动荷载下饱水沥青路面黏弹性分析

为深入剖析沥青路面动水损坏机理,基于多孔介质理论,建立饱水沥青路面有限元模型,比较分析面层为弹性和黏弹性,以及面层饱水和表面层饱水的动力响应,并分析孔隙水压力峰值的发展规律和周期荷载对孔隙水压力的影响。结果表明,黏弹性面层的竖向变形和负孔隙水压力较大,正孔隙水压力较小,面层底部未出现水平拉应力;孔隙水压力峰值的大小及出现的位置发生改变,正、负孔隙水压力峰值出现的最终位置分别在底基层内和下面层内;与路面完全饱水相比,面层饱水和表面层饱水的竖向变形较大,面层饱水的面层层底的负孔隙水压力较大,而表面层饱水的表面层底负孔隙水压力较小;周期荷载的作用使孔隙水压力出现明显的周期性正、负交替,面层间的负孔隙水压力峰值变化率较基面层间的大。据此分析得出,面层特性对饱水沥青路面的动力响应有较大影响,面层饱水对基面层的损害严重,沥青路面的水损坏主要发生在面层的中下部。     

饱水沥青路面动力响应的空间分布分析

水-荷载的耦合作用是沥青路面早期损坏的主要原因之一。首先基于饱和多孔介质理论,建立饱水沥青路面动力响应分析的三维有限元模型,并给出了荷载作用形式、边界条件和材料参数;而后对比分析了动态荷载作用下,饱水沥青路面和无水沥青路面的竖向位移、竖向应力、剪应力和孔隙水压力的空间分布情况。结果表明,与无水状态相比,饱和状态下沥青路面的应力场和位移场都发生了变化,且出现了较大的孔隙水压力的正负逆转,这种孔隙水压力的反复作用将导致集料和沥青粘结的破坏。     

碎石化层孔隙水压力研究

旧水泥混凝土路面再生技术之一——碎石化已经被广泛应用于道路工程中,但碎石化层孔隙水压力因加载方式不同对路面基层的影响则不同。因此,建立了饱水状态下碎石化层有限元模型,得到了动荷载作用下碎石化层孔隙水压力,并分析了对孔隙水压力的影响因素,对4种典型结构的孔隙水压力进行了对比。研究结果表明:在加、卸载过程中,碎石化层顶部孔隙水压力从正值变化至负值;计算点位自上而下选取时,孔隙水压力峰值先减小后增加,然后再减小;碎石化层顶部孔隙水压力随着面层厚度和模量、基层模量的增加而减小,随着基层或面层渗透系数、荷载以及车辆行驶速度的增加而增加。     

地铁列车振动荷载对穿越泥水盾构泥膜渗透系数的影响

泥水盾构穿越饱和砂土地层中的运营地铁时,在地铁列车振动荷载的作用下,开挖面前方土体中会产生超孔隙水压力,从而降低泥膜承受的压力差,使泥膜回弹,渗透系数增大,进而影响开挖面稳定。通过动三轴试验,研究了不同类型砂土在地铁列车振动荷载的作用下的超孔隙水压力增长规律,并利用改进的Kozeny-Carman公式分析了其对泥膜渗透系数的影响。研究表明:地铁列车振动荷载振幅与在其作用下产生的砂土最大超孔隙水压力之间的关系可用指数函数表示;砂土中粗颗粒间的孔隙起控制作用时的最大动孔压比和泥膜最大渗透系数增大比约为细颗粒间的孔隙起控制作用时的最大动孔压比和泥膜最大渗透系数增大比的50%和60%;当动应力比不大于0.15时,振动荷载振幅的增大对最大动孔压比的增加影响并不明显;相对密实度对最大动孔压比的影响并不明显;卸荷程度相同时,轴向卸荷比水平卸荷对最大动孔压比的影响约大一倍;一般情况下,地铁列车振动荷载最大可使泥膜渗透系数增大约15倍;当泥膜渗透系数不大于7.73×10-8 cm/s时,可不必考虑运营地铁列车振动荷载对泥膜渗透系数的影响。     

沥青路面水损害分析

针对沥青路面水损害问题,运用轴对称有限元方法分析了标准轴栽作用下沥青路面层内孔隙水压力的变化规律及其对沥青路面结构应力状态的不利影响。研究结果表明,孔隙水压力致使沥青与集料剥离,并引起沥青路面内部开裂,从而造成沥青路面过早破坏。     

