Structural characteristics of cement-stabilized soil bases with 3D finite element method

Cement-stabilized soil bases have been widely used in expressways due to its high strength, appropriate stiffness, good water resistance, and frost resistance. So far, the structural characteristics and mechanical behaviors of cement-stabilized soil bases were not investigated so much. In this paper, the 3D elastic-plastic finite element method (FEM) was used to analyze the mechanical behaviors and structural characteristics of cement-stabilized soil bases from construction to operation. The pavement filling and the traffic loading processes were simulated, and a contact model was used to simulate the contact behavior between each layer of the pavement. Considering the construction process, the structural characteristics and mechanical behaviors of cement-stabilized soil bases were studied under asphalt-concrete pavement conditions. Furthermore, the general rules of deformations and stresses in cement-stabilized soil bases under different conditions were discussed, and some suggestions were put forward for the design and construction of cement-stabilized soil bases.     

水泥土性能及其影响因素的分析

针对水泥土在土体加固中的广泛应用,在综合各种文献的基础上,介绍了水泥土的含水量、相对密度和重度等物理性质,对水泥土的力学性质及其影响因素进行了总结分析,为以后的岩土工程设计及施工提供依据。     

水泥土力学性质影响因素的理论与实证分析

根据多年水泥土室内试验统计结果,结合有关资料对影响水泥土力学性质的因素分别进行了分析总结,对岩土工程设计及施工提供相关依据。     

Effect of anisotropic characteristics on the mechanical behavior of asphalt concrete overlay

Asphalt concrete (AC) overlays placed over old asphalt pavement have become an alternative to repairing and reinforcing pavements. The strength contributed by the AC overlay is strongly influenced by the anisotropic properties of the pavement material. This study was conducted to analyze the influence of anisotropy, modulus gradient properties, and the condition of the AC overlay and old pavement contact plane on the mechanical behaviors of AC overlays, as well as to quantify the influence of the degree of anisotropy on the mechanical behaviors of AC overlay by a sensitivity analysis (SA). The mechanical behaviors of the AC overlay were numerically obtained using the three-dimensional finite element method with the aid of ABAQUS, a commercial program. Variations in the AC overlay’s modulus as a function of temperature as well as the contact state between the AC overlay and AC layer were considered. The SA is based on standardized regression coefficients method. Comparing the mechanical behavior in terms of surface deflection, stress, and strain of the anisotropy model against those corresponding to the isotropic model under static loads show that the anisotropic properties had greater effects on the mechanical behavior of the AC overlay. In addition, the maximum shear stress in the AC overlay was the most significant output parameter affected by the degree of anisotropy. Therefore, future research concerning the reinforcement and repair of pavements should consider the anisotropic properties of the pavement materials.     

水泥稳定土施工技术

简述了水泥稳定土的基本性质,根据河南泌阳—桐柏高速公路工程施工经验,较为详细地介绍了水泥稳定土施工技术,从而确保水泥稳定土的施工质量。     

商开高速公路水泥稳定土的配制及施工

根据土质特点 ,通过大量试验分析比较 ,确定了一种优良的水泥稳定土配合比设计。并针对商开高速公路水泥稳定土施工中出现的问题 ,提出了相应的水泥稳定土施工方法 ,以使其各项性能指标满足设计要求     

掺废旧沥青混合料的水泥稳定基层力学特性研究

对废旧沥青混合料进行有效利用是路桥工程中环境保护的重要一环,常将废旧沥青混合料进行处理后制备水泥稳定基层材料.研究发现,试样无侧限抗压强度随着水泥掺量的增加呈现先提高后稳定的趋势,而随着废旧沥青混合料的掺加呈现先提高后降低的趋势.水泥和废旧沥青混合料的最佳掺量分别为6％和15％.养护温度的升高对水泥水化反应和沥青成分的...     

