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．     

基于二元并联模型的胶凝砂砾石材料本构模型研究

胶凝砂砾石材料是一种贫胶筑坝材料,其应力应变特征不同于常规混凝土,在通过数值模拟对胶凝砂砾石材料的强度进行模拟分析时,无法选用混凝土的本构模型进行计算。通过对不同围压胶凝砂砾石材料应力-应变曲线特征进行分析可知,胶凝材料用量对其本构模型影响较大。对此将表征胶凝砂砾石初始形成状态的堆石体概化为“堆石元件”,将胶凝材料的胶结作用概化为“胶结元件”。基于二元并联概念模型引入经验系数,考察不同胶凝材料用量对材料应力-应变关系的影响,从而建立胶凝砂砾石材料本构模型,并通过大三轴试验数据对本构模型进行了验证。模型计算结果与实验数据拟合度良好,说明该模型可较好地描述不同胶凝材料用量下胶凝砂砾石材料应力-应变曲线非线性特征。     

超贫胶结材料本构模型

针对胶凝材料含量大于30 kg/m3的超贫胶结材料应力应变曲线达到峰值后呈软化形态的问题,采用虚加刚性弹簧法,建立具有软化特性的超贫胶结材料的本构模型,确定了模型相应的参数,给出了该模型的一个应用实例,为超贫胶结材料的非线性分析奠定了基础。     

超贫胶结材料坝剖面形式研究

根据重力坝和土石坝剖面设计理论,对超贫胶结材料坝的剖面形式进行研究,通过对不同胶凝材料用量的超贫胶结材料坝进行坝坡稳定分析,拟合得出胶凝材料用量与坝坡稳定坡比值之间的曲线关系,并得出超贫胶结材料坝胶凝材料用量小于40 kg/m3时,坝体剖面更趋于土石坝剖面,介于40~70 kg/m3之间时,坝体剖面既有混凝土重力坝的特征又有土石坝的特征,大于70 kg/m3时,坝体剖面则属于重力坝剖面的结论。     

基于大三轴试验的胶凝堆石料力学特性

为了研究胶凝堆石料的特性,进行了大三轴固结排水剪切试验,得出不同胶凝掺量的应力与应变关系、体积应变与轴向应变关系,分析比较了不同围压、不同胶凝掺量对胶凝堆石料剪胀特性的影响。试验结果表明:围压相同时,胶凝掺量增大,破坏偏应力和残余强度都增大,而轴向偏应变减小;胶凝掺量相同时,围压增大,破坏偏应力、残余强度和轴向偏应变都增大;不同围压、不同胶凝掺量的体积应变与轴向应变关系曲线均表现出不同程度的剪胀性,且胶凝掺量越大,围压越小时,胶凝堆石料剪胀现象越明显。     

胶凝砂砾石材料抗压强度与剪切强度关系研究

通过胶凝砂砾石材料单轴抗压试验和三轴剪切试验,分析材料的应力应变曲线特征。胶凝砂砾石材料在低应力水平下表现出线弹性性质,随着应力逐步增大进入塑性阶段,直至达到峰值强度,随后随着应变的增大,应力降低,体现出明显的软化特征,最终趋于残余强度。定量分析曲线各阶段特征强度得出,随着围压的增大,胶凝砂砾石材料峰值强度及屈服强度均增大,呈现出较为明显的线性相关性。基于试验数据,建立了三轴试验曲线各特征强度与围压之间的关系,结合三轴试验的应力应变曲线,得到了材料抗剪强度指标值,并拟合材料抗压强度与凝聚力及内摩擦角的曲线函数,建立起三轴试验与单轴试验力学指标之间的对应关系。     

胶凝粗粒土强度及损伤特性探讨

通过对胶凝粗粒土进行单轴和三轴压缩试验,分析胶凝掺量和围压对材料强度特性的影响,以Weibull统计损伤模型为基础,进而探讨围压及胶凝掺量对损伤发展的影响。试验结果表明:胶凝粗粒土的单轴抗压强度和变形模量随胶凝掺量的增大而增大,随胶凝掺量的进一步增大,强度及变形特性敏感性降低;三轴压缩试验的结果显示,随围压的增大,抗剪强度增长较快,应力-应变曲线形态呈现出应变硬化特性;胶凝掺量的增加,对粘聚力c值影响显著,对内摩擦角值影响不明显;围压越大,材料宏观破坏时达到的损伤量越大;胶凝材料掺量越高,相同应变下材料损伤量越小,达到宏观损伤破坏时对应的应变量越大。     

