FRP片材加固混凝土结构黏结界面损伤分析

FRP(纤维增强复合材料)片材与混凝土界面的黏结性能是黏贴FRP片材加同混凝土结构中的关键问题.从损伤力学的角度出发,定义了FRP片材加固混凝土结构黏结滑移中的损伤变量,建立了界面黏结滑移的损伤模型,推导了损伤-滑移本构方程,分析了FRP加固混凝土结构黏结滑移破坏的损伤机理.     

HB FRP加固混凝土结构组合界面黏结特性

为揭示HB-FRP(hybrid bonded fiber reinforced polymer)加固混凝土结构多作用组合工作机制,设计了5组黏结作用组合试验.基于实测荷载-滑移关系、应变分布、黏结-滑移关系开展了界面黏结特性研究,提出组合界面黏结-滑移统一模型和黏结荷载表达式.结果表明:HB-FRP加固混凝土组合作用可拆分为FRP黏结混凝土、侧压力和FRP黏结钢板;组合界面的黏结应力发展不同步,FRP板下表面与混凝土的剥离早于FRP板上表面与钢板的剥离,叠合工作时序不同;由侧压力引起的界面摩擦应力随界面应力的发展而增加并趋于稳定;理论模型结果与试验结果具有较好的一致性,可用于计算组合界面的黏结荷载.     

考虑浆–岩耦合效应的微裂隙注浆扩散机制分析

通过分数布朗函数建立了节理面几何模型,基于N-S方程对裂隙注浆扩散开展有限元分析。考察节理面粗糙度、连通性对浆液扩散的影响,并对修正立方定律的合理性进行分析。当界面层位势较低时,由修正立方定律得到的计算结果偏低,反之计算结果偏高。当界面层接触区域分布较为平均时,其各向异性程度较低,所引起的计算偏差较小,反之计算偏差较大。基于修正的立方定律、界面层本构方程以及浆液流动方程,建立了考虑浆岩耦合效应的注浆扩散公式。考虑浆岩耦合效应后,计算所得到的浆液扩散距离明显提高。并且随着浆液黏度的增加,由浆岩耦合效应所引起的相对计算误差也不断增大。     

岩石峰后注浆加固前后力学特性单轴试验研究

在岩石试件单轴压缩破裂的基础上,进一步开展了峰后注浆加固试件的力学特性试验研究.分别采用水泥浆和玛丽散N加固破裂试件,试验发现分别采用玛丽散N、425#水泥进行破裂岩石注浆加固时,岩石强度比其残余强度都有显著提高,加固后岩石的变形趋于协调.同一浆液加固不同的岩石,被加固体本身的强度越高注浆加固体的强度提高越高;同样的岩石注入不同浆液,浆液的粘结强度越高注浆后的强度就越高.试验结果验证了岩石注浆加固是加固围岩非常有效的方法.     

岩石结构面力学原型试验相似材料研究

基于岩体结构面抗剪强度机制及相似材料的选择原则和要求,研制以高强水泥、硅粉、高效减水剂、标准砂、水等原料混合而成的模拟材料,并利用其制得的试样及结构面模型进行大量物理力学试验的对比分析,研究结果表明:相似材料的抗压强度与原岩结构面相近,调整不同混合材料的配合比,相似材料可以覆盖中低强度的岩石类型;利用相似材料及多尺度试样模具可制作与原岩结构面表面形态及起伏度近似一致的模拟结构面;利用模拟结构面代替原岩结构面进行直剪试验,模拟结构面表面的磨损程度、粗糙度系数衰减规律及破坏形式均与原岩结构面相似,且模拟结构面抗剪强度直剪试验结果与理论计算值相差不大;模拟材料具有物理力学性能稳定、制作方便、成本低廉的优点,可代替原岩结构面进行不同尺寸、可重复性的破坏性试验。     