考虑层间状态的沥青路面温度与荷载耦合行为分析

沥青路面是典型的层状体系,层间黏结状态的好差直接影响到路面的使用性能.采用三维非线性有限元软件ABAQUS,同时考虑沥青混合料的劲度模量随温度变化的特性,数值模拟计算了沥青路面在不同温度场状况下分别与水平及竖向荷载耦合作用的关键力学响应,分析各响应指标随层间接触状态变化的特性.研究结果表明由于接触模型作用机理的不同,其关键力学指标响应要比连续模型下的大;除路表竖向变形大小几乎与层间接触状态无关外,其他指标在低温状况下,层间接触条件变化对其影响较小,而在高温状况下,特别当层间接触摩擦系数μ＜0.6时影响很大,尤其对基层、底基层的最大拉应力及面层的最大剪应力影响显著.研究成果为科学解释沥青路面在不同环境温度与车辆荷载综合作用下的破损特征与行为机理提供了有力依据,为改善层问黏结条件有利于提高路面整体性能提供了理论支撑.     

红黏土在原状及重塑状态下的力学性质试验研究

土的结构性是土中颗粒或颗粒集合体及孔隙之间的大小、形状、排列组合及联结等综合特征。不同围压下固结不排水三轴压缩试验表明,贵阳原状和重塑红黏土应力应变曲线、有效应力路径、抗剪强度指标、破坏形态等宏观力学行为明显不同。考虑红黏土结构性,通过SEM电镜扫描测试,指出红黏土矿物颗粒单元间接触和联结状态,对比分析原状和重塑土样在颗粒形态、孔隙结构与分布等微观差异,研究结构性红黏土宏观强度与变形特性的细微观机理。研究成果对于正确认识红黏土的结构性具有重要作用,可为结构性红黏土工程设计与施工提供理论依据和技术指导。     

Anisotropy of multi-layered structure with sliding and bonded interlayer conditions

A better understanding of the mechanical behavior of the multi-layered structure under external loading is the most important item for the structural design and the risk assessment. The objective of this study are to propose and develop an analytical solution for the mechanical behaviors of multi-layered structure generated by axisymmetric loading, and to investigate the impact of anisotropic layers and interlayer conditions on the multi-layered structure. To reach these objectives, first, according to the governing equations, the analytical solution for a single layer was formulated by adopting the spatial Hankel transform. Then the global matrix technique is applied to achieve the analytical solution of multi-layered structure in Hankel domain. The sliding and bonded interlayer conditions were considered in this process. Finally, the numerical inversion of integral transform was used to solve the components of displacement and stress in real domain. Gauss-Legendre quadrature is a key scheme in the numerical inversion process. Moreover, following by the verification of the proposed analytical solution, one typical three-layered flexible pavement was applied as the computing carrier of numerical analysis for the multi-layered structure. The results have shown that the anisotropic layers and the interlayer conditions significantly affect the mechanical behaviors of the proposed structure.     

基于垂直城市设计理念的平台型超高层结构体系研究

基于垂直城市设计理念,提出了一种新型超高层结构体系,即平台型超高层结构体系。该体系沿高度方向采用巨型结构搭建若干层结构平台,在各结构平台上建造各种不同使用功能及结构体系的建筑,而巨型结构平台由竖向筒体+桁架平台+斜撑组成。该体系的布置及受力特点基本符合极限高层建筑体系的概念,具有抗侧移效率高、适应各种城市功能建筑、实现垂直城市的建造的特点。对某400m高、575m高两栋在建超高层项目,分别采用2种平台型结构体系和巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,进行了各体系的抗侧移效率及其他力学指标、建造成本等多方面、多角度的对比。结果表明,钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系是最优选择。     

沥青混凝土裂缝的防治

结合高速公路的发展,分析了水泥稳定碎石基层材料的特点,从设计、原材料、施工等方面提出了防治沥青混凝土裂缝的措施,以改善沥青路面的使用性能、延长公路的使用寿命,从而提高道路的经济效益.     

