干湿循环条件下有机聚合物复合黏土保水与开裂特性研究

针对添加不同浓度有机聚合物的复合黏性土开展室内干湿循环蒸发试验,通过记录试验过程中试样的含水率变化以及获取裂隙发育特征图片,以研究聚合物浓度的变化、干湿循环次数对黏性土内部的水分变化以及干缩开裂的影响.试验结果表明:(1)黏土干燥失水过程主要分为三个阶段,土体内部水分散失主要发生在常速率蒸发阶段,由于聚合物与水反应所形...     

三门峡地区黄土状粉土静力学特性试验研究

以三门峡地区黄土状粉土为研究对象,通过控制重塑土样的干密度及含水率制备不同状态的试样,在非饱和土三轴仪上采用不排水试验法,对试样的静力学特性进行试验研究.试验结果表明:试样的基质吸力、水分状态及密度对土的力学性质有着重要影响,相同围压下土体破坏偏应力随着基质吸力的增大而升高;试样的黏聚力随含水率的增加而减小,且减小幅度在不同含水率区间有不同的变化规律;内摩擦角随含水率的增加呈现出先增加后减小的变化规律,并且其变化曲线出现双峰值点;试样的黏聚力及内摩擦角均随干密度的增加而增大,但不同的是黏聚力与干密度的关系曲线可用双曲线模型拟合,而内摩擦角与干密度的关系曲线呈现出非线性的变化规律.     

水泥回转窑简体裂纹模型的建立和安全评定

回转窑是水泥生产系统的关键设备之一,其服役状况直接影响水泥的产量和质量.针对某水泥回转窑筒体焊缝沿筒体轴线方向开裂问题,对轮带与筒体进行力学分析,得出引起垫板处筒体焊缝开裂的应力主要包括弯曲应力、温度应力、残余应力等.结合断裂力学和弹塑性力学构建筒体焊缝裂纹的力学模型,按应力强度因子建立筒体焊缝的断裂判据,对裂纹进行安全评定,并通过现场裂纹统计证实了模型和评定的准确性,裂纹临界尺寸为141 mm.     

压实黏土膨胀与收缩特性试验研究

为了研究压实黏土遇水膨胀与失水收缩特性,开展了压实黏土的膨胀与收缩试验。试验结果表明,土样的压实度和初始含水率对其膨胀与收缩影响显著。压实黏土样的膨胀量随浸水时间延长基本呈现“S”型增大。压实黏土的干缩在初期属于正常收缩;在失水干缩后期,干缩体积小于失水体积,收缩量随时间变化为下凹型曲线;最后进入稳定的零收缩阶段。压实密度越大,收缩率越小;初始含水率越高,收缩率越大。压实黏土的干缩变形具有显著的各向异性。此研究对干旱及半干旱地区黏土干缩开裂机理的研究提供理论基础。     

干湿循环作用下膨胀土表观胀缩变形特性

为揭示不同上覆压力及含水率幅值条件下膨胀土胀缩特性及表观不可逆变形,开展了干湿循环作用下膨胀土表现胀缩变形特性试验研究.从微观的角度分析了膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性及产生裂隙的原因;探讨了不同压力及含水率循环幅值条件下,膨胀土试样高度、相对膨胀率、相对线缩率、随含水率及循环次数的变化关系以及试样表观相对不可逆变形量与累计不可逆变形量随循环次数的变化关系.研究结果表明:膨胀土吸水膨胀失水收缩是土颗粒间水体变化叠加的直观反应,也是土体内部产生裂隙的主要诱因;膨胀土失水收缩过程中,基质吸力以最大程度限制含水率减小的方式逐渐增大;不同压力作用下,试件高度随含水率呈线性变化关系,而无压力作用下的变化关系波动较大;随着循环次数的增加,膨胀土相对膨胀率逐渐减小,而相对线缩率先增大后减小,且上覆压力越大,相对膨胀率越低;不同含水率幅值范围内的相对膨胀率与相对线缩率随着循环次数的增加具有逐渐减小的趋势;不同压力作用下,含水率为15%时,膨胀土的累计不可逆变形随着循环次数的增加逐渐增大,而在含水率为25%时其反而逐渐减小.     