东河口滑坡岩石微观结构及力学性质试验研究

 东河口滑坡是“5.12”汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1 300 m处开始滑动,总滑程约2 400 m,致使780余人遇难。滑坡体主要由震旦系灰岩及白云质灰岩、寒武系炭质板岩及千枚岩构成。野外调研结果表明,以上几种岩石的自身微观结构及宏观力学性质,对于促使该滑坡在地震作用下发生迅速启动有着至关重要的作用。为此,利用ORTHOPLAM显微镜、RMT–150C岩石力学试验系统及600 kN液压式万能材料试验机,分别对岩石的显微结构及抗拉、抗压、抗剪断性质进行一系列试验研究。显微结构测试结果表明,这几种岩石的结构及矿物成分均比较复杂,大多经历至少两期的变形与变质过程;岩石力学试验结果表明,水对该滑坡体岩石的力学性质有着重要影响,在干燥状态与饱水状态下,岩石的抗拉强度、抗压强度以及抗剪断强度均有很大的差异,同时,岩石中原有的结构面也是影响其力学性质的一个重要因素。     

软弱富水风化岩地层隧道注浆加固机理与参数优化研究

确定有效的帷幕注浆加固参数,可以降低隧道穿越富水软弱地层遭遇突水突泥灾害的风险.通过室内注浆试验,研究了不同注浆量下的风化花岗岩堵水加固特性.试验结果表明:注浆量(浆液充填率,GFR)达到32％以上时,试样的物理力学特性显著改善,其中黏聚力较未注浆时增长了 2.96倍,达到178.8 kPa,渗透系数下降至10-8cm...     

混凝土中卵石与浆体间界面黏结强度试验研究

混凝土界面过渡区(ITZ)的力学性能研究一直是复合材料研究的关键,也是决定材料强度和耐久性的主要因素。通过在不同强度等级混凝土中预埋不同粒径的天然卵石,经过标准养护后,采用MTS液压加载系统进行拉拔试验,获得卵石与浆体之间的界面黏结强度来表征水泥浆体与骨料界面过渡区的力学特征。从宏观上得到混凝土中卵石与浆体之间的界面黏结强度的大小及规律:卵石与浆体之间的黏结强度随着混凝土等级的提高,而提高且黏结强度约为混凝土强度的5.5%~12%;卵石粒径对黏结强度的影响相对较小,也从侧面说明界面过渡区强度与混凝土强度之间的关系。     

梯度结构混凝土的界面力学性能与微观结构

采用界面劈裂抗拉、显微硬度、SEM等测试手段综合评价了梯度结构混凝土(无细观界面过渡区水泥基复合材料(MIF)-高性能混凝土(HPC),低渗透混凝土(LPC)-HPC)的界面力学性能与微观结构.结果表明:梯度结构混凝土进行两次浇注成型时,采用压印工艺可产生界面强化效应,提高界面黏结强度10%~35%,从而有效解决界面黏结强度降低的问题;整体上MIF-HPC净浆界面的显微硬度高于LPC-HPC,即MIF-HPC净浆界面的黏结状况好于LPC-HPC,这是因MIF-HPC净浆界面的水化产物结构比LPC-HPC的更为致密所致.     

岩堆高陡边坡注浆加固与植被修复技术

辽宁省本溪市田桓铁路大前石岭段高陡岩堆边坡的加固与修复面临着注浆易流失和土壤稀缺的难题,因此经过实地考察并结合设计要求,提出了"U"型止浆帷幕注浆法十边坡喷播种植方案,并通过对5种注浆材料现场试验结果的比选,决定采用水泥-水玻璃双液作为注浆材料.试验结果证明:"U"型止浆帷幕注浆法能有效解决岩堆体孔隙大和浆液外流污染环...     

