温度对水工沥青混凝土强度及剪胀特性的影响试验研究

为了解温度变化对沥青混凝土强度及剪胀特性的影响,开展了-1、5、10、15℃下的沥青混凝土三轴剪切试验。试验结果表明：沥青混凝土的强度变形特性与温度有密切关系,负温时,表现出明显的应变软化和剪胀性,随着温度的升高,应力-应变曲线转变为应变硬化型,且剪胀性减弱;沥青混凝土抗剪强度随温度升高而减小,且黏聚力的降低幅度明显大于内摩擦角,当温度从-1℃升高到15℃时,内摩擦角减小了4.7°,而黏聚力由1.11 MPa减小到0.28 MPa;沥青混凝土剪胀角随轴向应变增大而增大,并趋于稳定,两者关系可采用双曲线函数进行拟合;双曲线模型参数与温度有较好的相关性,可进一步考虑剪胀角随温度的变化情况。研究成果可为沥青混凝土的热-力耦合本构模型建立提供参考。     

超贫胶结混凝土的力学特性试验研究

超贫胶结混凝土土石面板坝是水利工程中的一种新坝型。利用高压三轴仪对构成这种新坝型的超贫胶结混凝土的力学特性进行了试验研究，结果表明：超贫胶结材料的应力-应变曲线在轴向应变较小时，基本符合双曲线模型特征；在同一围压下，胶凝材料用量越大，峰值强度越大；在同一胶凝材料含量下，围压越大，峰值强度越大；超贫胶结混凝土具有较大的残余强度，胶凝材料含量越大或周围压力越大，残余强度越大；超贫胶结混凝土材料的抗剪强度随着水泥用量的增大而增大．     

浇筑式沥青混凝土应力应变关系试验研究

对以天然砂砾石作为骨料的浇筑式沥青混凝土在不同沥青用量和不同温度条件下进行三轴试验。结果表明:浇筑式沥青混凝土的应力应变曲线呈现出应力硬化形态,且随着沥青用量的增加、温度的升高,应力硬化现象更加明显,双曲线段范围增大;邓肯-张模型及修正邓肯-张模型的理论曲线与试验曲线均吻合较好,主要模型参数随沥青用量增加或温度升高均呈下降趋势。通过对比两种本构模型破坏偏应力随围压的变化情况发现,在较高围压情况下,随着围压的升高,修正邓肯-张模型的破坏偏应力趋于平缓,增幅小,而邓肯-张模型的破坏偏应力几乎呈线性增加,其值明显大于修正邓肯-张模型的破坏偏应力,因此修正模型更加符合浇筑式沥青混凝土的强度特性。     

砂砾石与沥青混凝土接触面力学特性试验研究

 针对砂砾石过渡料与沥青混凝土所形成的接触面进行了力学特性试验研究。试验结果表明：接触面的抗剪强度与法向应力基本成线性关系;接触面的切向应力应变关系未出现明显的应变软化;接触面剪应力与相对剪切位移呈现出较好的双曲线关系,随着接触面上法向应力的增大,达到峰值强度所需的剪切位移也增大,所形成双曲线的初始段的斜率也增大。将试验所得参数值代入Clough-Duncan非线性弹塑性模型进行拟合,结果表明平均级配和上包线级配砂砾石的剪切应力与剪切位移的试验曲线与拟合曲线的形式整体趋势基本吻合,说明砂砾石过渡料与沥青混凝土所形成的接触面可以用该非线性模型进行模拟。       