基于强度参数演化的胶凝砂砾石材料本构关系研究

胶凝砂砾石材料应力-应变关系具有明显的弹塑性和应变软化特性,当前其本构关系推导较为复杂。针对这一问题,本文借鉴岩石材料峰后强度参数演化行为,基于摩尔-库伦强度准则,采用最大主应变ε₁作为应变软化参数,将凝聚力c、内摩擦角φ看作ε₁的分段线性函数,较为简便的推导胶凝砂砾石材料的本构关系。由本构关系式拟合得到不同围压时胶凝砂砾石材料应力-应变关系曲线变化趋势与三轴试验数据吻合良好,说明该方法得到的本构关系可以反映胶凝砂砾石材料的应力-应变特征。     

胶结砂石料应变预测模型参数灵敏度分析

为了探究胶结砂石料应变预测模型参数的灵敏度,首先利用胶凝掺量为80kg/m~3的胶结砂石料三轴试验数据确定胶结砂石料应变预测模型的参数E_i、n、k m、ε_m、ε_d、λ、d,分析了这些参数单独变化对该模型得出的应力变形计算结果的影响。研究表明,参数Ei、n、k、m、ε_m对胶结砂石料初始模量以及应力-应变曲线的非线性特征等变形特性有一定影响,参数k、m也对强度有较大影响;参数ε_d影响着胶结砂石料体积应变曲线中的剪缩剪胀转折点位置,而λ、d影响着胶结砂石料的剪缩剪胀程度。综合比较了应变预测模型的各参数对体变、模量及强度的灵敏度,表明不同参数的灵敏度差异很大;工程实际应用时,灵敏度较大的参数k、m、λ取值应慎重。     

钢管超高性能混凝土短柱轴心受压应力-应变关系试验研究

为研究钢管超高性能混凝土短柱轴心受压性能,通过改变钢管壁厚,设计５组共计１５个试件,采用静力试验研究试件应力-应变曲线及破坏模式,分析钢管壁厚对轴压性能的影响规律。试验结果表明,试件均为强度破坏;钢管超高性能混凝土短柱轴心受压全过程主要分为弹性段、弹塑性段和平稳段三个阶段;混凝土强度和钢管壁厚对试件应力-应变关系曲线影响较大;提高混凝土强度和钢管屈服强度均能显著提高试件承载力。基于试验,提出钢管超高性能混凝土轴压短柱计算公式。     

西部弱胶结泥岩的三轴压缩试验分析

为解决西部弱胶结软岩巷道支护难题,在内蒙古鲁新煤矿对典型弱胶结泥岩取样,并对其进行不同状态(天然状态、饱和状态和烘干状态)和不同围压水平的室内三轴压缩试验,分析其强度特征和基本力学指标与围压的变化关系。试验数据表明①自然状态下弱胶结泥岩峰值强度和残余强度非常低,随着围压的增加,泥岩的峰值强度和残余强度均有较大提高,且峰值强度与围压呈对数变化关系;②泥岩对水非常敏感,随着含水率的增加峰值强度和残余强度均降低,峰值强度降低幅度更明显;③通过引入三轴软化系数进行分析,结果表明泥岩的软化系数随围压增加而下降,泥岩3种状态下的弹性模量与围压增加呈线性增大变化。最后通过泥岩三轴压缩四阶段应力-应变曲线的拟合分析,建立了泥岩三轴压缩全应力-应变关系。     

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。     

胶结砂土力学特性的三维离散元简化分析

离散单元法(DEM)是一种基于非连续介质力学的数值模拟方法,能够有效地分析胶结颗粒材料的宏微观力学响应。本文通过三维离散元商业软件PFC3D,采用其自带微观胶结接触模型BPM,对不同胶结含量和不同围压下的胶结砂土进行常规三轴压缩试验模拟,以分析理想胶结砂土的宏微观力学特性。简化模拟结果表明:与同一初始孔隙比的无胶结试样相比,胶结试样具有更高的剪切强度,试验得到的应力应变曲线表现出明显的应变软化,体变曲线表现为剪胀性;随着胶结含量的增大,胶结砂土试样的峰值强度增大且软化、剪胀程度提高;而随着围压的增大,胶结砂土试样峰值强度增大、剪胀程度减小但软化程度不变。此外,试样的内摩擦角和黏聚力也受到胶结含量和围压的影响。     

