孔隙结构对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响研究

为探究玄武岩纤维(BF)掺量对混凝土孔隙结构的作用机制,进而影响抗压性能的规律,制作了玄武岩纤维掺量为0、1.5 kg/m~3、3.0 kg/m~3、4.5 kg/m~3、6.0 kg/m~3、7.5 kg/m~3的标准尺寸试块,进行抗压性能试验,得出不同BF掺量混凝土各龄期下的抗压强度。引入核磁共振(NMR)技术,测试不同BF掺量的混凝土孔隙分量结构。通过回归分析表明,随着纤维掺量的增加,混凝土抗压强度呈先增后减的趋势。BF掺量为3.5 kg/m~3时7 d、14 d抗压强度最大,较素混凝土分别增大6.4%和7.6%,BF掺量为3 kg/m~3时28 d抗压强度最大,较素混凝土增加14.1%。NMR试验结果显示,混凝土内部总孔隙率随着BF掺量的增大而增大,混凝土内部总孔隙率达到一定值后导致其抗压强度降低。通过分析抗压试验应力-应变曲线,得出BF混凝土抗压损规律,并对其增强机理进行了简要分析。     

基于CT扫描的混凝土三维细观数值模拟

利用CT对混凝土试件进行扫描,借助MIMICS软件对扫描图像进行三维重构,得到了混凝土三维几何模型;对不同配合比的混凝土与水泥砂浆试件进行了力学试验,得到了数值模型的力学参数;基于所得混凝土三维数值试件参数,在ABAQUS软件中利用塑性损伤模型模拟了混凝土三维数值试件的单轴拉、压加载过程,并将数值模拟结果与试验结果进行了比较。结果表明:该三维数值模型具有合理性。     

风积砂玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究

为研究风积砂玄武岩纤维混凝土的力学性能,通过对一批试块的力学性能试验,研究不同风积砂取代率对玄武岩纤维混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压弹性模量等力学性能的影响规律;并利用核磁共振（NMR）和单晶X-射线衍射（XRD）研究玄武岩纤维风积砂混凝土的孔隙结构和水化反应,分析了风积砂对玄武岩纤维混凝土力学性能的作用机理。试验结果表明：风积砂的适量掺入对玄武岩纤维混凝土的抗压强度影响明显,弹性模量、劈裂抗拉强度均有提升;在各试块中,玄武岩纤维掺量为0.15%,风积砂取代率为20%时试块的力学性能最优;当取代率适当时,风积砂的填充效应及其提供的碱性环境能够促进水化反应,优化混凝土的孔隙率,从而提高混凝土的强度。     

双孔隙压实膨润土的细观导热模型

压实膨润土导热系数是评价核废料处置库散热安全以及计算温度场分布的关键指标,准确预测不同条件下压实膨润土导热系数对于处置库的安全设计具有重要意义.数值模拟是预测土体导热系数的有效途径之一,然而,由于压实膨润土双孔隙结构的复杂性,基于细观数值模拟的压实膨润土导热模型较少.建立了一种适用于双孔隙压实膨润土导热系数的细观模型,...     

礁灰岩孔隙结构表征及关键孔隙节点识别研究

珊瑚礁灰岩作为一种天然的多孔介质,孔隙结构复杂,对其宏观力学及渗流特性均有较大影响。为准确表征珊瑚礁灰岩孔隙结构,并探究其孔隙网络结构特征,以2种海南珊瑚礁灰岩样品为研究对象,利用μCT扫描和三维重构技术,构建礁灰岩的数字化三维模型及等效孔隙网络模型,分析礁灰岩孔隙结构的空间分布特征,并对其孔隙率、孔隙喉道尺寸及配位数等孔隙结构参数进行统计分析。构建礁灰岩内部孔隙结构的拓扑网络模型并开展复杂网络分析,获得礁灰岩孔隙网络的整体和个体属性指标,识别出影响网络特性的关键节点。研究表明：珊瑚礁灰岩孔隙率高、非均质性强,孔隙喉道尺寸及配位数分布符合对数正态分布规律;内部孔隙网络连通性较好,紧密性程度较高,且存在一些重要性较高的关键孔隙节点,对整体网络特性影响较大。     

透水混凝土的细观孔隙结构分析

为了探究不同骨料粒径及不同胶凝材料用量对透水混凝土内部孔隙结构的影响,采用CT扫描技术对不同骨料粒径以及不同胶凝材料用量的试件进行了试验,并使用重构软件对扫描结果进行了二维及三维分析。结果表明：主要影响透水混凝土孔隙结构的因素是骨料粒径和胶凝材料用量;孔隙结构可以看作由孔室和孔喉两部分组成,骨料粒径对孔室的影响较大,孔室的大小随着骨料粒径的增大逐渐向大孔室发展;孔喉面积主要受胶凝材料用量的影响;孔喉面积对透水混凝土的透水率有一定的影响。     

