不破碎颗粒材料三轴数值试验的模拟

水工材料的力学特性和细观机理难以用现有的连续体力学理论予以解释,颗粒滑移是影响水工材料强度和变形的一个重要因素。该文以钢珠构成的颗粒材料的室内三轴试验为基础,采用颗粒流方法对其细观力学特性及变形破坏过程开展一系列三轴数值试验研究,初步探讨不破碎散体材料一些细观变形机理。研究结果表明：围压越高,初始模量越大,初始泊松比越小;当摩擦系数大,颗粒刚度比小时,初始模量较大;加载过程中孔隙比随轴向应变的增大而增大,且孔隙比增大的速率随围压的增大而减小;低围压条件下,应力变形曲线呈小幅软化和硬化交替波动的形式。高围压条件下,应力变形曲线表现为以硬化为主要趋势的软化和硬化交替波动的形式;应力～应变曲线的波动主要是由于颗粒间局部咬合结构的破坏和重新调整所至。     

土石坝掺砾心墙料的压缩特性研究北大核心CSCD

土石坝施工完成后的坝体沉降变形是工程上重要的关注点。本文选用一种风积土料和一种花岗岩砾石料,对掺砾土料的压缩特性开展试验研究,探讨掺砾比例、应力等级以及压实度对掺砾土料压缩特性的影响规律。试验结果表明:心墙土料掺砾后压缩性有着明显的改善,土料压缩模量随竖向应力的增大而提高,但随着竖向应力的持续增大,压缩模量的增加速度逐渐减小;掺砾比例和压实度均对土料压缩模量有较为明显的影响,随着掺砾比例和压实度的增加,压缩模量基本呈现随之提高的变化规律,但也发现过高的掺砾比例将会因砾石受到竖向应力产生颗粒破碎而使压缩模量降低;掺砾土料的孔隙比随竖向应力的增大而减小,低应力条件下孔隙比减小的速率较快,高应力条件下孔隙比减小速率下降并趋于稳定;结合掺砾后压缩模量的变化规律,对坝体不同高度处心墙掺砾比例的优化调整进行了探讨。     

镇安抽水蓄能电站弃渣坝材料大型三轴试验研究

根据镇安抽水蓄能电站弃渣坝地质条件和现场实际工况,通过对不同干密度土料开展土工试验,分析了坝体材料各力学参数特性。试验结果表明：随着围压增大,该坝弃渣料的峰值应力相应增大;在低应力情况下,弃渣料的体积缩小,在围压较高时,体积变化增大;弃渣料先出现剪缩,随后变为剪胀,剪胀随着侧压力的增大出现缩小现象,应力-应变关系曲线呈软化型,最终转变为剪缩型;保持围压条件不变,材料的峰值应力在干密度逐渐增大的情况下出现略微增大,但最大体变随着干密度增大出现较明显的减小情况;保持相同围压状态,邓肯-张模型参数对干密度的敏感性大小依次为Kb、k、m、c、Δφ、Rf、φ0、n。相关研究可为以后抽水蓄能电站的弃渣坝设计和后期防护奠定理论基础。     

塑性混凝土弯拉性能

本文基于塑性混凝土弯拉试验,系统研究纤维类型和掺量、硅灰和粉煤灰掺量等对塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和韧性的影响。研究结果表明,掺入塑性混凝土中的纤维、粉煤灰和硅灰起到了增强和增韧作用,使塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和弯拉荷载-挠度曲线的下包面积均有不同程度的增加。随纤维掺量的增加,塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和弯拉荷载-挠度曲线的下包面积均呈现以纤维掺量为0.9 kg/m3时达到最大的先增加后减小的趋势,峰值割线模量有不同程度降低,纤维掺量0.9 kg/m3时峰值割线模量的降幅最大;随粉煤灰掺量在一定范围内的增大,塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和弯拉荷载-挠度曲线的下包面积均有不同程度提高,峰值割线模量有所降低;随硅灰掺量的增加,塑性混凝土弯拉强度显著增大,峰值挠度、弯拉荷载-挠度曲线的下包面积以及峰值割线模量均有不同程度的增加,但荷载-挠度曲线的捏缩现象明显。在此基础上,建立了塑性混凝土弯拉荷载-挠度曲线和韧性的计算公式。     

