谷坊结构作为山区高速公路弃渣场的设计理念——以昭通至西昌高速公路为例

山区高速公路受技术标准、隧道规模和地形控制,不可避免产生大量弃渣;而西南山区的河流下切快,沟谷狭窄、地形陡峭,不具备坡面弃渣场的地形条件;而谷坊作为防治泥石流的有效手段,可以抬升泥石流侵蚀基准面,形成沟谷回淤段,降低泥石流流速,应用广泛;因此将谷坊结构应用到山区弃渣场,以弃渣为主要功能,兼顾中、小型泥石流的处治功能。     

基于改进灰靶的铁路弃渣场生态环境影响等级评价研究

弃渣场占用土地、破坏植被,易引发滑坡、泥石流和水土流失等自然灾害,对周边生态环境危害极大。近些年来,铁路弃渣场生态环境问题已成为铁路环境评价重点关注的问题之一,鉴于铁路施工自然环境复杂、线路长等特点,通过实地调研及查阅相关文献筛选出 15 项铁路弃渣场生态环境影响评价指标,并以此为基础划分等级标准,采用基于矩估计思想的组合权重确定各指标权重,提出运用改进灰靶模型在没有标准模型的情况下对弃渣场进行等级评价,确定各弃渣场对周边生态环境的影响程度,为后续弃渣场生态修复提供理论基础。以成兰铁路成都至川主寺（黄胜关）段沿线 10 座弃渣场为例进行验证,证明了采用组合权重的改进灰靶模型在此类问题研究中的可行性。     

高层结构偏心受拉剪力墙的抗震分析与应用研究

剪力墙拉应力过大导致墙身抗剪承载力大幅下降而出现裂缝,抗侧刚度急剧退化形成脆性破坏,该问题在高层及超高层结构设计中应引起足够的重视。本文通过对剪力墙体系的简化力学模型分析,得到了影响结构底部是否受拉及拉力大小的因素,通过对典型高层结构若干剪力墙分析,得到了影响剪力墙构件拉应力大小的因素。采用有限元软件模拟受拉剪力墙构件在单调加载和滞回加载的受力过程可知,拉力将大幅减少普通剪力墙的抗剪承载力,设置型钢可大幅提高剪力墙的抗剪承载力,但当拉应力比过大时,增设型钢的效果也较有限;设置型钢可大大增加剪力墙的滞回耗能能力;增设型钢可使得剪力墙混凝土应变分布较为均匀连续,且有较好的受力形态。对设计规范中偏心受拉剪力墙的计算公式进行理论分析,并结合有限元模拟的结果得出受拉墙肢拉应力比的控制指标,给出了剪力墙受拉状态的调整方法及对受拉剪力墙增设型钢的量化建议,可供设计参考。     

普通混凝土和轻骨料混凝土双轴加载试验研究

为研究混凝土双轴力学特性,采用岩石真三轴仪对普通混凝土(OPC)与轻骨料混凝土(LWAC)进行双轴压-压与双轴拉-压试验,得到2种混凝土在不同侧向应力作用下的破坏形态、应力-应变曲线以及应力-应变曲线特征值,对比分析其主应力变化趋势及破坏机理.结果表明:OPC双轴受力破坏主要是界面过渡区破坏,LWAC则是页岩陶粒骨料破坏;双轴压-压工况条件下,受侧向压应力影响的LWAC主压应力提高幅度低于OPC;双轴拉-压工况条件下,受侧向拉应力影响的OPC主拉应力降低幅度高于LWAC.最后,基于Kupfer双轴压-压与双轴拉-压破坏准则建立了定侧向加载下OPC与LWAC的双轴压-压、双轴拉-压破坏准则方程.     

三峡移民新址弃渣回填锚拉桩挡墙工程设计与研究

以巫山移民新城址弃渣回填的锚拉桩技术处理为例 ,研究了三峡库区移民迁建工程中普遍遇到的一大难题———工程弃渣的合理处置和利用问题。锚拉桩技术不仅可以安全有效地解决弃渣的堆放 ,防治人为滑坡和泥石流的发生 ,而且 ,还可以增加土地资源。为移民工程建设所用。     

弃渣场边坡稳定性数值模拟研究

云南省昭通市镇雄县下坝隧道出口弃渣场存在滑塌可能性,采取Geoslope岩土软件分别计算弃渣场天然和暴雨工况下的稳定性,并建立三维数值模型用FLAC3D软件对暴雨工况下弃渣场的稳定性进行计算,将两种计算结果比较发现:弃渣场在暴雨工况下不稳定,前缘易发生破坏。提出设计方案,再通过有限元三维数值模拟对治理后的渣场进行计算稳定性评价,结果表明设计方案能够满足弃渣边坡稳定。     