围压对高温后玄武岩纤维混凝土渗透率及孔隙结构的影响

玄武岩纤维混凝土(BFRC)渗透性能对火灾后构件耐久性评估至关重要,开展了高温后BFRC变围压作用下渗透率测试以及孔隙结构变化特征研究,采用围压敏感系数和无因次渗透率分析了变围压过程中BFRC渗透率的演化规律.结果 表明:围压加载过程中,BFRC渗透率呈负指数函数衰减,高温后试件初始渗透率随温度升高呈增大趋势,与基准混...     

冻结岩石细观结构及温度场数值模拟研究

冻结岩石是一种内部结构及其复杂的岩土工程材料,热学特性与其细观结构密不可分.随着计算机技术的飞速发展,数字图像处理技术已经越来越多地应用于岩土工程领域.利用数字图像处理技术建立冻结岩石的细观结构模型,精确地描述页岩内部的空间结构及细观介质分布的几何形态.利用几何矢量转换技术,将细观结构模型转换为有限元物理模型,分析了负温条件下非均质冻结岩石冻融循环过程中的温度场分布规律.数值模拟结果表明:岩石的细观结构决定了冻融岩石温度场的分布形态,对岩石冻融损伤破坏过程产生不可忽视的影响.文章所提出的方法可实现考虑冻融岩石细观结构的冻土热、力学特性的定量分析.     

两种不同集料粒径多孔混凝土的孔隙结构特征研究

利用工业CT对两种多孔混凝土进行了CT无损扫描,分别获取试件的CT扫描图像.利用图像处理技术提取了多孔混凝土的孔隙并定量表征了孔隙结构特征信息.对比分析了括孔隙率、孔隙间距、孔隙面积、孔隙长短轴比及孔隙形状因子等,最后研究了孔隙率与孔隙间距的相关关系.     

岩石直接拉伸与压缩变形的循环加载实验与双模量本构模型

采用一种可对同一岩石试样进行单轴压缩和直接拉伸试验的岩石试样试验装置,对5种岩石进行了压缩和拉伸循环加载试验。结果表明,对于其中压缩平均变形模量ECA较拉伸平均模量ETA大得多的3种岩石(ECA/ETA分别等于2,2.5和6),拉伸下的卸载平均模量ETAUN远大于ETA,且ETAUN约等于ECA。因此,虽然这几种岩石压缩下的变形可近似视为弹性的,拉伸下的变形却是非弹性或塑性的。一些研究者对ET<相似文献   

地下洞室施工开挖三维动态过程数值模拟分析

根据地下洞室施工开挖程序和锚固施工方法 ,提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法。依据岩体破坏特性和弹塑性力学耗散能原理 ,给出了施工开挖动态优化的评估指标和方法 ,并对施工爆破和锚固支护方式等因素进行了模拟分析     

花岗岩峰后力学特性试验与模型研究

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法获得花岗岩峰后软化模量与围压的指数关系式,假定岩石的剪胀角为恒定值,基于塑性理论构建考虑围压及剪胀角影响的岩石峰后应变软化模型;以FLAC3D为平台开发数学模型并进行验证,通过构建马头门巷道数值模型,分析深部围岩在应变软化条件下的破坏特征规律。通过研究可知,花岗岩峰后破坏具有脆–延性转化趋势,在高围压条件下,岩石峰后表现出塑性软化破坏特征,岩石峰后软化模量随着围压的增大而减小;通过FLAC3D进行数值验证可知,构建的应变软化模型与试验数据基本吻合,所建立的应变软化模型具有较高的可靠性;通过数值模拟方法分析深部马头门巷道围岩破坏特征可知,巷道拱顶及拱脚等局部区域出现了塑性剪切应变,与现场巷道围岩破损位置及深度基本相同。     

浅层地温能开发地下水源热泵系统热平衡分析三维数值模型

为了准确模拟预测地下水源热泵系统运行期间的地下水渗流场与温度场的变化规律,避免未来地下水源热泵系统运行期间出现的冷热贯通现象,科学合理地设计地下水源热泵系统。本文以河北水勘院正定基地地下水源热泵示范工程为例,建立了地下水渗流与热量运移三维耦合数值模型,并结合未来地下水源热泵系统的运行工况,预测分析了不同条件下未来地下水源热泵系统的热平衡发展趋势。结果表明,该示范工程地下水源热泵系统宜采用温差为10℃的运行方案,且抽水、回灌井间距大于等于80m的设计运行方案能有效地避免未来运行过程中的冷、热贯通现象。     