土工格室碎石基层+刚性路面承载特性模型试验研究

为深入了解土工格室碎石基层上刚性路面的受力变形性能和破坏机理,在以往工作的基础上开展了进一步的模型试验,分别研究了该结构在静荷载作用下的荷载位移曲线和动荷载下的破坏模式,并且模拟了基层下土体被掏空时的工作情况,获得了大量的试验数据,试验结果表明该处治方法可大大提高路面整体的受力性能,加强路面板的协同工作能力,有效扩散上部荷载,从而可有效增大刚性路面板的破坏荷载,并且可以保证在 严重 板底脱空 情况 下的工作性能,将有效减少错台、唧泥等现象的发生。 土工格室的加入使得碎石基层具有了半刚性基层的作用与功能 ,为长寿命水泥路面结构优化研究提供了一条新的思路。     

不平衡堆载作用下邻近结构桩的侧向受力机制

为了分析结构桩在邻近堆载作用下的受力特性,以条状梯形分布堆载为代表,基于布西奈斯克弹性理论解得出堆载作用下地基附加侧压力表达式,并据此通过对局部塑性变形理论模型的改进,推导得出桩前土体侧移作用下桩身实际附加荷载,同时考虑土体可能发生绕桩流动的极限状态,结合绕桩极限模型给出桩身被动荷载的合理确定方法;在此基础上,考虑地基土体塑性屈服和桩顶结构荷载的影响,基于三参数Winkler弹性地基梁模型,建立桩身自由段、被动受荷段和主动作用段的微分方程,并通过桩身离散与矩阵传递法给出结构桩被动受力特性的半解析解。实测结果、文献理论解与该解答的对比分析,验证了本文计算方法的可靠性。     

冲击压实旧混凝土路面路基的力学行为研究

结合新型冲击压实技术在旧水泥混凝土路面修复工程中的应用,采用三维有限元方法研究了冲击压实过程中旧路面结构及土基的受力、变形特征。分析了冲击压实荷载位于路面板不同位置时对板体破裂及土基受压效果的影响,探讨了冲击压实荷载在板下路基中的传递规律及作用深度等问题。研究结果对于冲击压实旧水泥混凝土路面机理分析及现场施工具有一定的参考价值。     

降雨条件下两种机耕路面损坏情况比较

对泥结石和石屑两种常用的机耕路面进行了试验研究，比较了两种路面在降雨条件下的损坏情况，通过试验发现，石屑路面受雨水冲击后的泥土流失量远大于泥结石路面，泥结石路面抵抗雨水破坏的性能较强。     

水泥土室内试验研究

对水泥土进行了全面的室内试验研究,得出水泥土强度与龄期的关系、水泥土强度与水泥掺入比的关系,分析总结出水泥土应力、应变特征特性,为水泥土桩复合地基的室外实验提供了各项参数。     

循环温度和荷载作用下能源桩-土力学特性研究

开展了建筑荷载作用下能源桩-土力学模型试验及数值模拟,分析了加热(制冷)运行对桩土力学特性的影响。首先,在桩顶分级加载至2kN,待沉降稳定后再对桩土进行加热升温冷却(室温11℃→55℃→11℃),测试了桩顶竖向位移、桩身轴力、土体温度和孔隙水压力、地表竖向位移,分析了循环温度作用下的桩-土力学特性及变化规律;其次,以模型试验为原型,利用ABAQUS软件建立能源桩桩-土计算模型,并将模拟结果与试验结果对比;最后,开展了不同循环温度作用和循环次数下的桩-土力学特性数值模拟。结果表明:在运行工况下,土中超静孔隙水压力随温升的增加而变大,使土体发生热固结现象;随循环次数的增加,桩顶及地表产生不可恢复的变形,且土的沉降大于桩体沉降,导致桩身多处出现负摩阻力,且负摩阻力随温度的升高而增大。     

硫酸盐渍土机场道面破坏机理研究

在分析盐渍土道面所处环境的基础上,对盐渍土道面破坏的机理进行了深入分析,通过上述分析指出道面下季节性水盐运动、飞机荷载以及施工质量是造成盐渍土机场破坏的主要因素。     

新型路基检测技术及其在襄樊公路建设中的应用

新型的土质材料力学特性快速检测技术——G-STAB系统,以Hertz接触理论为基础,通过测定落球与地基的接触时间,自动解析软件即可算出测试对象的变形模量、地基系数、最大压缩量等指标。现场实测证实,该方法能够有效地指导填土过程中材料级配、含水量和碾压次数的优化。G-STAB系统快速有效、费用低廉的特点,能够很好地满足道路工程施工质量的全面和实时控制。