建筑垃圾填料与土工合成材料加筋剪切性能研究

针对不同掺量建筑垃圾废弃混凝土与砂土混合作为路基填料,通过大型土工合成材料直剪仪,对不同掺量混合土以及铺设三向土工格栅、土工格室筋材后的加筋体分别进行剪切性能分析.试验结果表明:只掺入建筑垃圾填料时,其掺量为40%或60%能有效提高抗剪强度,其抗剪强度最高可达纯砂的1.5倍;根据界面剪切强度系数得出掺入过多或者过少建筑垃圾填料都会削弱整体抗剪性能;掺入一定的建筑垃圾填料再与土工合成材料进行复合加筋,总体而言土工格室复合加筋效果优于三向土工格栅,并且当建筑垃圾填料掺量为60%时,与土工格室进行复合加筋,其抗剪强度是纯砂的1.6倍,抗剪性能较优.     

土工格栅与粗粒土界面特性的大型直剪试验研究

为分析粗粒土与土工格栅复杂界面作用特性,通过设计改良后的可视化大型直剪设备,采用双向土工格栅为加筋材料,对素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验进行界面研究.分别考虑法向压力、粗粒土中的粗粒含量P5等多因素的变化对筋土界面的性质影响.利用高清数码相机对试验剪切过程进行跟踪采集,研究素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验过程中剪切面位移场变化规律.结果表明:加筋粗粒土比素粗粒土的内聚力有所增加,内摩擦角有所降低,加筋粗粒土直剪界面区域土体颗粒位移最大值小于素粗粒土的位移最大值,但加筋土界面厚度大于素粗粒土界面厚度.土工格栅对土颗粒的嵌锁作用限制了土颗粒的剪切移动,增强了土体的稳定性,从而提高了土体的抗剪强度.     

土工格栅加筋土三轴试验研究

通过三轴试验方法,研究了土工格栅加筋土的强度及变形破坏特性;探讨了在不同加筋情况下,土工格栅加筋土强度影响因素及其变化规律;分析了素土和土工格栅加筋土的变形破坏形式及筋材在土体抗剪破坏过程中的变形机理.试验结果表明,加筋后土体的强度和抵抗变形能力明显增强,加筋土加筋效果在中围压下最合理、最有效;土工格栅加筋土应力-应变关系采用固结围压作为归一化因子具有很好的归一化特性,可以用归一化方程来表示.     

粘弹塑性土工格栅加筋尾矿流变模型研究

分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响,基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性,提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型,把加筋复合体受力分析分为两个阶段,分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态,将尾矿产生塑性变形的时间（塑性到达时间）作为两个阶段分界点,并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明：四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征;第1阶段,筋材中的应力随时间减小,导致尾矿中的微观应力重新分布,直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段,筋材的应力开始保持不变,加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加;加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段,第1阶段变形很小,复合体整体应变主要由第2阶段导致;塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。     

加筋地基承载特性与参数优化研究

地基加筋可显著增强土体的抗拉和抗剪强度,提高土体整体稳定性.基于离散元法软件PFC2D,建立土工格栅加筋地基颗粒流数值模型.对比分析了基础荷载作用下无筋和加筋2种工况下地基基础沉降和地基土位移的变化规律,并系统分析了加筋长度、加筋深度和加筋层数等加筋地基中重要设计计算参数对地基承载特性的影响.研究结果表明:筋材可有效减小基础沉降,增加地基承载力,限制土体竖向和水平位移;地基最佳加筋长度、加筋深度和加筋层数分别为3B、0.25B和2层.     