干湿循环对合肥地区膨胀土渗透特性的影响

合肥地区膨胀土在干湿循环下,土体裂隙不断发育,其渗透特性也随之变化,也常常会影响到膨胀土的蓄水能力。这种情况会加速雨水的汇流,对于城市排水管网的过流能力造成冲击。因此,通过模拟土体的干缩湿胀,测定其初期含水率,液限、塑限、变水头渗透系数等实验方法,并运用MATLAB处理裂隙图片,用裂隙度来表征在干湿循环下,膨胀土裂隙发育对膨胀土渗透性能的影响。     

XYY型生物聚合物改良黏土抗开裂及抗冲刷特性研究

为探究XYY型生物聚合物改良黏土抗开裂及抗冲刷特性，进行若干开裂及冲刷试验。试验结果表明：在干燥条件下，随着生物聚合物的掺入，试样的抗开裂特性明显改善，生物聚合物的掺入增强了土体的抗拉强度，使其大于试样因干燥脱水而产生的张拉应力，试样随生物聚合物掺量的增加由发生开裂转变为脱水聚缩，且试样残留的含水率随生物聚合物掺量的增加而增加，XYY型生物聚合物的掺入增强了土体的保水性。素土试样在冲刷后，发现明显的冲蚀破坏痕迹，冲刷率达49.56%，而生物聚合物改良土冲刷后结构仍较为完整。当生物聚合物掺量达2.0%时，试样的冲刷率仅为0.81%，说明生物聚合物改良后黏土拥有良好的抗冲刷效果。同时微观机理分析得出，XYY型生物聚合物可以有效填充黏土颗粒间的空隙，使其结构更加紧密，能有效改良黏土的抗开裂和抗冲刷特性。     

红粘土抗剪强度的水敏性研究

为了研究红粘土的地域性特征及红粘土抗剪强度的水敏性,以广梧高速云浮段红粘土为试样,进行一系列基础试验,并绕过量测基质吸力,采用考虑不同含水率的变化研究其抗剪强度水敏性.试验结果表明,该红粘土具有高含水率、高液限、高塑性、缩胀性、裂隙性、高孔隙比、低压缩性和"假粉性"等特点;红粘土应力-应变曲线为强化型曲线,高含水率和低...     

膨胀土边坡土工膜防护方案试验研究

为了进一步研究采用土工膜防护方案的膨胀土边坡在降雨和蒸发过程中水分分布规律,验证土工膜防护方案的可行性,进行土工膜防护方案的室内模型槽试验,在人工条件下对膨胀土边坡进行降雨和蒸发的若干次循环,并测量试验过程中模型边坡不同深度含水率的变化。结果表明:土工膜在降雨过程中阻碍了雨水入渗膜下土体,使得膜下土体保持较低含水率,在土水特征曲线上对应较高吸力,这将使土的有效应力增加,增强了边坡的稳定性;坡顶土工膜覆盖在7~10 m范围时,边坡边缘及其下部土体能够不受雨水入渗和蒸发的干扰,始终保持较高吸力状态。     

多因素影响的免像控倾斜模型质量分析

游离氧化铁对红黏土力学特性存在显著影响, 为分析其影响机理, 采用柠檬酸钠、碳酸氢钠和连二亚硫酸钠的混合溶液(DCB 法)去除红黏土中游离氧化铁, 以去除和未去除游离氧化铁红黏土为研究对象, 通过室内试验研究了两种试样的土水特征曲线、不同含水率条件下的抗剪强度和失水收缩特性。结果表明: 吸力在较高范围内, 同一含水率时去铁红黏土的基质吸力和总吸力整体高于未去铁红黏土的基质吸力和总吸力; 红黏土无论在去游离氧化铁还是未去游离氧化铁时其试样的渗透吸力都很小, 几乎可以忽略; 基质吸力的影响导致红黏土抗剪强度随含水率增大而降低, 去铁过程减小土颗粒胶结效应引起红黏土抗剪强度 明显下降, 主要表现为有效黏聚力的下降。去铁后红黏土收缩率明显高于未去铁红黏土, 主要归结于游离氧化铁胶结土颗粒作用抑制其收缩。     