浇筑式沥青混凝土三轴压缩蠕变特性试验研究

浇筑式沥青混凝土是现代水利工程防渗心墙的主要材料。通过室内高压三轴蠕变压缩仪对3种不同沥青含量的浇筑式沥青混凝土试件在不同温度和偏应力状态条件下,进行了一系列的蠕变特性试验,研究沥青含量、温度对不同偏应力状态下浇筑式沥青混凝土蠕变特性的影响。结果表明:①同一沥青含量下,试件的蠕变随偏应力的增大而增大,且增长幅度受温度、沥青含量影响。②试件的蠕变与偏应力的关系,随温度的升高逐渐由线性向非线性转变;同一偏应力状态下,试件蠕变随沥青含量的增加呈非线性增大,且其增长速率随着沥青含量的增加而增大。③同一加载时间下,材料蠕变随温度的升高而增大,且蠕变速率随着沥青含量的增加而增大。④在三维空间,采用LogisticCum公式对试验数据进行三维曲面拟合,建立考虑温度、沥青含量及偏应力多因素影响的沥青混凝土蠕变模型,经验证模型曲面与试验曲面相拟度非常高。     

不同温度条件下水工沥青混凝土抗压特性及防渗性能试验研究

为研究水工沥青混凝土在不同温度条件下的力学特性和经荷载作用后的防渗性能,在-30℃～30℃条件下对其进行了抗压试验研究,并对荷载和温度作用后的试件进行了渗透试验分析。试验结果表明:温度对水工沥青混凝土的应力-应变全曲线、抗压强度、弹性模量、峰值应变以及破坏模式等力学特性有显著影响。对比水工沥青混凝土在-30℃～30℃条件下应力-应变全曲线特点,可推断-10℃～0℃为其应力-应变特性变化的过渡温度区间。水工沥青混凝土的抗压强度和弹性模量随温度的升高而降低,峰值应变随温度的升高而增大。基于试验结果,本文提出的经验公式较好地反映了抗压强度、弹性模量以及峰值应变随温度变化的规律。在-30℃～0℃条件下,水工沥青混凝土的破坏模式主要为骨料开裂和沥青胶浆与骨料的黏结破坏;在10℃～30℃条件下,破坏模式主要为黏结破坏。此外,水工沥青混凝土经荷载作用后的防渗性能与温度环境有关。在10℃～30℃温度环境中,水工沥青混凝土承受7%的轴向压应变后,其渗透系数仍在10-7～10-6cm/s量级,防渗性能良好。     

沥青含量对浇筑式沥青混凝土力学特性的影响

浇筑式沥青混凝土是现在水利工程中防水心墙的主要材料,沥青含量是影响其力学性质的重要因素。在室内通过温控高压三轴仪,分别对沥青含量为8.5%,10.5%,12.5%的沥青混凝土试件进行了常规三轴试验。试验结果表明：温度为5℃及10℃时,试件的最大偏应力及切线模量系数K随沥青含量的增加而减小;黏聚力c随沥青含量的增加呈现出非线性减小;内摩擦角φ则随沥青含量的增加呈现出先增加后减少的趋势;试件的蠕变随沥青含量的增加而增加,蠕变速率增加的比例大于沥青含量增加的比例。     

不同期龄塑性混凝土力学性能试验研究

对养护期龄为7,14,28,90 d的塑性混凝土进行三轴压缩试验,实测不同围压状态下试件的应力-应变曲线及强度参数,分析不同养护期龄及试验围压对强度、应力-应变关系的影响。试验结果表明:塑性混凝土在低围压时表现出软化性,破坏偏应力与破坏应变较小,随着围压提高塑性混凝土应力应变曲线软化趋势减弱,并且随着围压的提高其破坏偏应力显著提高。塑性混凝土在不同围压下均表现出先剪缩后剪涨的特点,且随着围压升高其剪缩的趋势增大剪涨的趋势减小。双曲线模型参数K值随养护期龄的发展而增大,双曲线模型参数n、F、破坏比Rf值随养护期龄的发展而减小。相同养护期龄内塑性混凝土破坏偏应力随围压的增大而增大,相同围压下其破坏偏应力随养护期龄的发展而增大。凝聚力随期龄发展而增大,内摩擦角受养护期龄变化影响较小。     