混凝土单轴受拉动力本构试验技术

通过对混凝土单轴受拉试验方法的研究,提出了影响混凝土单轴受拉应力-应变全曲线的影响因素,结合以往研究成果,建议了一种用于混凝土单轴受拉的试验方法。采用MTS815试验机,考虑三种加载速率,在位移和应变率双重控制下,对混凝土试件进行了动力加载条件下的单轴受拉应力-应变全曲线试验。结果表明,该方法简单方便,引伸计所测部位应力分布均匀,试验结果稳定,为研究混凝土在动力加载条件下的破坏机理提供了试验依据。     

GFRP筋活性粉末混凝土梁受力性能试验研究

为了研究GFRP筋活性粉末混凝土梁的受力性能,对8根梁进行三分点加载试验,获得了试验梁的开裂弯矩、极限弯矩以及各级荷载作用下的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：活性粉末混凝土试验梁纯弯区段开裂应变 (750×10-6) 约为普通混凝土梁的7倍,开裂弯矩及截面塑性系数计算应考虑纵向受拉GFRP筋的有利影响。GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面受弯破坏形式可分为纵向受拉GFRP筋被拉断而受压边缘活性粉末混凝土未被压碎的受拉破坏,受压边缘活性粉末混凝土被压碎(5500×10-6)而纵向受拉GFRP筋未被拉断的受压破坏,以及纵向受拉GFRP筋被拉断的同时受压边缘活性粉末混凝土被压碎的界限破坏等三种。对于受压破坏可按拉区应力为0.25倍活性粉末混凝土抗拉强度来考虑拉应力对正截面受弯承载力的贡献。对于受拉破坏则基于材料应力-应变关系通过数值积分迭代计算正截面受弯承载力。刚度及裂缝宽度计算的关键是合理计算使用阶段GFRP筋的拉应力,在计算GFRP筋拉应力时所用弯矩应为外荷载弯矩减去拉区活性粉末混凝土拉应力合力对压区合力点的弯矩。图9表12参10     

偏心加载钢筋混凝土结构破坏过程的数值模拟

用材料破坏过程分析系统MFPA2D(material failure process analysis)数值模拟方法对钢筋混凝土桥墩在偏心加载条件下的受力、变形与内部裂缝萌生、扩展及最终破坏的全过程进行了数值模拟.数值模型中引入了统计分布函数,反映了混凝土的非均匀性影响,并采用具有残余强度的弹脆性本构模型及破坏单元材料性质退化方法,利用偏心加载方式对钢筋混凝土构件实施加载.数值试验得出的荷载-位移曲线及破坏模式图与文献的试验结果较接近,数值试验还给出了试件破坏过程图及应力分布图,再现了整个破坏过程,而且通过对模型中受拉区2个多单元信息剖线的提取,对剖线中不同位置点应力随加载步的变化情况进行了研究和分析,揭示了结构破坏的机理.数值试验结果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律有参考价值.     

弦杆受拉大直径空间相贯节点足尺模型试验与设计研究

以贵阳奥体中心主体育场工程为背景,针对空间钢管桁架屋盖受拉上弦相贯节点,进行足尺节点极限承载力破坏试验。对节点试验过程和破坏现象进行了深入研究,分析了各加载阶段相贯节点的应力分布情况及整个加载过程塑性区的开展过程,结合有限元分析对空间相贯节点破坏机理进行分析研究,并应用有限元软件模拟试验加载过程进行非线性计算,分析节点破坏准则。按提出的节点设计承载力准则判定节点设计承载力,并与规范计算值进行比较。针对规范主弦杆受拉则不考虑主弦杆轴力变化对节点承载力的影响,进行主弦杆轴力变化对节点承载力影响的非线性有限元分析,并与规范计算值比较。研究表明,无论支弦杆受拉或受压,随主弦杆拉力的增加,节点承载力逐渐降低。     