结构面控制型斜坡震裂力学机制研究

大光包滑坡为汶川地震触发的最大规模滑坡,是典型的结构面控制型的滑坡。本文以其为地质原型,考虑其坡体结构和地形地貌,建立起数值计算模型,对其进行全过程动力模拟,对坡体的应力演化过程进行全程分析,从力学演化过程来解释斜坡的地震变形破坏机制。结果表明:斜坡的应力演化特征对其变形破坏过程起控制性作用,对于结构面控制型的斜坡来说,结构面的应力状态控制着斜坡的变形破坏,斜坡破坏前,坡体的应力特征表现出整体性,结构面处的应力特征与坡体较为一致,表现出控制性作用;在结构面破坏后,其控制作用明显减弱。对于结构面,其前缘破坏以剪切破坏为主,后缘为拉张和剪切复合型破坏。     

冻融循环作用下砂砾岩微观结构损伤机制研究

以砂砾岩为研究对象,进行开放条件下变温度区间冻融循环试验,利用统计学原理和avizo软件重建三维模型。研究结果表明：岩石冻融劣化的主要原因是未冻水迁移、积聚,水分结晶膨胀导致岩石孔隙扩展、联通;将冻胀均化应力与岩石屈服强度对比,可判断岩石是否发生不可逆变形,便于进行岩石冻融损伤评价;提出温度区间是影响冻融损伤的关键性因素,饱和度为重要影响因素,岩石结构特征为次要影响因素,研究结果可为寒区岩土工程以控制环境温度、湿度及监测岩体结构特征为手段进行建设维护提供理论依据。     

基于“浆–土”界面应力耦合效应的劈裂注浆理论研究

浆液与土体的界面应力耦合效应对土体劈裂注浆过程具有重要影响,劈裂通道宽度由注浆孔向浆液扩散锋面处衰减。基于此,将劈裂注浆扩散过程简化为平面辐射圆,推导了劈裂通道内牛顿流体浆液的扩散运动方程,引入了半无限空间体均匀受力模型并获得劈裂通道宽度控制方程,最终得到劈裂通道宽度及浆液压力的空间分布方程。分析了劈裂通道宽度与注浆压力的空间衰减规律及浆液黏度、土体弹性模量对注浆扩散过程的影响。研究结果表明:注浆压力与劈裂通道宽度的空间衰减趋势具有一致性且均呈现出明显的非线性特征,在注浆孔附近及靠近浆液扩散锋面区域衰减较快;浆液扩散半径与浆液黏度、土体弹性模量负相关。最后通过工程实例对浆脉厚度理论计算值进行了验证,浆脉厚度计算值比现场揭露浆脉厚度实测值大30%左右,计算误差处于可接受范围内,验证了理论的合理性。     

摩擦式岩石锚杆的力学作用与加固效果

<正> 摩擦式岩石锚杆是国外七十年代后期发展起来的新型锚杆,在美国、加拿大、法国和南非等国的地下矿山工程中已得到日益广泛的应用。国内冶金部建筑研究总院、湘东铁矿、湘潭锰矿等单位对这种锚杆进行了系统的试验研究,已在一些矿山和地下工程中推广使用。试验研究和工程应用表明,摩擦式锚杆具有新的工作原理和独特优越的力学特性,结构简单,制作容易,安装方便,质量可靠,用途广泛,经济效益明显,有着广     

土与结构界面力学特性研究综述

土与结构界面力学特性的研究是解决土与结构物相互作用的前提。介绍特殊直剪试验及特殊单剪试验在界面力学特性方面的研究发展状况及研究成果和不同界面单元的优缺点及工程应用情况,不同本构模型及参数选取方法在界面数值计算中的应用,分析和讨论现有界面试验及数值模拟中存在的问题,提出影响界面力学特性因素的定量研究将是未来的研究方向。     

冻融循环对麦积山石窟砂砾岩微观结构损伤机制研究

冻融循环作用是影响麦积山石窟风化的主要原因之一.通过室内试验分析和研究开放条件下麦积山石窟饱水砂砾岩在3种温度区间(-5 ℃～20 ℃,-10 ℃～20 ℃,-15 ℃?20 ℃)冻融循环作用下的波速损失率、质量损失率和抗拉强度的变化规律;采用CT和数字图像处理技术,分析岩样微观结构特征的变化;引入均化应力概念,将结晶...     

