混凝土抗折强度尺寸效应的试验研究

为研究强度等级变化对混凝土材料抗折强度尺寸效应的影响,完成54组试件的抗折试验,获得试件尺寸为70 mm×70 mm×310 mm、100 mm×100 mm×400 mm和150 mm×150 mm×550 mm,强度等级为C20、C40以及C60混凝土试件的抗折强度。通过对试验结果进行回归分析,得到不同强度等级、不同尺寸试件抗折强度之间的关系。对混凝土抗折强度的尺寸效应进行较系统研究,并应用Bazant尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应理论分析材料尺寸效应现象。结果表明:各强度等级的混凝土试件均存在尺寸效应现象;强度等级提高,试件的尺寸效应越明显;Bazant基于能量释放引起的尺寸效应理论和在光滑表面裂纹起裂处失效的尺寸效应在本尺寸范围内与试验结果吻合较好,但不适用于全尺寸范围;提出的基于能量释放的修正尺寸效应率能够较好地适用于混凝土抗折强度尺寸效应的预测。     

均质混凝土受压性能的细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,分析了宏观应力应变曲线的差异,并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方;砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力-应变全曲线与试验结果比较接近。     

混凝土单轴受压性能尺寸效应的试验研究

采用刚性辅助架法获得混凝土棱柱体试件的单轴受压应力-应变全曲线。通过对试验结果进行回归分析,得到不同强度等级、不同尺寸试件单轴受压性能之间的关系。对混凝土棱柱体试件单轴受压性能的尺寸效应进行系统研究,重点分析混凝土强度等级对混凝土棱柱体受压的峰值应力、应变、极限应变及弹性模量等尺寸效应的影响,并对这些力学性能参数的尺寸效应系数提出建议。     

微生物灌浆加固液化砂土地基的动力反应研究

饱和松砂地基在地震等周期性荷载作用下易发生液化，而松砂边坡在降雨或地下水位上升过程中易发生“静态”液化，这些都易造成路基沉陷、滑坡、地下管道及隧道的上浮等与液化相关的工程灾害。相对传统的地基加固技术，微生物灌浆加固技术是利用一项微生物成矿学的最新进展，即微生物诱导碳酸钙结晶技术，通过向松散砂土地基中低压传输微生物细胞以及营养盐，最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶，改善地基力学性能。微生物灌浆加固技术具有扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势，是目前地基加固研究的前沿问题。通过标准动三轴及振动台试验来检测微生物灌浆是否能够用于液化地基加固。首先，概要介绍了微生物灌浆加固技术的原理、方法以及国内外研究发展水平，给出了适用于液化砂土地基加固的微生物灌浆方法。其次，通过标准动三轴及小型振动台试验，研究了微生物灌浆加固液化砂土的抗液化性能，以及其它动力性能，并与传统的液化地基加固方式进行了对比分析。试验结果表明，微生物灌浆加固砂柱及模型地基的抗液化性能显著提高。可以说，微生物灌浆技术在液化砂土地基加固方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。     

骨料组分和强度等级对混凝土单轴受压性能尺寸效应的影响

为研究骨料组分和强度等级对混凝土单轴受压时受力和变形性能尺寸效应的影响,制作了135组混凝土、水泥砂浆和水泥净浆棱柱体试件。试件混凝土强度等级为C20、C40和C60,尺寸为100 mm×100 mm×200 mm,150 mm×150 mm×300 mm和200 mm×200 mm×400 mm。采用刚性辅助架法获得了单轴受压应力-应变全曲线,分析了轴心抗压强度、峰值应变以及弹性模量的尺寸效应。结果表明:混凝土、水泥砂浆及水泥净浆试件的轴心抗压强度和峰值应变均存在尺寸效应现象,而混凝土的弹性模量无明显的尺寸效应;强度等级对混凝土轴心抗压强度和峰值应变的尺寸效应的影响较大,截面边长200 mm的C60混凝土试件的轴心抗压强度与峰值应变的尺寸效应度分别约为C20混凝土的2倍与1.6倍;骨料组分对尺寸效应有明显影响,截面边长200 mm混凝土试件的轴心抗压强度和峰值应变的尺寸效应度分别约为水泥砂浆的2.3倍和3倍,细骨料对尺寸效应的影响较弱,水泥净浆轴心抗压强度和峰值应变的尺寸效应度分别约为水泥砂浆的75%和65%。根据试验结果,提出了混凝土、水泥砂浆和水泥净浆轴心抗压强度与峰值应变尺寸效应律计算式,其计算结果与试验结果吻合良好。     

混凝土受压性能的均质细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料，在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型，分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系，研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程，分析了宏观应力应变曲线的差异，并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的；界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方；砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力－应变全曲线与试验结果吻合较好。     

拱涵结构的矢跨比分析

对拱涵设计过程中土压力的计算、计算模型的选择进行了阐述，并着重分析了不同拱圈矢跨比对结构内力的影响，分析结果表明，矢跨比的选择与跨径、地基抗力系数等因素相关，随着跨径、地基抗力系数的增大，最优矢跨比减小。