岩石的劈裂和卸载破坏机制

 概括含缺陷的岩体结构模型,并利用其研究岩石在加载和卸载时内部出现的拉应力及其对岩石破坏模式的影响。为模拟深部岩体的赋存环境,研究3种受力条件下的岩石应力状态：单轴无侧限压缩、具有初始静水压力时的加载和初始静水压力作用下岩石的卸载。分析表明,无论是加载还是卸载,岩体中均将出现局部拉应力。在加载情况下,岩体中出现的拉应力有可能导致平行于加载方向的劈裂;而在卸载情况下,岩石中将在缺陷处形成平行于卸载方向的拉应力。岩石中出现的拉应力主要与岩体内缺陷的物理参数、初始应力大小和卸载速率有关。对卸载时初始应力和卸载速率对缺陷应力集中的影响进行分析,结果表明：卸载速率越快,缺陷处的应力集中越大,若缺陷尺寸较大,岩体中的局部拉应力和初始应力近似成正比。根据得到的局部应力表达式,在深地下工程中,快速卸载将必然导致岩体的拉伸破坏。     

应力波作用下三点弯曲梁破坏过程数值模拟

岩石类准脆性材料三点弯曲梁冲击荷载作用下的破坏受应力波加载速率以及应力波峰值的影响。使用新发展的并行RFPA2D-Dynamic数值模拟工具对三点弯曲梁冲击荷载作用下的破坏过程进行了数值模拟,研究了不同加载速率和加载峰值的破坏规律。数值模拟结果与物理实验结果具有较好的一致性。在低加载速率下,三点弯曲梁发生拉伸破坏,且只出现一条裂纹;在较大加载速率时出现多条平行拉伸裂纹;在大加载速率时出现拉伸、剪切复合裂纹。应力波峰值较小时形成单一的拉伸裂纹,而随着加载峰值的提高,形成多条平行拉伸裂纹。     

人工气候环境下考虑荷载应力影响的混凝土温度响应研究

通过自制的持续加载装置对混凝土试件施加不同水平的拉应力或压应力,并在恒温恒湿箱模拟的人工气候条件下进行混凝土试件的升温试验,研究不同应力水平对混凝土微环境温度响应的影响;通过对试验结果的分析,并结合混凝土传热学的相关理论,计算出不同应力水平下混凝土的导热系数,进而建立考虑荷载应力影响的混凝土导热系数预测模型。结果表明:在恒定的人工气候条件下,混凝土的压应力水平越高,其温度响应速率越快,而拉应力水平越高,其温度响应速率越慢;对于同样的应力水平,压应力对混凝土温度响应的影响更显著;所得研究成果可以为实际工程结构中混凝土内部温度响应的预测奠定一定的理论基础。     

输电塔单变双角钢过渡节点试验研究与计算方法

选取3个单变双角钢过渡节点作为研究对象,制作8个过渡节点模型,将其中6个足尺试验模型分别在受拉和受压工况下进行弹性加载试验,2个缩尺试验模型分别在受拉和受压工况下进行破坏加载试验,结合有限元模拟,分析单变双角钢过渡节点的力学特性和受力情况。数值模拟了弹性和破坏加载工况下单变双角钢过渡节点关键部位的应变变化和应力分布,并与加载试验进行对比。考虑上、下靴板之间的偏心距对单变双角钢过渡节点水平板上水平应力不均匀分布的影响,基于有限元模拟和加载试验,对现有的不同单变双角钢过渡节点水平板厚度计算方法进行比较与评估,通过与水平板设计厚度进行对比,分析不同计算方法的优化效果和安全裕度。结果表明:上、下靴板与水平板连接焊缝的偏心距是影响水平板受力的主要因素,水平板上对应上、下靴板的十字交汇处水平应力最大,并向四周扩散且逐渐减小; 有限元模拟结果与试验结果吻合良好,研究结果可为单双角钢过渡节点的结构设计提供指导。     

混凝土双轴拉-压试验研究与破坏准则分析

为探究定侧向加载方式下普通混凝土双轴拉-压力学性能,考虑6种不同侧向应力比,应用真三轴仪对普通混凝土进行双轴拉-压力学性能试验研究,得到不同侧向压力作用下,混凝土的破坏形态和应力-变形曲线,通过提取应力-应变曲线的峰值应力,分析不同侧向压应力下混凝土的破坏形态和主拉应力变化趋势,研究结果表明:混凝土双轴拉-压下的破坏形态均为劈拉断破坏形态,与侧向压应力的大小无关;随着侧向压应力的提高混凝土的主拉应力逐步降低,其破坏趋势与等比例加载方式相同。应用Kupfer双轴拉-压破坏准则方程验证试验数据,Kupfer破坏准则相对保守,同时基于Kupfer破坏准则提出定侧向加载方式下普通混凝土双轴拉-压破坏准则方程并通过相关试验数据进行验证。     