富水破碎岩体注浆加固实验与机制研究

 采用模拟富水破碎岩体注浆的方法,开展普通硅酸水泥42.5#(PO.42.5)、硫铝酸盐水泥42.5#(SAC.42.5)和自主研发水泥基复合注浆材料(CGM)的注浆加固效果实验。通过对比破碎灰岩和破碎砂岩试样注浆后结石体的单轴压缩实验结果发现,岩体破碎程度越高,注浆后强度改善效果越明显,岩石孔隙率越大,注浆后韧性增强显著。CGM材料对应注浆加固结石体强度显著高于PO和SAC材料,对多孔隙砂岩的刚性改善效果最优,且结石体沿岩–浆界面产生滑移破坏的概率最小,SAC材料次之,PO材料最差。采用扫描电子显微镜测试手段,分析岩–浆界面过渡区域矿物种类及分布形态,揭示了不同水泥类材料注浆效果产生差异的原因,从微观角度确定了岩–浆界面的胶结类型主控因素为岩石的岩性,与水泥材料类型无关。对于致密度高的灰岩类岩石属于Ollivier-Grandet模型,对于多孔隙砂岩类岩石属于Zimbelinan模型。结合对岩–浆界面过渡区域X射线衍射分析和元素扫描分析结果,证明注浆不仅改善岩石的物理力学性能,还会引发岩石组分发生化学变化,在界面区域生成类岩石矿物,可提高岩–浆界面胶结强度。     

基于桩–岩结构面特性的嵌岩桩荷载传递分析

 嵌岩桩的荷载传递特性主要取决于混凝土–岩石界面的剪切特性。基于桩–岩结构面剪胀及破坏机制,建立适于弱质岩石嵌岩桩侧摩阻力传递模型,求得破坏及弹性条件下桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式,并由此推导出嵌岩桩的临界长度。基于所获得的解答,深入探讨桩侧摩阻力和桩身轴力随深度变化的分布规律,从理论上分析嵌岩桩桩径、桩–岩模量比、剪胀角对嵌岩桩荷载传递的影响,并提出有关设计建议。提出可近似考虑各因素综合影响系数h,可作为嵌岩桩承载性能的宏观控制指标。同等条件下,h值越大,嵌岩桩承载性能越好,能承受的极限荷载也越大。工程算例对比分析结果表明,理论计算与实测结果吻合较好,对嵌岩桩设计有一定参考价值。     

排水性沥青路面结构面层层间界面特性力学及试验分析

通过建立排水性沥青路面结构的三维仿真模型,分析在不同的中面层厚度、层间接触条件以及环境温度的影响下,面层层间界面的力学特性。进而通过排水性沥青路面面层结构的剪切试验,结合有限元计算结果分析评价排水性沥青路面结构层间界面实际使用性能及特点。研究成果为排水性沥青路面的结构设计提供理论分析和试验依据,为路面铺筑施工提供指导意见。     

非均质土层的注浆扩散特性与加固力学行为研究

注浆加固区域土层具有非均质性和原位变异性,土层参数服从一定的分布规律。基于随机分形理论和物性参数关联的特点,构建非均质土层的物性参数随机分布模型。基于Delaunay方法将土层分形网格结点连接成三角形网格,利用三角形面积坐标插值方法实现土层分形网格中动态参数向注浆有限元网格的传递。应用精细化的流固耦合力学模型,考虑土体物性参数动态变化和浆液时变效应的影响进行注浆扩散模拟,分析土层物性参数动态变化规律,研究非均质土层中浆液扩散范围和结石体的真实形态。通过定义不规则结石体的物理力学参数,研究荷载作用下注浆加固地层的应力和变形分布特征。