伤,节理引起的损伤视为宏观损伤,根据Lemaitre应变等效性假设,推导建立考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型.应用该模型分析贯通率和冻融次数分别对岩体力学性质劣化的影响,结果表明:在贯通率一定时,损伤演化曲线随冻融次数的增加而增加,试验与理论峰值强度(或弹性模量)曲线随冻融循环次数增加而降低;在冻融次数一定时,损伤演化曲线与贯通率呈正相关关系,试验与理论峰值强度(或弹性模量)与贯通率呈负相关关系.说明贯通率与冻融次数对岩体的劣化产生一定影响,且饱和试验组受冻融效应较天然试验组力学性能劣化严重.将所建模型计算结果与试验值进行比较,理论曲线与试验曲线吻合良好,验证了所建模型的合理性与有效性.     

高压冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系

为揭示深厚表土冻融土-混凝土结构接触面剪切力学特性,利用改进的DRS-1高压直残剪试验系统,开展系列高法向应力、升温条件下冻(融)土-结构接触面直剪试验,总结高应力作用下不同融化程度冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系曲线的基本特征.通过试验分别建立峰值前和考虑应变软化特征的高应力、升温条件下冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变经验方程,探讨接触面剪切应力极值和初始剪切模量随法向应力水平、融化程度等的变化规律.结果表明:随融化程度的加深,冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系曲线形态由具有应变软化特征逐渐转变为具有应变硬化特征;当接触面剪切应变较小时(峰值前),标准的双曲线模型对高应力、升温条件下冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系仍具有良好的适用性;而具有应变软化特征的全过程剪切应力-应变关系可采用改进的双曲线模型描述.     

冻融损伤混凝土重复受压本构关系

为研究冻融损伤对混凝土重复受压力学性能的影响,完成了两种强度等级混凝土试块的快速冻融及重复受压试验.结果表明,冻融损伤混凝土重复受压力学性能显著降低,动力本构特征曲线也发生改变,包络线及再加载曲线在峰值应力之前因存在明显压实效应而表现出下凹形态,卸载曲线应变滞后现象严重且曲线逐渐趋于重合.在试验研究基础上,探讨了冻融循环次数、混凝土强度等级与冻融后混凝土力学性能参数及本构模型参数之间的关系,建立了冻融损伤混凝土动力本构模型.     

混凝土动态受压力学特性的试验研究与数值分析

采用MTS液压伺服系统对C30、C40两种混凝土进行了不同应变速率下的单轴抗压试验,系统研究了应变速率对混凝土抗压强度、弹性模量及应力应变曲线的影响,给出了描述混凝土在应变速率影响下的抗压强度变化的表达式;并应用有限元法,对简支梁进行了结构动力响应分析,结果表明:两种强度混凝土的抗压强度、弹性模量随着应变速率的增加呈明显增加的趋势,混凝土在动态荷载作用下的应力应变曲线与静态荷载下的应力应变曲线具有很好的相似性;同时,动态荷载作用下,梁中应力发生重分布,应变速率对混凝土结构的动力响应具有显著的影响,需要在混凝土结构设计中充分重视荷载动力效应的分析.     

循环荷载下软黏土回弹和累积变形特性

针对交通荷载循环应力水平低、循环次数大的特点,利用英国GDS公司生产的振动三轴仪在不同固结围压、不同循环应力比下对温州原状饱和软黏土进行了大周数（50 000次）不排水循环加载试验,研究了循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线、回弹模量和累积应变的影响.研究表明：循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线的形状及其发展规律影响明显.相应地,随着循环应力比的增大,回弹模量的衰减程度加大,达到稳定所需的循环次数增多.通过对50 000次循环后的回弹模量和累积应变进行分析,发现循环应力比在0.60-0.70是一个临界应力水平,当循环应力比大于该水平时,回弹模量不随循环应力比的变化而改变,达到“渐近线刚度”;而累积应变则开始迅速增长,变得不稳定.