不同标号沥青对心墙沥青混凝土弯曲性能的影响

沥青作为沥青混凝土的重要组成部分,无论是沥青自身质量性质还是其在沥青混凝土中的含量,对心墙沥青混凝土的性能有很大影响。通过小梁弯曲试验,研究了克拉玛依50^#,70^#,90^#,110^#,160^#沥青对心墙沥青混凝土弯曲性能的影响。试验结果表明:沥青混凝土抗弯强度对应的应变随着沥青标号的增大而增大,沥青标号的提高有助于沥青混凝土变形能力的提高,但会使抗弯强度与模量降低;沥青标号对沥青混凝土强度的影响随着沥青标号的升高而减小,高标号沥青对于心墙沥青混凝土强度影响变幅不大,在强度满足要求的情况下,应优先考虑高标号沥青。研究结果可为沥青混凝土心墙沥青标号的选择提供参考。     

温度因素对心墙沥青混凝土三轴力学性能的影响

为研究高寒地区温度因素对沥青混凝土心墙力学性能的影响,在不同温度(5、10、15、20℃)、不同围压(0.3、0.5、0.7、0.9 MPa)下进行了圆柱体常规三轴压缩试验。结果表明,温度对沥青混凝土心墙的应力-应变全曲线、破坏偏应力、抗剪强度、弹性模量、吸能能力以及破坏形式有显著的影响。在试验温度范围内,沥青混凝土心墙的破坏偏应力、抗剪强度以及弹性模量随着温度升高逐渐减小。其中,在5～15℃下降较快,15～20℃下降较缓,沥青混凝土的力学性能趋于稳定;内摩擦角以及拉压强度比(α)变化不明显;模强比呈现先下降后上升的趋势。此外,随着温度的升高沥青混凝土呈现塑性破坏特性越明显。     

低温沥青混凝土邓肯-张模型参数整理方法

鉴于沥青混凝土复杂的力学特性,为准确得到低温环境下邓肯-张模型参数K、n和Rf,本文采用两点法、全部法和分段法进行数据处理,利用计算结果反算应力应变曲线与试验曲线,并对其进行拟合分析。研究结果表明:分段法计算得到的拟合曲线最优,置信度达到0.9以上;由计算结果可知,选取60%~95%应力水平试验点参与计算的方法适用于低温环境下沥青混凝土静三轴试验模型参数的计算。     

沥青混凝土模量数K值的影响因素试验研究

 沥青混凝土室内试验试件成型工序复杂，试验环境温度、试件成型工序、试件脱模方法等均对试验结果有较大影响，导致试验结果的差异较大。对沥青混凝土的模量数K值影响因素进行了探讨。试验结果表明：成型方法、试验温度、沥青含量等对模量数K值有较大影响；沥青混凝土芯样的K值与击实成型试件的K值较为接近，而与静压成型的K值相差较大；温度升高，沥青的粘度降低，流动性增大，矿料间的粘聚力降低，从而使沥青混凝土的K值降低。     

水工沥青混凝土三轴试验的三维细观模拟

基于颗粒离散元理论,利用沥青混凝土三轴试验进行三维数值模拟,对水工沥青混凝土的细观性能研究具有重要意义。通过数值模拟发现:根据沥青混凝土的材料组成及特性,选择合适的材料单元间的接触本构模型以及合理的细观力学参数,使用颗粒流PFC3D软件可近似模拟沥青混凝土的室内三轴试验,并可再现试件剪切破坏的发展过程;数值模拟试验所得到的应力-应变曲线及体积应变-轴向应变曲线与室内三轴试验结果基本一致。     

填料级配及浓度对心墙沥青混凝土的性能影响分析

水工沥青混凝土的力学性能是骨料与沥青胶浆共同作用的结果,填料的级配和浓度对沥青胶浆的性质有重要影响。本文采用激光粒度分析仪测定了填料级配,以5种填料级配和3种填料浓度配制沥青胶浆,对其进行针入度、软化点和拉伸强度试验,得出填料级配及浓度对沥青胶浆物理、力学性能的影响规律,随着填料细度及浓度的增加,沥青胶浆的粘性增大,物理力学性能增强。填料浓度对心墙沥青混凝土的性能影响较大,级配相同时,随着填料浓度的增加,马歇尔稳定度增大,流值减小。     