土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性分析

针对桩-土接触面的摩擦特性,在夯实水泥土桩-土界面中设置土工格栅,以增强夯实水泥土桩-土的相互作用。采用三维数值软件模拟直接剪切试验和静载试验,对土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性进行分析,研究土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触面的应力、变形和强度的变化规律。结果表明:土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触界面的摩阻力峰值有所增加,达到峰值后,摩阻力曲线下降速率缓慢;静载试验中,在夯实水泥土桩表面复合土工格栅后,对应的基础沉降比普通夯实水泥土桩复合地基的沉降小,且夯实水泥桩的轴向压缩变形也小。     

交通荷载下加筋道路弹黏塑性有限元分析

为了研究交通荷载作用下软基加筋道路的动力响应,提出了一个土体动力弹黏塑性模型来模拟循环荷载作用下加筋道路中软土地基的动力特性,并在土工格栅和土体之间设置接触面单元来模拟筋材与土体的相互作用.在此基础上建立了软基加筋道路的动力分析模型,编制了动荷载作用下加筋软基道路变形分析的计算程序.用该程序对室内试验进行了分析,验证了程序的正确性;并用该程序对在路堤与软土地基之间铺设土工格栅的加筋道路和不加筋道路的动力特性进行了对比分析,同时还对比了考虑流变和不考虑流变的加筋道路的位移响应.结果表明,加筋对软土道路的动力响应有明显影响,同时,考虑软土的流变特性对研究加筋道路的动力响应是非常必要的.     

桩承式路堤中加筋褥垫层的工作性状

建立桩承式加筋路堤三维有限元模型,对比分析多层土工格栅与单层土工格栅情况下软土表面沉降、软土表面竖向应力与加筋体应变的分布规律.研究发现：软土表面的沉降仅与土工格栅的总强度有关,而土工格栅的层数对软土表面的沉降影响不大;对比单层与三层加筋体模型结果可知,三层加筋体能更明显地减小作用在软土中心的竖向应力,从而使得两桩之间的竖向应力分布更加均匀.在土工格栅总强度相同的情况下,多层加筋体底层土工格栅的最大应变是单层加筋体的1.38~1.50倍.     

煤矸石桩-土工格室复合路基承载特性

为了研究煤矸石桩-土工格室复合路基的承载性能，以煤矸石桩、土工格室及格栅分别作为竖向、水平向加筋体，开展静载试验，分析土工格室和格栅拉伸应力、桩体轴向应力以及桩顶与桩间土压力的变化规律.研究结果表明：当施加到第8级荷载时，相较于土工格栅，土工格室上的拉应力增大67.93%，格室组中心桩与边桩中性点应力分别增大78.22%、30.95%，中性点对应截面位于桩体中部距桩顶约50 cm处；加筋垫层下方格室组的桩土应力比与格栅组相比，路基中部增大13.68%，路基边缘部分增大12.40%～13.49%，整体增大13.19%.煤矸石桩-土工格室复合结构能够有效地将荷载由桩身传递至基底；土工格室加筋垫层均匀地将荷载横向传递至加筋体，削弱桩土间的土拱效应，土工格室与垫层构成的柔性筏板效应更突显.     

多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性

为研究多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性,将设置有多层土工格栅的加筋垫层视为大挠度薄板进行分析,运用层合板理论,模拟多层土工格栅与碎石垫层之间的相互作用,建立加筋垫层抗弯刚度矩阵的计算方法。考虑刚性桩网复合地基的三维应力和位移边界条件,根据静力平衡条件,建立加筋垫层应力函数和挠度微分控制方程,并利用伽辽金方法进行求解。在此基础上,利用Winkler地基梁理论和大挠度薄板理论对桩土应力比和格栅拉力进行计算。最后,运用实际工程对计算方法进行验证,并综合分析格栅总层数、铺设间隔和位置等因素对桩土应力比及格栅拉力的影响。研究结果表明：理论计算结果与实测结果较为吻合;随着格栅总层数的增大,桩土应力比增大而格栅拉力降低,铺设2~3层格栅效率最高;随着铺设格栅间隔和底层格栅距桩帽距离的增大,桩土应力比降低,而格栅拉力增大。     