交通荷载作用下焦作地区饱和粉质黏土变形特性及影响因素分析

为研究焦作地区长期交通荷载作用下典型饱和粉质黏土变形特性,利用动三轴试验方法对原状粉质黏土进行单样逐级和多样恒定幅值动力加载试验,从应变-振动次数变化曲线、动应力-应变滞回曲线2个方面重点分析了动应力、围压、固结方式以及振动频率对土体变形的影响。结果表明:焦作地区典型粉质黏土动应变随振动次数变化模式主要分为稳定型和破坏型,很少出现临界型;单样逐级加载会使土体强度增大,结构产生破坏所需的动应力幅值升高,平行多样恒定幅值加载中试样破坏前后可能存在一个明显的临界动应力值,动应力超过临界值后,试样变形急剧增长,低振动次数内便产生破坏;围压、固结比增大都会使土体强度升高,产生的可恢复弹性变形减小;振动频率对土体变形的影响可能存在一个临界频率值,在这个值前后土体变形都会增大。研究成果对保证研究区交通设施的安全运营具有重要意义。     

城市固体垃圾炉渣的三轴试验研究

炉渣是城市固体垃圾焚烧后的产物,可以代替骨料作为路基垫层材料使用,实现资源的二次利用。为了研究炉渣在路基填筑过程中的强度以及变形特征,对干密度ρ_d分别为1.4, 1.5, 1.6 g/cm³、龄期t分别为3, 7, 14, 28 d的饱和炉渣试样进行不同围压下的三轴固结排水试验,通过Lambe平面方法确定炉渣的抗剪强度参数(黏聚力、内摩擦角)。研究结果表明:在低围压下(100,200 kPa),城市固体垃圾炉渣的应力-应变曲线呈现应变软化特性;随着围压增大硬化特征明显,在高围压下(200,400 kPa)呈现应变硬化特性;炉渣的峰值强度与龄期增加呈现对数关系,即随着时间增长,强度逐渐增加,在早期阶段(14 d以前)强度增长迅速,随后增长速率减缓;黏聚力和内摩擦角随着龄期增加呈现不同的变化趋势,黏聚力随着龄期增加而不断变大,且近似呈现线性增长,而内摩擦角基本保持不变。研究成果可为炉渣的二次利用提供参考。     

掺砂水泥复合土力学性能研究

水泥复合土不同围压下的常规三轴试验和无侧限抗压强度试验结果表明:在水泥土中掺入一定量的砂,可以提高水泥土的无侧限抗压强度;在有围压作用的情况下,掺砂水泥复合土的偏应力—应变关系曲线有明显的峰值,偏应力—应变关系曲线属加工软化型,其残余强度和破坏应变随着围压的增大而增大。通过SEM电镜扫描照片,进一步从微观角度分析了水泥复合土的固化机理。     

渗透压与围压对粉砂质泥岩流变特性的影响

为了研究渗透压及围压对岩体蠕变特性的影响,对三峡库区巴东组二段粉砂质泥岩进行了不同围压和渗透压下的三轴蠕变实验。根据试验结果,在分析粉砂质泥岩蠕变特性曲线的基础上,探讨了围压和渗透压对岩体蠕变特性的影响过程和机理。最后,采用等时应力-应变曲线法和稳态蠕变速率法求得了粉砂质泥岩在不同围压和渗透压下的蠕变长期强度。结果表明:①粉砂质泥岩瞬时弹性模量随着偏应力等级的增加而减小;②孔隙水压在蠕变初期能够减小轴向应变,但在蠕变后期由于其有利于裂纹扩展而增大了轴向应变;③渗透压缩短了岩石蠕变破坏的时间,使蠕变破坏呈现出一定的脆性特点;④渗透压的存在有利于岩石裂隙的扩展和贯通,因而降低了岩石蠕变的长期强度,但是围压的存在增大了蠕变长期强度。研究成果为深入认识和了解三峡库区粉砂质泥岩的流变力学特性提供了重要的试验和理论依据。     

循环加载下塑性混凝土的应力-应变曲线分析

通过设置4组配合比浇筑圆柱体和棱柱体试件,进行了抗压强度和弹性模量试验。试验分析了应力-应变曲线、预压段和未预压段以及循环段的应力-应变曲线的特点,比较了预压段与未预压段的应力-应变曲线。通过对曲线斜率的分析,了解试件孔隙存在的微观性,明确预压时循环次数对应力-应变曲线的影响。试验结果表明:塑性混凝土应力-应变曲线的上升段较普通混凝土有明显的不同,预压段的应力-应变曲线的斜率先增加后减小,而未预压段的曲线斜率一直增加。同时,可以宏观地明白试件内部孔隙存在的微观性,得出预压次数对应力-应变曲线的影响并不大。所得出的结论对塑性混凝土今后的科学研究与工程应用具有一定的借鉴。