尾矿料的动强度特性试验研究

通过对某尾矿坝料进行固结不排水动力三轴试验。对两种尾矿料在不同围压和固结比应力条件下之动强度、孔隙水压力及轴向应变的变化进行了研究。试验结果表明,在循环振动荷载下,对同一固结比,动剪应力随围压的增大而增大,同一围压下,动剪应力随固结比的增大而增大。孔隙水压力的增长主要发生在振动前期,固结比对孔隙水压力的增长影响明显,同时试验结果可用双曲线较好地进行拟合。在低固结比条件下,轴向应变1%附近存在应变突增点。试验研究成果为该坝的动力稳定性分析提供了参数,也为后续尾矿料的动力特性研究提供参考。     

水应力耦合对沥青路面动态力学性能的影响

建立了可描述沥青路面损伤程度的水—应力耦合模型,并分析了车辆移动荷载作用下路面分层结构的应力分布,如水平应力、垂直应力和剪应力,从理论上研究了其渗透性、路面模量和路面厚度对沥青路面孔隙水压力的影响。研究结果表明:提高沥青路面抗孔隙水压力变化的稳定性对改善其性能和耐久性具有重要作用;应力分布在较深区域更集中,增加路面厚度有助于延缓车辆荷载引起的垂向应力,路面渗透性对饱和沥青路面的稳定性具有显著影响。     

不规则动荷载作用下砂土孔压特性试验研究

以多组人工调制的不规则正弦波荷载作为输入荷载,对饱和松砂开展一系列动三轴试验,探讨应力时程中不同脉冲幅值和脉冲顺序对砂土孔压特性的影响。试验结果表明,出现更早、幅值更大的应力脉冲更易导致孔隙水压力的发展,同时也更易诱发砂土液化。进一步地,峰值应力之前和之后的脉冲波组对孔压发展的影响有所不同。此外,不同荷载模式下,饱和松砂动孔压比与振次比存在近似唯一关系。根据砂土孔压特性,引入单位体积剪切功并考察其与超静孔压的内在关联,得到了孔压比与正交化剪切功的归一化关系。这一关系具有应力路径无关性,受动荷载不规则性影响较小,但与材料特性即土体种类有关。     

新型预应力单层柱面网壳的静力特性和参数分析

利用大型有限元软件ANSYS建立了新型预应力单层柱面网壳结构的有限元模型,分析了特定初始参数下新型预应力单层柱面网壳结构在不同竖向荷载工况作用下矢跨比、撑杆高度等结构参数的变化对结构静力特性的影响,较深入地研究了结构大节点位移和大应力的变化规律,以供参考。     

多向地震荷载对砂土震陷的影响

利用有限元数值方法模拟不同类型砂土在多向地震荷载输入条件下的动单剪试验,采用弹塑性边界面模型,通过室内动单剪试验实测结果确定模型参数,选取包括大震、中震、近场、远场以及不同土质条件的148组具有完整记录的多向地震荷载时程对不同类型砂土试样进行单向和多向加载,分别进行应力和应变控制式动单剪试验,计算分析震级、震中距以及砂土特性不同的条件下多向地震荷载对砂土震陷问题的影响。结果表明：多向地震荷载对砂土震陷的影响具有较大的不确定性,多向和单向水平地震荷载引起的砂土竖向应变比与震级、震中距和砂土特性密切相关,震级越大,竖向应变比越大;震中距越大,竖向应变比越小;砂土相对密度越大,竖向应变比越大。另外,在应力控制和应变控制荷载试验条件下,多向和单向水平地震荷载引起的砂土竖向应变比差异较大,前者比值大于后者。     

不同真空加载条件下吹填土固结特征

在吹填土加压固结过程中,吹填土的固结过程与真空加载过程密切相关。为了分析吹填土固结强度增长过程与真空荷载条件的关系,本文在室内开展了真空加压砂井下排水方式的吹填土固结试验。试验结果表明:吹填土固结与渗透路径的长短、荷载大小、真空泵的容量、荷载持续时间密切相关;在加固初期,由于蒸发等环境因素的影响,各参数表现出两端小、中间大的特征;随着真空荷载作用时间延长,距离竖向排水体一定距离的土体各工程地质参数的变化情况与深度不相关;距离排水体较近的土体孔隙水压力变化明显,施加荷载孔隙水压力按照一定幅度下降,持续施加荷载一定时间,孔隙水压力消散幅度不断减小。在加固时应做好加荷过程的控制,以期在较短时间内达到预期的加固效果。     