掺再生塑料颗粒自密实混凝土的动态力学性能研究

将塑料废物制成塑料颗粒掺入混凝土中,不仅能减少环境污染减低能耗,而且能提高混凝土的韧性。为探究含塑料颗粒自密实混凝土的动态力学性能,通过改进的霍普金森压杆试验研究了塑料颗粒掺量对自密实混凝土的破坏形态、应力应变曲线、峰值应变、动态抗压强度以及能量耗散密度的影响。结果表明:塑料颗粒自密实混凝土的破坏形态更加有韧性,应力应变曲线有更大的峰值应变和更长的峰后反应,动态抗压强度随塑料掺量的增加而显著减小,能量耗散密度随塑料颗粒掺量的增加呈降低趋势,但存在最优塑料掺量,使得塑料颗粒自密实混凝土相对普通混凝土有更高的冲击韧性。     

围压和密度对粗粒料临界状态力学特性的影响

粗粒料的力学特性不仅取决于有效围压,还与密实程度密切相关。通过4组不同初始干密度粗粒料的大型三轴固结排水剪切试验,研究了围压和密度对粗粒料临界状态力学特性的影响。试验结果表明:软化型应力应变曲线破坏状态偏应力大于相变状态偏应力,而相变状态偏应力与临界状态偏应力较为接近;不同围压、不同密度的试验,随着剪切的进行,偏应力与平均正应力的应力比逐渐趋向于临界应力比,软化型试验应力比曲线呈单驼峰型形态,硬化型试验应力比曲线呈爬升型形态;临界孔隙比随临界平均正应力的增大而减小,随初始孔隙比的增大基本呈线性增大。研究成果可为特征状态参数研究和临界状态本构模型的建立提供依据。     

土壤强固剂加固红土的剪切特性

土壤强固剂可以有效改善红土的剪应力-剪位移关系，提高红土的抗剪强度，但对红土剪应力-剪位移关系双曲线的形式影响很小，使红土加固前后的剪应力-剪位移关系及其归一化关系近似呈双曲线型，加固后各双曲线参数减小，而剪应力渐近值、极限剪位移模量和平均剪位移模量却有不同程度的提高，各参数都随垂直压力呈线性变化。     

某水库沥青混凝土心墙坝有限元计算分析

基于等效线性模型,采用有限元法对在建的某水库沥青混凝土心墙堆石坝进行了理论计算,重点研究了大坝在运行期各工况水位下的渗流,以及施工期、蓄水期大坝的应力变形分布,并将理论计算结果与施工期大坝安全监测资料进行了对比分析,对蓄水期大坝渗流、坝体及心墙应力变形进行了预测分析。分析表明:其施工期的理论计算结果与监测资料基本一致。大坝防渗效果较好,沥青混凝土心墙及防渗帷幕起到了主要的阻水作用。坝体应力变形分布规律较为合理,心墙与过渡料及填筑料间能协调变形,工作性态良好,符合土石坝应力变形规律,为下一步水库蓄水验收及蓄水运行提供了科学依据。     

骨料空间分布对混凝土压缩强度及软化曲线影响统计分析

混凝土材料的强度、宏观应力-应变曲线的软化段具有随机性和离散性,骨料分布形式是重要的影响因素。为探究混凝土强度和应力-应变曲线软化段的随机统计特性,从细观角度出发,假定混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土细观尺度力学模型与方法。以单轴压缩情况为例,对64组不同骨料分布形式下混凝土试件的单轴压缩力学行为进行了数值研究,并基于概率理论对获得的混凝土强度及软化曲线的离散性进行了统计分析。研究表明:不同骨料分布形式下混凝土压缩强度和软化曲线均服从双参数Weibull分布;软化段上应力值的离散程度相近;软化段上应力值的离散性比峰值点应力的离散性大。