基于大型三轴试验的胶凝堆石料力学特性试验研究

胶凝堆石料作为一种新型筑坝材料,在坝工建设中具有广阔的应用前景,其材料性能介于堆石体材料和混凝土材料之间。通过开展胶凝堆石料的大型三轴试验,得到了不同龄期、不同围压下的应力-应变关系曲线,进而分析了龄期和围压对三轴受压破坏强度、体积变形以及龄期对抗剪强度的影响规律,并通过试验数据回归分析,得出胶凝堆石料破坏强度与围压和龄期、抗剪强度与龄期之间满足相关关系,为胶凝堆石料本构模型的建立和胶凝堆石坝的设计提供参考依据。     

钙质砂压缩过程中颗粒破碎的细观特征

本文采用自设计的透明模型箱，通过侧限压缩试验，结合近景摄影测量技术，探究了钙质砂的压缩与颗粒破碎特征。试验表明，钙质砂的压缩变形可以分为三个阶段：低应力下的初始压密阶段，变形以颗粒位置调整使得颗粒间孔隙被压缩为主；中等应力下的研磨和棱角破裂阶段，变形以颗粒研磨和棱角破裂的破碎模式为主，一定程度上破坏了钙质砂颗粒间的咬合力和摩擦强度，使得变形进一步发生；高应力下的整体破碎阶段，钙质砂颗粒以整体破碎的模式主导钙质砂试样的变形，钙质砂颗粒整体破裂成大量的小颗粒，钙质砂内孔隙被大量释放，钙质砂试样进一步被压密。不同粒径的钙质砂压缩破碎的模式不同，在试验应力条件下（σmax < 6 MPa），粒径大于5 mm的钙质砂试样压缩过程中会经历上述完整的三个阶段。     

基于多目标优化的黏土心墙坝变形协调分析

为了研究黏土心墙坝的变形协调性质,提出了大主应力、心墙应力水平、坝体最大沉降、心墙沉降变化率和振动密实时间这5个参数作为评价指标,并以某黏土心墙坝为例开展了三维有限元计算,结合所提出的评价指标和评价方法对坝体变形协调性质进行了具体分析,主要结论如下：（1）各评价指标与坝壳料相对密度Dr之间存在显著的函数关系,对各函数进行归一化处理可得到各指标的功效函数,设定各功效函数的权重,通过加权平均的方法得到评价最优坝壳料Dr的目标函数;（2）不考虑施工成本时,通过各单个指标所确定的最优坝壳料Dr差异较大,范围为0.49 ~ 1.0;基于多目标最优化目标函数确定的最优坝壳料Dr范围为0.78 ~ 0.81,较为合理且满足设计规范;（3）384 m高程考虑施工成本时,若采用等权重分配方案,最优坝壳料相对密度Dr为0.783,需振动历时90 s。所提出的多目标优化分析方法对坝体建造有指导意义。     

非饱和砾石土心墙料渗透变形的试验研究

开展了砾石土心墙料的渗透变形试验，对比了砾石土是否饱和、水力坡降提升模式等对抗渗能力的影响，重点研究了土样不预先饱和、直接施加高水力坡降时的渗透变形特性，同时对比了小于5 mm的细粒含量、是否布置反滤等的影响。饱和状态对砾石土高水力坡降作用下的抗渗能力影响较大，预先饱和的砾石土能够承担较大坡降而不发生管涌破坏，而不预先饱和的砾石土则可能发生管涌破坏。在承受单级快速施加的较大坡降时，不预先饱和的砾石土均发生渗透破坏。施加的坡降越大，则细颗粒开始被带出的时间和破坏时间越短。细粒含量降低会导致不预先饱和土样抗渗坡降的下降。当砾石土干密度、初始含水量相等时，破坏水力坡降随细粒含量下降而减小。有反滤保护后砾石土抗管涌破坏能力明显提升，但低细粒含量的土料仍可能发生管涌破坏。     

砂砾石垫层地基的强度与变形特征试验研究

砂砾石垫层换填地基可以提供较高的地基承载力,有效的控制建筑物变形。试验研究表明,砂砾石垫层的荷载与沉降关系呈线性变化,剪切破坏仅表现为沉降明显较前一阶段增大,与其他相对软弱的地基土整体快速剪切破坏有差别。砂砾石垫层的比例界限在1000 kPa～2000 kPa,要使垫层达到更大的变形破坏特征,还需要更大的荷载。砂砾石垫层的变形模量一般在49.2 MPa～154.8MPa,在浸水条件下主要表现为沉降量、变形增大,比例界限、极限承载力降低,变形模量减小的工程性能特征,变形模量折减系数可取0.7～0.8。     