颗粒粒径对立体格栅网-砂界面剪切特性影响

立体格栅网在传统平面格栅基础上增强了横肋与土体的侧阻力作用，有助于提高加筋土结构中筋土界面相互作用。为了研究网孔尺寸和颗粒粒径对立体格栅网-石英砂界面剪切特性的影响，通过3D打印技术制作不同网孔尺寸的立体格栅网，进行一系列单调直剪试验。试验分析了颗粒粒径、竖向应力和格栅网孔开口率变化时界面的摩擦角、剪胀角以及剪切强度系数的变化规律；在试验基础上，建立了界面剪胀系数模型，定量分析了颗粒平均粒径和格栅网孔开口率对立体格栅网-砂界面剪胀特性的影响。结果表明：颗粒粒径对立体格栅网-砂界面的似黏聚力影响更明显，对摩擦角的影响较小；界面最大剪胀角随竖向应力的增加而逐渐降低；颗粒粒径较大、格栅网孔开口率较小时，界面的剪胀性更强；剪切强度系数随粒径的增大而增加，表明立体格栅网与粒径较大的填料之间具有更好的互锁作用。     

铝合金表面油胺/微弧氧化复合膜层的耐磨性

为提高铝合金表面耐磨性能,采用微弧氧化(MAO)技术在硅酸盐电解液中对2024铝合金进行表面处理,制备微弧氧化陶瓷层;然后通过浸泡法在陶瓷层表面覆盖一层油性涂层,形成复合膜层,以期提高铝合金表面耐磨性能。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别观察复合膜层的表面形貌及物相组成;利用原子力显微镜AFM测试复合膜层的表面粗糙度;利用摩擦磨损试验仪分析复合膜层的摩擦系数。在SEM的观察下复合膜层比微弧氧化陶瓷层更为平整。另外,AFM的结果显示复合膜层的表面粗糙度比微弧氧化陶瓷层降低了73%左右;摩擦磨损检测显示复合膜层的摩擦系数在0.1左右,波动幅度较小,而微弧氧化陶瓷层和铝合金的摩擦系数达0.4左右,波动幅度较大。     

Wear performance of Ni/ZrO<Subscript>2</Subscript> infiltrated composite layer

The Ni/ZrO2 was used as raw materials to fabricate the surface infiltrated composite layer with 1-4 mm thickness on cast steel substrate through vacuum infiltrated casting technology. The microstructure indicated that the infiltrated composite layer included surface composite layer and transition layer. Wear property was investigated under room temperature and 450 ℃. The results indicated that the abrasion volume of substrate was 8 times that of the infiltrated composite layer at room temperature. The friction coefficient of infiltrated composite layer decreased with the increasing load. The wear resistance of infiltrated composite layer with different ZrO2 contents had been improved obviously under high temperature. The friction coefficient of infiltrated composite layer was decreased comparing with that at room temperature. The oxidation, abrasive and fatigue abrasion was the main wear mechanism at room temperature. Oxidation abrasion, fatigue wear and adhesive wear dominated the wearing process under elevated temperature.     

Phase representation and property determination of raw materials of solid lubricant

The composition, microstructure, mechanical and frictional properties of PTFE and its fillers were represented and analyzed by XRD, SEM, DSC, XPS and large-scale polarizing microscope. The results show that PTFE has a flocculent structure with high melt temperature and decomposition temperature, big contact angle and crystallinity, and low surface hardness, compression strength, friction coefficient, wearing capacity and surface energy. Cooling rate influenced the friction coefficient and wear resistance. Graphite and molybdenum disulfide have a flake structure, and molybdenum disulfide has a big contact angle and low surface energy. Copper powder has a globular structure and its chief component is Cu-Pb alloy, and there is a loose layer on the surface. Carbon fiber has a rod structure and there are C=O and C-O-C polar groups on the skeleton surface. The decreasing order of water absorption capacity is graphite, carbon fiber, molybdenum disulfide, PTFE and copper powder.     