车路相互作用下沥青路面材料弯曲破坏研究

为分析车辆荷载作用下沥青路面面层底部材料产生的弯拉破坏,构建了路面与二自由度1/4车辆的离散元相互作用模型,以计算在路面不平顺激励下的车路相互作用力和路面沥青材料的宏细观动态响应.另外,选取面层沥青材料进行弯曲破坏试验,得到了沥青材料在加载过程中裂缝产生和开裂时的应变场分布.在此基础上,应用PFC2D软件构建沥青材料离散元模型来模拟其加载破坏过程,以探究车路相互作用下沥青面层的弯曲细观破坏机理.研究发现:弹性阶段后,沥青材料内部开始出现微裂纹,随着车辆荷载增加,材料最薄弱区域的微裂纹汇集成宏观裂纹直至破坏;在一定数值范围内,沥青材料空隙率对其抗开裂性能影响较大.试验结果证实了数值模拟的准确性.     

混凝土轴心受拉声发射Kaiser效应试验研究

通过对48个试件进行轴拉声发射试验,研究混凝土试件在往复循环拉伸加载条件下Kaiser效应的有效性及其应力范围,探讨混凝土材料中Kaiser效应与Felicity效应的关系,并就Kaiser效应的影响因素进行系统全面的分析.结果表明:混凝土在轴心受拉试验中存在明显的Kaiser效应,其存在的机理是混凝土材料损伤不可逆的结果.Kaiser效应存在的应力上限值约为极限抗拉强度的80%.Felicity比随着相对应力水平的提高而单调下降,当达到较高的应力水平后,Felicity比迅速下降,Kaiser效应衰退,出现Felicity效应.加载速率对混凝土轴拉声发射Kaiser效应基本没有影响;而加载制度、应力水平、卸载后放置的时间以及干湿条件等对混凝土轴拉声发射Kaiser效应产生较大的影响.研究结果为应用声发射技术探讨混凝土拉伸破坏机理奠定基础,同时也为Kaiser效应的工程实际应用提供参考.     

砌体墙抗泥石流冲击性能试验研究

我国山地泥石流活动频繁,经常带来巨大的人员伤亡和财产损失。研究建筑物在泥石流作用下的抗冲击性能有助于建筑结构加固和防灾工程设计。对砌体墙抗泥石流冲击性能开展了试验研究,考察了墙体的破坏形态和特征,基于三维数字散斑影像相关方法测量了砌体墙面受冲击后的位移场,比较分析了砌体墙位移场与墙体受冲击下动力响应和破坏形式之间的关系,研究了砌体墙抗冲击性能及受冲击作用下的破坏机理。试验表明,在泥石流冲击作用下,砌体墙破坏主要表现为横纵裂缝交叉贯通和受撞击部位局部突起,纵向裂缝开展宽度大于横向裂缝,墙体最薄弱处为墙体中上部位,建议在该位置加固以抵抗泥石流冲击荷载。     

主应力演化影响下的深部巷道围岩变形破坏特征试验研究

研究主应力变化对深部巷道围岩变形破坏特征的影响是巷道支护中非常必要的。以某矿处于深部高水平应力条件下的巷道围岩为工程背景,以大尺度三维相似材料模拟试验系统和制作的主方向应力传感器量测工具,采用"先加载后卸载"的开挖方式模拟主应力大小和方向演化影响下的有支护巷道围岩产生剪切滑移的变形破坏特征。研究表明,在高水平应力环境下巷道在掘进开挖过程中顶底板受挤压剪切作用产生变形破坏,破坏范围呈现"楔形"渐进发展;通过模型剖切面发现巷道围岩顶底板产生了不同数量的对称螺旋状剪切滑移裂缝,并向巷道两帮发展并交叉,将巷道围岩形成一定范围的剪切破坏区域;通过分析主应力大小及方向的演化可知,巷道围岩受高水平应力作用形成的剪切滑移裂缝破坏与主应力大小及方向演化存在必然联系,认为最小主应力的调整对剪切滑移裂缝的形成起到了重要作用。     

T型钢连接中柱节点的力学性能分析

设计了2组T型钢连接中柱节点,对节点进行低周往复循环加载下的受力分析,通过循环荷载下的滞回曲线、骨架曲线、应力云图以及刚度退化曲线来分析螺栓连接方式变化对节点承载力、受力性能以及破坏形式的影响。分析结果表明:普通高强螺栓连接的中柱节点承载力和耗能能力明显强于对拉螺栓连接的中柱节点;两种节点破坏形态不同,普通高强螺栓连接节点为T型钢翼缘受拉破坏,对拉螺栓连接节点为长对拉螺栓剪切破坏和T型钢翼缘受拉破坏。