循环荷载作用下粗粒料变形特性的试验研究

本文采用大型三轴试验机对粗粒料进行了不同应力条件下的动三轴循环加载试验,系统地研究了粗粒料在循环加载条件下的变形特性,并探讨了振次、围压、固结应力比和同步径向振动等因素对粗粒料变形特性的影响.试验结果表明,粗粒料的变形可分为往复变形和残余变形两部分,其中往复变形并不等同于传统意义上的弹性变形;固结应力比的增大使得粗粒料的往复轴应变和往复体应变减小,残余轴应变的增长速率随着固结应力比的增大而增大,而残余体应变的增长速率随着固结应力比的增大而减小;同步径向动应力比的增大,抑制了往复轴应变和残余轴应变的发展,而有利于往复体应变和残余体应变的发展.     

不同温度条件下水工沥青混凝土动态抗压特性研究

为研究水工沥青混凝土动态力学性能，对水工沥青混凝土在不同温度条件下进行了动态抗压试验。试验结果表明：水工沥青混凝土的破坏模式具有显著的应变率效应，应变速率为10-5/s和10-4/s时，破坏模式主要为黏结破坏；应变速率为10-3/s和10-2/s时，破坏模式主要为黏结破坏和骨料开裂。温度对试件应力应变特性有显著影响，当应变速率不小于10-4/s时，-5℃和0℃时试件呈现应变软化现象；5℃时应变软化逐渐向应变硬化转变。当温度恒定时，水工沥青混凝土的吸能能力、弹性模量、抗压强度随应变速率增加而增加。对弹性模量和抗压强度的动态增强因子进行分析，给出了水工沥青混凝土在不同温度条件下弹性模量动态增强因子随应变速率变化的经验公式，非线性单轴动态强度S准则较好地反映了水工沥青混凝土在地震响应速率下动态抗压强度的增长特性。     

输电杆塔玻璃钢纤维增强复合材料抗老化性试验研究

研究了输电杆塔用玻璃钢纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer, GFRP)在热氧老化环境下的抗老化性问题。对未经过任何老化处理的试件和热氧老化后的试件,分别测试其材料拉伸强度、弹性模量、泊松比等参数,并将这些参数进行了对比分析。试验结果表明,热氧老化环境对GFRP材料性能有明显影响,使其强度明显降低、弹性模量和泊松比有所提高,对未经过防护涂料处理试件的材料性能影响更明显。由老化经验公式可得,取强度保持率为50%作为寿终指标时,经过防护涂料处理的试件使用寿命可达35年。对长期暴露在不利环境下的GFRP输电杆塔进行设计时,应考虑外界环境的影响,并进行相应的防护处理。     

堆石料干湿循环变形特性试验研究

采用中型三轴试验仪,对堆石料进行了各向等压条件下与偏应力条件下的干湿循环试验,探究堆石料在浸水湿化和排水干燥循环过程中的变形特性以及应力状态对堆石料干湿循环变形的影响。试验结果表明:在各向等压条件下,较低围压时,干湿循环过程中的湿化体变量随围压的增加而增加,较高围压时,不呈现此规律;且湿化体应变主要发生在初次浸水饱和的过程中。偏应力条件下,湿化变形的方向与发生湿化时加载变形的方向一致,而排干过程中变形的方向朝体缩方向发生明显偏转,可能主要发生流变变形;初次浸水湿化变形的变形量非常显著,在试验条件下初次湿化轴变量与总湿化轴变量的比值为75%~95%;较低围压时,初次湿化轴变量随着围压与应力水平的增加而增大,而较高围压时随围压的变化不符合此规律。堆石料试样在干湿循环过程中发生的变形(体应变与轴向应变)随循环次数逐渐增加,并趋于稳定,可用双曲线模型来表示试样干湿循环变形随循环次数的变化。     