循环孔隙水压力作用下饱和砂土变形的试验研究

波浪荷载的作用会在近海砂体基础中产生循环孔隙水压力,研究循环孔隙水压力作用下砂床土体的力学行为对海岸和近海工程有重要意义。本文选用福建标准砂为研究对象,自动控制水压力发生装置作为动力源,通过固结不排水三轴试验,研究分析了在循环孔隙水压力作用下影响饱和砂土变形性能的试验参数。试验结果表明,当固结应力比、频率较大,而相对密度较小时,试样有较大的变形,更容易发生破坏。最后,绘制了试样轴向应变与动孔隙水压力系数的关系曲线,并分析了曲线的变化规律。     

钢框架开洞钢板剪力墙滞回性能分析

利用有限元软件ANSYS建立了单跨两层钢框架-开洞钢板剪力墙结构的有限元模型,对模型进行滞回性能分析,获得不同高厚比、不同开洞大小、不同竖向荷载下的滞回曲线,结果表明:随着钢板厚度的增加,结构的耗能能力逐渐提高;随着钢板洞口宽度的增加,结构的耗能能力逐渐降低;当竖向荷载较小时,不同竖向荷载对结构的滞回性能影响很小。     

从变形、水量变化和强度三方面验证非饱和土的两个应力状态变量

为了验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测体变和含水率的精度;用加荷器施加轴向荷载,可以方便地控制偏应力。在笔者前期用各向等压试验验证非饱和土的两个应力状态变量的基础上,使用改进的非饱和土三轴仪和重塑Q_3黄土做了两类验证试验:第一类是两组控制净围压、偏应力和吸力的固结不排水剪切试验,第二类是3组控制净围压和吸力的固结排水剪切试验。在第一类试验中,等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压、吸力和偏应力本身不发生变化,发现试验过程中土样的体积变化和含水率变化均非常小,可以忽略不计。第二类试验的每一组包含两个控制净围压和吸力分别相同的固结排水剪切试验,其中一个试样在固结完成后直接进行排水剪切试验,另一个试样在固结完成后等值增加总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压和吸力本身不发生变化的条件下进行排水剪切试验,发现二者的抗剪强度、剪切过程中的体积变化、排水量和广义剪应变都分别十分接近,可以认为两两相等。研究结果从变形(包括体应变和剪应变)、水量变化和强度3个方面说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,进一步夯实了非饱和土力学的应力理论基础,为非饱和土的两个应力状态变量理论提供了牢靠的试验依据。     

反压对土体强度特性的影响试验研究及其影响机理分析

为提高试样饱和度,室内试验普遍采用反压饱和法,但现行规范中对其反压大小未做具体规定。该文利用竖向-扭转双向耦合剪切仪及全自动真三轴仪,针对福建标准砂(相对密实度30%、58%、70%)及细砂,进行了不同反压下单调排水与不排水剪切试验,分析不同反压下砂土的应力-应变关系、超静孔隙水压力发展规律。试验结果表明：反压对剪胀性砂土的固结不排水剪切强度具有显著影响,且剪胀性越大,其影响更显著;反压对剪缩性砂土的不排水抗剪强度影响不显著;反压对砂土固结排水抗剪强度的影响相对较小;反压对砂土有效抗剪强度指标基本没有影响。本文认为反压对剪胀性砂土的固结不排水抗剪强度产生影响的原因是：反压不同时,土体中的气液混合体的体积模量并不相同,因此相同的体胀趋势或相同的体积回弹下所引起的超静孔隙水压力不同,进而直接影响有效围压及其砂土抗剪强度;而土体发生剪缩时,气液混合体越接近刚体,其体积模量对反压的依赖性越小,因此,相同的剪缩趋势或相同的体积压缩量下,所产生的超静孔隙水压力与反压的大小没有显著的依赖关系,因此在剪缩状态下,反压对砂土的应力-应变关系及抗剪强度没有显著的影响。在固结排水试验中无论反压设定多大,不存在超静孔隙水压力,有效围压与反压大小无关,因此反压对砂土排水抗剪强度没有显著影响。     