微观尺度下州桥遗址土干缩劣化机理分析

土遗址作为一种特殊的研究对象,探明土样结构的 干缩裂隙的演化规律,对合理保护土遗址具有重要意义。为研究州桥遗址土的干缩变形特性,开展了室内干缩试验;为能更深入地揭示土样干缩开裂与表面张力变化的内在机制,引入了表面张力梯度参数;基于SEM图片在ABAQUS软件中建立州桥遗址土在微观模型并进行了裂隙演化模拟。结果表明：土样裂隙演化过程可归纳为：拉应力场、单根主裂隙、二级水平、三级纵深裂隙、裂隙网络的形成。拉应力场与单根主裂隙持续时间长,而二级水平、三级纵深裂隙持续时间短;裂隙类型产生的机制归纳为：局部剪切、局部拉伸及局部混合拉伸-剪切三种形式,随着裂纹的发展,逐渐由拉伸作用力向混合拉伸-剪切作用力发展,主裂缝垂直于受力面向外延伸开裂;因水分子迁移路径长度不同,上层土样较更深处的土样更易产生较大的收缩变形,并引起纵深裂隙的发展,随着水分迁移路径趋于稳定,水平裂隙成为土样裂隙发展的主要因素;分析裂隙率玫瑰图发现,上半部分的土样裂隙率普遍比下半部分低,并且裂隙多集中与90°与270°方向上,表明微毛细孔隙及土样内部收缩过大是产生裂隙的原因;归一化结果表明该模型能较好地反映州桥遗址土微观损伤的产生和演化发展情况。研究结果对州桥遗址土裂隙修复与保护具有参考意义。     

Theoretical and experimental study of initial cracking mechanism of an expansive soil due to moisture-change

Swelling and shrinkage due to moisture-change is one of the characteristics of the expansive soil, which is similar to the behavior of most materials under thermal effect. If the deformation is restricted, stress in expansive soil is caused by the swell-shrinking. The stress is defined as “moisture-change stress” and is adopted to analyze swell-shrinkage deformation based on the elasticity mechanics theory. The state when the total stress becomes equal to the soil tensile strength is considered as the cracking criterion as moisture-change increases. Then, the initial cracking mechanism due to evaporation is revealed as follows: Different rates of moisture loss at different depths result in greater shrinkage deformation on the surface while there is smaller shrinkage deformation at the underlayer in expansive soil; cracks will grow when the nonuniform shrinkage deformation increases to a certain degree. A theoretical model is established, which may be used to calculate the stress caused by moisture-change. The depth of initial cracks growing is predicted by the proposed model in expansive soil. A series of laboratory tests are carried out by exposing expansive soil samples with different moisture-changes. The process of crack propagation is investigated by resistivity method. The test results show good consistency with the predicted results by the proposed theoretical model.     

沥青路面反射裂缝机理及夹层结构应力分析

目的 研究反射裂缝对面层结构内部应力的影响及应力吸收层模量对裂缝尖端应力的影响.方法 采用断裂力学理论对路面裂缝的形成和扩展进行分析,利用有限元软件ANSYS对路面结构进行数值模拟,研究沥青结合料路面反射裂缝产生机理.结果 有裂缝的路面结构在裂缝尖端处的剪应力和拉应力均有突变,裂缝尖端的应力场有明显的奇异性.在车辆动载的作用下,半刚性基层裂缝尖端剪应力的奇异性导致裂缝反射到沥青面层上.结论 选择低模量、抗剪切能力强的应力吸收层能够抑制剪切型反射裂缝的发展.     

考虑抗拉强度时非饱和土的干燥裂缝深度

根据弹性理论和增量理论，应用非饱和土的双应力状态变量表示方法和饱和度与基质吸力之间的关系．建立了非饱和土在考虑抗拉强度和密度随基质吸力改变而变化情况下干燥裂缝深度的方程。研究表明裂缝深度不仅与内因即众多土参数有关而且与外因如地下水位有关；地下水位下降到某一深度时并不引起裂缝，这比文献[1]方法即认为只要地下水位低于地表就存在裂缝更符合实际。以上结是的原因在于合理考虑了土的抗拉强度和密度变化。     

节理岩体断裂破坏强度计算及工程应用

由于地质构造的影响 ,节理岩体通常处于压剪应力状态 .本文根据压剪应力场中节理裂隙扩展断裂破坏机制 ,通过附加张应力研究了节理扩展相互作用对岩体断裂强度的影响 ,推导出了节理岩体的断裂破坏强度计算公式 ,并将该强度模型用于指导一大型山体隧道工程的设计和施工 ,取得了显著效果 .     