水工沥青混凝土直接拉伸力学性能试验研究北大核心CSCD

水工沥青混凝土的拉伸力学性能对深入研究高土石坝防渗体结构拉裂破坏等问题至关重要。针对现有水工沥青混凝土直接拉伸试验存在的问题,本文研发了可温控的直接拉伸试验装置,在-30~15℃环境中开展了直接拉伸力学性能试验研究;基于Mohr-Coulomb准则,分析了黏聚力和内摩擦角随温度变化的规律。试验结果表明:当温度小于0℃时,拉应力与应变大致呈线性关系,试件达到峰值应力随即断裂;当温度大于0℃时,试件达到峰值应力后经历了一定程度的塑性变形而后断裂,并随着温度的升高,塑性变形的范围越大。当温度由-30℃升高至15℃时,拉伸强度和黏聚力随温度的升高先增大后减小,温度为-20℃时,拉伸强度和黏聚力最大;拉伸模量随温度的升高而降低;峰值应变随温度的升高而增大;内摩擦角随温度的升高先减小后增大,温度为0℃时,内摩擦角最小;在拉伸荷载作用下,试件断裂面中骨料断裂的比例随温度的升高而减小。此外,本文提出的经验公式较好反映了拉伸强度、拉伸模量、峰值应变、黏聚力及内摩擦角随温度变化的规律,与试验结果吻合较好。     

单掺黏土的塑性混凝土配合比试验研究

针对设计方提供的塑性混凝土的性能要求,采用工程类比法,设计了22组配合比进行塑性混凝土力学性能试验,以立方体抗压强度、弹性模量、三轴抗压强度和渗透系数为评价指标,着重研究了单掺黏土条件下塑性混凝土配合比的设计及原材料、龄期对塑性混凝土性能的影响,结果表明单掺黏土的配合比方案能够满足工程要求。当黏土含量在一定范围内（小于80 kg/m3）时,塑性混凝土强度随着黏土含量增加而减小,弹性模量随着黏土含量增加而增大。当黏土含量高于80 kg/m3后,黏土含量继续增加,塑性混凝土强度变化不明显,弹性模量在一定范围内波动;塑性混凝土强度和弹性模量与水泥含量呈明显正相关关系,与膨润土含量呈负相关关系;在三轴围压条件下,两组优选配合比90 d龄期相对28 d龄期抗压强度平均增长19%;90 d龄期渗透系数相对28 d龄期渗透系数有所减小。     

膨润土与水泥掺比对塑性混凝土强度特性的影响

采用圆柱体常规三轴压缩试验,研究了低围压状态下膨润土与水泥掺比对塑性混凝土强度特性的影响规律。通过塑性混凝土低围压状态下的峰值强度及Mohr-Coulomb强度理论,推求出材料的单轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角及拉压强度比四种典型强度参数的量值。研究结果表明塑性混凝土的黏聚力和单轴抗压强度随膨润土与水泥掺比的增加降幅显著;峰值应变值随着膨润土与水泥掺比的增加而增加;而内摩擦角和拉压强度比变化不明显,即膨润土掺量对塑性混凝土强度的静水应力敏感性及拉压强度的差异性影响不大。     

High-field single electron emission rates and their influence onthe Paschen characteristics in compressed gases

By means of a newly developed statistical avalanche counting technique which enables high-field, single electron emission rates (SEERS) to be measured from unsparked freshly prepared surfaces having various thicknesses of oxide film, it is established for the first time that SEERS increases, for a given electric field, with an increase in the bulk modulus (hardness) of the material cathodes; also remarkably the thicker the oxide layer, the higher the SEERS. These trends are reflected in the Paschen sparking characteristics which show that the gaseous electric strength decreases with increase in the bulk modulus and increase of oxide layer thickness of the cathode material; and thus the increase in SEERS. This former trend is opposite to that established more than forty years ago. Other hitherto unobserved phenomena like a gas pressure effect, switching from a low to a high electron emission mode and vice versa, the influence of deliberate sparking and the total absence of spark conditioning are reported. Analysis of SEERS by the more successful Richardson-Schottky rather than the Fowler-Nordheim equation shows that the low electric field intensification factors derived increase with the bulk modulus of the cathode material and ultimately are determined by the polishing procedure     

土石坝掺砾心墙料的击实特性研究北大核心CSCD

心墙土料的击实特性能够反映实际工程建设时的压实效果。本文选择一种风积土料和花岗岩砾石料,开展不同含水率、不同掺砾比例及不同击实功等条件下的击实特性试验研究,探索掺砾土料击实干密度与含水率、掺砾比例及击实功之间的关系。试验结果表明:随着含水率的增加,掺砾土料的击实曲线呈先增后减的抛物线型关系;随掺砾含量增大,重型击实功条件下掺砾土料的击实干密度呈现先增后减的变化规律;随掺砾含量增大,轻型击实功条件下掺砾土料的击实干密度近似成比例线性增加;对相同掺砾比例的掺砾土料,随击实功能的增大,其击实干密度逐渐增大,并最终趋于收敛。