地震荷载作用下海底管线周围砂质海床 的稳定性分析

地震荷载作用下海床液化是海底管线失稳的主要原因之一.建立地震荷载作用下海底管线周围砂质海床液化问题的有限元模型,利用先进的土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪,将在不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式作为考虑地震循环作用所引起的孔隙水压力源项引入到二维动力固结方程中,基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解,得到地震荷载作用下砂质海床中累积孔隙水压力的发展过程与变化规律.通过变动参数计算研究砂质海床土性参数和管线几何尺寸对由地震所引起的管线周围海床中累积孔隙水压力分布的影响,进一步对管线周围砂质海床的液化势进行评判.通过计算分析发现,土的渗透系数对由地震所引起的管线周围砂质海床中的累积孔隙水压力比具有显著影响,而管线半径只影响管线周围海床的累积孔隙水压力比分布,在离开管线一定距离之外,其影响可以忽略.     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压模型的数值模拟

通过不同循环加载条件下的模型模拟试验、现场原型监测试验及理论分析,研究在交通荷载条件下,动孔隙水压力累积特性及发展规律.试验取得了交通荷载作用下路基土动孔隙水压力产生、发展、累积的宝贵资料;利用FLAC3D对孔压模型进行了数值模拟,并与试验所取得的孔隙水压力曲线进行了对比分析,得出了数值模拟的结果是准确有效的.     

公路隧道隧底结构水害机理研究

针对目前普遍存在的隧道路面渗漏水现象,基于多孔介质理论,通过建立隧底结构FLAC3D流固耦合数值计算模型,分析了隧底结构形式、孔隙率在交通荷载作用下的动水压力响应特征。研究结果表明:动水压力长消存在一定的规律性,负动孔隙水压力形成的泵吸作用是隧底结构水害发生的根本原因。隧底采用仰拱结构能够有效降低动水压力峰值,大幅降低负动孔隙水压力(泵吸力);无仰拱模式下,孔隙率是影响动水压力的一个重要因素,动孔隙水压力随着孔隙率的增加而增大;车辆荷载对隧底水害发生的影响较大,且超载引起的动水压力峰值最为显著,是造成公路隧底水损坏的主要荷载来源。     

冻压条件下冻融软土孔隙特征与动力特性分析EI北大核心CSCD

杭州软土地区地铁联络通道建设多采用冻结法施工,在整个冻结范围内,不同区域的土体冻融期间承受不同冻结温度与冻融压力。通过自主研发土样制作仪器,得到不同组合冻结条件的试样,再基于核磁共振试验,研究冻融土在不同冻结压力、冻结温度以及加载情况下精确孔径分布特征曲线变化规律,并结合动三轴试验深入探究以孔压、应变以及刚度为代表的动力特性。最终,建立以一次对数为基础的动孔压预测模型,该模型参数物理意义清晰,能较好地预测不同冻融条件下软土动孔压发展。研究结果表明:随着冻结温度的降低,孔隙中的水冻胀效果更为明显;冻融期间围压可有效使融土骨架结构更为紧密,从而减少融土在循环荷载下的变形;循环荷载作用下,小孔隙尺寸大幅度减小,尺寸分布范围增大,中等孔隙进一步向次级孔隙发展;不同冻融压力作用下,孔压极限值与冻融完成后中等孔隙的面积呈类线性相关。研究成果可作为冻结法施工条件下,预测冻融土结构损伤程度与循环荷载下孔压发展的可靠依据。     

橡胶应力吸收层对半刚性基层沥青路面力学特性的影响分析

运用有限元分析软件ANSYS(V12.1)建立半刚性基层沥青路面结构模型,对比了半刚性基层沥青路面在静荷载以及静荷载和水平荷载耦合作用下,设置高弹性橡胶沥青应力吸收层前后的路面结构力学响应,通过分析发现:路表竖向位移对水平荷载不敏感,高弹性橡胶沥青应力吸收层对路面整体刚度的影响随着水平荷载系数的提高而有所提高;沥青层底弯拉应力对水平荷载不敏感,高弹性橡胶沥青应力吸收层对路面整体强度的影响维持在23%的水平;沥青层最大剪应力随着水平荷载提高而显著增大,高弹性橡胶应力吸收层对路面整体抗剪强度的影响同样随水平荷载提高而提高,当水平荷载系数为0.5时,整体抗剪强度提高率为32%。