清水压裂多场耦合下裂缝扩展规律数值模拟分析

利用室内实验测试研究层段页岩储层的物性参数、岩石力学参数和天然裂缝分布特征参数,建立了清水压裂过程中缺陷性岩体应力场—损伤场—渗流场耦合本构模型和破坏准则。通过Comsol软件进行有限元数值模拟,分析地层分别在拉伸和压剪应力下裂缝的扩展规律,天然裂缝系统开启时,页岩储层水力压裂可以形成人工裂缝网络。当水力裂缝扩展至天然裂缝时,裂缝的宽度有明显的增加,且水力裂缝方向发生改变,沿天然裂缝两翼的其中一翼扩展,另外的一翼并没有扩展。天然裂缝间存在着明显的互相干扰。多裂缝产生的过程是从多个小裂缝向少数大裂缝发展的过程,最终的裂缝条数取决于裂缝之间的连接性;地应力、天然裂缝、射孔井段、射孔方式、地层倾角、施工排量与液体黏度等,是影响多裂缝形成的主要因素。     

大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征计算

大型地下结构物的渗漏问题一直以来都较难解决,作为主要构件的混凝土底板其裂缝宽度和数量直接决定整个地下结构的渗漏严重程度,目前关于底板开裂后的裂缝分布特征研究还较少。作者以解析方法得出不断增大的温度及收缩效应下混凝土底板的裂缝出现位置、宽度及间距表达式,实现对裂缝分布特征的描述。假定滑脱钢筋表面受均匀摩擦力（为混凝土抗拉强度）,滑脱临界处混凝土为极限拉应变（约100×10^-6）的情况下,求解出钢筋拉力、滑脱长度、钢筋变形量等参数之间关系式。把滑脱钢筋作为边界条件,带入通解,计算第一条裂缝的宽度及新底板块体内位移和应力分布。在已发生裂缝位置和滑脱钢筋刚度恒定的情况下,从坐标原点和端部的块体向某裂缝处叠加计算,得出该处底板块体的新组合刚度和自由位移值,进而求解应力重分布后的裂缝宽度。持续增加温度与收缩应变,计算新裂缝出现后的底板块体组合刚度、最大拉应力值,存储已有裂缝位置和滑脱钢筋刚度,用于下步计算。循环计算过程,直至应变的上限值,得出整块底板的多条裂缝宽度和间距,建立大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征的计算方法。最后以尺寸80 m×20 m×0.4 m的混凝土底板为例,持续施加0～350×10^-6的温度或收缩应变,实现裂缝5次出现时分布特征的计算。     

现浇钢筋混凝土楼板板角斜裂缝分析

针对目前现浇楼板角部多出现斜裂缝的现象,结合工程实例对板角45°斜裂缝进行了着重分析,并采用解析分析计算收缩应变和温度应变以及在板角1/8跨范围的最大主拉应力,且指出墙体与楼板混凝土的收缩差以及二者之间的温差在楼板中所引起的温度收缩应力是板角开裂的主要原因,为工程实践提供理论依据.     

断裂力学在强度计算中的应用研究

根据断裂力学理论,任何承受疲劳载荷的构件实际上不可避免的存在裂纹或缺陷,从而产生脆性断裂.断裂力学建立了裂纹尺寸、应力或应变水平及材料断裂韧性三者间的定量关系.本文对线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学校验元件强度及有裂纹容器寿命的估算方法进行了研究.     

围压作用下混凝土的静动力细观破坏机理

为了解释围压作用下混凝土静、动力力学性能发生变化的物理机制，根据不同围压下混凝土的宏观破坏现象，通过研究知低围压下断裂力学适于混凝土强度的分析，而高围压下需要借助塑性力学工具.根据混凝土材料的细观结构，揭示了低围压作用下混凝土中微裂纹的开裂、扩展、串接直至破坏的细观损伤过程和破坏机理.利用线弹性断裂力学，考虑主控裂纹之间的相互作用，建立了低围压条件下混凝土静力强度的预测模型；利用断裂动力学，考虑裂纹扩展速度对其应力强度因子的影响，建立了低围压条件下混凝土动力强度的预测模型.理论模型的计算结果表明，加载速率影响围压作用下混凝土的抗压强度，加载速率越快混凝土动力抗压强度提高得越多，但随着围压增大，混凝土动力抗压强度增强系数减小，模型结果与宏观试验现象一致.