金属镍和聚四氟乙烯微粒复合电沉积的研究(Ⅲ)——复合膜的性能

由电沉积法得到的金属镍和高分子聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）复合膜层具有优良的减摩、自润滑性能．对所研制的金属镍和高分子聚四氟乙烯复合膜层的硬度、摩擦性能、形貌观察等进行了测试．实验结果表明镍聚四氟乙烯镀层有较低的滑动摩擦系数,在同样条件下,与镍镀层相比,其滑动摩擦系数下降三分之一左右．     

SiC颗粒增强PTFE基复合材料摩擦磨损特性研究

利用冷压烧结法制备了不同含量的SiC颗粒填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料，采用M-200环块试验机进行摩擦磨损试验，研究了SiC颗粒增强PTFE基复合材料在干摩擦条件下的磨损特性，并利用扫描电子显微镜对复合材料的磨损表面形貌进行了观察，对复合材料的磨损机制进行了分析．结果表明：SiC颗粒增强复合材料的耐磨性能显著提高，但其摩擦系数有所增大；随SiC颗粒含量的增加复合材料的磨损机理由粘着磨损占主导逐渐转变为显微切削占主导；复合材料中增强相SiC颗粒有3种流失形式：整体脱落、磨损、碎裂．     

纳米填料增强UHMWPE–橡胶水润滑摩擦学性能

为了研究水润滑条件下试验载荷和速度对纳米填料（Nano-SiC）改性超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/橡胶复合材料摩擦学性能的影响,通过高温混炼、热压成型制备Nano-SiC辅以聚四氟乙烯（PTFE）填充改性UHMWPE/橡胶复合材料。采用MRH-3型环-块摩擦实验机探究四种不同载荷条件下改性复合材料的摩擦磨损性能,采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和非接触光学三维轮廓仪对试样微观磨损表面形貌分析,从微观层面探究改性复合材料的摩擦机理。试验结果表明：在定载变速条件下,速度由0.02m/s升到3.59m/s时,改性复合材料的动摩擦系数波动幅度与静摩擦系数均呈现大幅下降趋势,粘-滑现象（Stick-Slip Phenomenon）减弱,摩擦系数波动归于平稳;试验载荷和纳米粒子含量的变化与试样摩擦磨损程度呈负相关,在水润滑条件下,随着纳米粒子含量增加,摩擦系数与磨损率均出现明显降低,填充比例为5%的复合材料摩擦学性能最佳,摩擦系数整体较UHMWPE/橡胶材料降低35%,磨损率降低46.6%,磨损表面形貌也随之发生改变;随着载荷的增加,复合材料的磨损率从1.25×10-6mm3/(Nm)降至0.4×10-6mm3/(Nm)。Nano-SiC的含量与工况载荷压力对摩擦磨损均存在一定影响,即填充适量Nano-SiC的UHMWPE/橡胶复合材料与一定工况压力下的对偶钢环组成的摩擦配副能改善摩擦环境,减轻粘-滑现象,有利于减小材料的磨损。     

铜表面气体渗硅后的滑动摩擦磨损研究

本文对用硅烷－氢（ＳｉＨ４／Ｈ２）混合气体在铜表面进行化学热处理获得的含硅表层进行了摩擦磨损研究．结果表明，在铜表面生成的含硅层可以降低摩擦系数；在低负荷干摩擦条件下，含硅表层的磨损率有较大程度的改善     

路面运营安全性评价模型

系统分析了车辆与路面运营安全性的互动关系,得出路面抗滑性能是评价路面运营安全性的关键因素,构建了车辆与路面抗滑性能互动关系的量化评价指标:允许的纵向摩擦系数f_(TA)、允许的横向摩擦系数f_(SA)、期望的纵向摩擦系数f_(TR)和期望的横向摩擦系数(?)_(SR)、纵向和横向路面安全状态临界值Δf_S、Δf_T,并建立了一套安全性评价模型.通过对某国道二级公路路段的案例分析,对建立的模型与交通事故形态进一步校核,验证了建立模型的可行性.同时得出研究路段的安全临界值Δf=13.2,初步说明我国公路养护规范中对贯入式沥青路面摩擦系数的最小允许值偏低是导致车辆滑溜事故的一个重要原因.