Physical model tests and numerical simulation for assessing the stability of brick-lined tunnels

Nowadays, numerical modelling is increasingly used to assess the stability of tunnels and underground caverns. However, an analysis of the mechanical behaviour of existing brick-lined tunnels remains challenging due to the complex material components. In order to study the mechanical behaviour of the masonry in brick-lined tunnels, this paper reports a series of small scale physical tunnel model tests to represent the true behaviour of a real tunnel under extreme loading. Advanced monitoring techniques of laser scanning and photogrammetry are used to record tunnel deformation and lining defects. This investigation shows how these techniques may substitute or supplement the conventional monitoring procedures. Moreover, numerical analyses based on continuum and discontinuum approaches are carried out. The numerical results are compared with physical model tests to assess the overall stability of these tunnels. Predictions using numerical models under various conditions have also been carried out to show the mechanical behaviour of masonry tunnel and to quantify the influence of the boundary and loading conditions.     

非均匀性岩石破坏过程的三维损伤软化模型与数值模拟

通过建立岩石三维细观损伤软化力学模型,结合统计技术考虑岩石细观非均匀性,编制了岩石破裂过程分析软件RFPA3D,模拟了单轴压缩下不同细观残余强度下的三维应力场变形场分布以及破坏形态,分析了细观结构非均匀性和残余强度对岩石损伤软化过程和宏观力学性能的影响。结果表明,岩石损伤破裂过程中应力–应变关系、残余变形特征和峰值强度不仅与结构相关,而且与细观损伤软化模型、细观非均匀性和残余强度紧密相关。     

土石坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟

利用溃坝离心模型试验系统,分别对3种不同坝高均质土石坝（最大坝高达32.0 m）及坝高为16.0 m的黏土心墙坝开展了漫顶溃坝试验研究,清楚地揭示了其溃决机理、溃口发展规律。结果发现,对于均质土石坝,随着坝高的增加,溃口的纵向下切与溃口边坡的失稳坍塌速度明显加快,溃口流量过程线更为陡峭,峰值流量增大,且峰值流量出现时间更早,溃坝历时更短;黏土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,黏土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大。基于上述试验结果,分别提出了描述均质土石坝和黏土心墙坝溃坝过程和计算溃坝洪水流量过程的数学模型,并建议了相应的数值计算方法。数值模拟与试验结果的对比证明了建议溃坝数学模型的合理性。     

Triaxial extension and tension tests on lime-cement-improved clay

This paper presents the results of a series of undrained and drained isotropic consolidated triaxial extension, tension and compression laboratory tests on lime-cement-improved very soft clay. The main objective of these tests was to investigate the material strength and stiffness properties for stress conditions similar to those expected on the passive side of excavations where a retaining structure is supported by Deep Mixing columns. The different stress paths to failure were obtained by varying the directions of the major and minor principal stresses in a conventional triaxial test cell. The undrained tests conducted at low consolidation stresses, corresponding to depths of approximately 0–10 m below the ground surface, revealed significant differences in undrained strength depending on the directions of the major and minor principal stresses, indicating anisotropic material behavior. Based on the undrained triaxial test results, the relationship among the undrained strength, the effective consolidation stress and the over-consolidation ratio (OCR) is presented for different stress paths to failure.The experimental data from the drained tests show that a failure surface comprised of a shear failure function based on the Mohr-Coulomb failure criterion and a tensile failure function based on the tensile strength and the confining stress can be applied for lime-cement-stabilized clay.     

玄武岩残积土的电阻率与直剪强度关系

西南地区的玄武岩残积土具有结构性强、孔隙比大、塑性指数高等不良工程特征,其原位地基承载力较高,但遇水后强度降幅较大。依托在建的贵州省毕节一威宁高速公路工程,运用现场原位测试、室内试验和理论分析等手段,测试了玄武岩残积土的电阻率和工程特性指标,讨论了以玄武岩残积土电学特性评价其工程特性的可行性,最后通过对比现场高密度电阻率法的实测结果,证实了以玄武岩残积土的电阻率评价其工程特性是可行的。     

基于离心模型试验与数值计算的超高陡加筋土填方边坡稳定性分析

山区机场建设中会出现超高陡(高度达百米且填方坡比陡于1︰1)的加筋土填方边坡方案,针对这类填方边坡稳定性方面的研究较少.以云南某机场的超高陡加筋土填方边坡方案为例,通过大型土工离心模型试验及数值计算开展天然工况下这类加筋土填方边坡稳定性的研究,获得的主要成果:①边坡变形破坏以填方土体局部开裂、面板鼓胀和抗滑桩略微外倾为...