干湿循环条件下膨胀土的力学性质与开裂行为

针对南水北调中线工程中膨胀土存在的工程问题,取南阳膨胀土进行干湿循环处理,利用三轴压缩试验仪对土样进行力学测试,并观测干燥土样的裂缝发展特征,研究了不同干湿循环次数下膨胀土的力学特征和开裂行为。试验结果表明,膨胀土的应力—应变曲线均为应变硬化曲线,土体的粘聚力、内摩擦角随干湿循环次数增加而逐渐减小,且分别表现为指数型和线性衰减趋势;裂隙率随干湿循环次数增加保持指数型增加;裂隙率与膨胀土强度指标同步变化。由SEM扫描试验观测到干湿循环使得膨胀土颗粒间的微裂隙逐渐扩张,从而导致表面裂隙的改变和力学性能的衰减。研究成果对于渠道边坡的防护设计有重要意义。     

燕山水库溢洪道尾水渠膨胀土试验研究

通过膨胀率及膨胀力试验,分析了燕山水库溢洪道尾水渠膨胀土不同含水率对土体膨胀性的影响,并模拟了土体在自然条件下的干湿循环过程,通过无侧限抗压强度试验测试了不同干湿循环次数后土体的强度,揭示了干湿循环效应对膨胀土强度的影响.     

密实度及有荷干湿循环对土-水特征曲线的影响

鉴于土-水特征曲线在非饱和土的研究中具有重要意义,采用Tempe压力膜仪和多功能土-水特征曲线试验仪,研究了密实度及固结压力下干湿循环对非饱和重塑粘土的土-水特征曲线的影响,并利用Van Genuchten模型对试验结果进行曲线拟合。结果表明,土体密实度越大,所受固结压力越大,则土体的进气值越大,失水速率越小,残余含水率越大;在固结压力下的干湿循环过程中,脱湿曲线失水速率越小,进气值越大,随干湿循环次数的增多,因土体孔隙发生改变,脱湿曲线的进气值呈增大趋势,且回滞环逐渐减小。     

某核电厂软岩地基动态力学参数特征试验研究

  [目的]  循环荷载会影响岩石的强度和力学性质,目前核电工程中等风化砂岩的动态参数研究相对较少。  [方法]  以某核电厂软岩地基中等风化砂岩相关物理参数统计得出物理参数与深度的规律,随后利用MTS三轴试验机进行频率为1 Hz的不同应力幅值循环加、卸荷载试验,得出中等风化砂岩的动力学参数的规律。  [结果]  研究表明:90个中等风化砂岩的取样深度与波速呈幂函数关系,随着深度的增加,砂岩的波速也随之增加,砂岩的密度基本在2.50 g/cm3左右。不同应力幅值循环加、卸荷载试验给出了中等风化砂岩试样在单轴下的滞回环形态、轴应变、阻尼比及动弹模的变化规律:增加循环次数,试样轴应变增加,塑性变形不断增大,滞回环的面积逐渐增加,内部裂隙不断扩展发育,循环所消耗的能量逐渐增大。滞回环的形态皆为尖叶状,在应力减少或者增加的转折点处滞回曲线呈尖状而非圆状,说明试样对应力的变化反应迅速,在应力转折时试样的塑性应变较小。随着动应变增加,试样动弹性模量逐渐减少,阻尼比逐渐增加。动弹性模量、阻尼比与动应变呈线性关系。拟合曲线相关系数R在0.92以上,具有良好相关性。  [结论]  试验研究成果对核电厂软岩地基的动态参数测定和评价具有很好的工程参考意义。     

含水率和干湿循环对人工填土边坡稳定性的影响

基于土体Mohr-Coulomb准则做了重塑土直剪试验,获得了不同含水率和干湿循环次数下粘性土抗剪强度参数及其变化规律,即随着含水率的增加,粘聚力先增大后减小,内摩擦角逐渐减小;随着干湿循环次数的增加,粘聚力先剧烈下降后趋于稳定,内摩擦角变化较小;含水率和干湿循环次数的增加,均使得土体抗剪强度降低。将试验结果应用于边坡稳定性计算中表明,含水率增加会导致边坡稳定性系数急剧下降,干湿循环次数增多也会导致边坡稳定性下降,但循环5次后,边坡稳定性基本保持不变。     

循环荷载下花岗岩的动力变形参数试验研究

利用MTS 815Flex Test GT岩石力学试验系统,对花岗岩进行了不同加载频率单轴压缩下的5级正弦波加卸载试验。正弦波加载频率依次为1、2、3、4Hz,循环应力幅值由岩石平均抗压强度的20%～60%等间距确定,每级应力幅值为400个振动循环。试验结果表明,花岗岩塑性变形随加载次数的增加而逐渐增大,且动应力动应变滞回环为月牙形;同一加载频率下,花岗岩的动弹性模量、动泊松比和单位体积耗散能随动应力水平的升高而升高,且随着加载频率的升高,动弹性模量逐渐降低,而动泊松比和单位体积耗散能逐渐升高,表明动荷载频率越高,对岩石劣化作用的能力越强;同一级动荷载下花岗岩动弹性模量和动泊松比随循环周次增加而变化不明显,单位体积耗散能随循环周次增加逐渐减小。     

干湿循环对土体级配分形特性影响分析

为分析粗粒土受水体干湿循环作用时颗粒级配演化规律,采用颗粒筛分试验统计干湿循环作用后土体颗粒粒径分布,引入颗粒质量—粒径分形模型计算粒径分形曲线(GFC)及分形维数(D),揭示了D随围压及干湿循环次数变化的规律,量化了干湿循环作用对粗粒土D的影响,并建立了计算方程。结果表明,等效替代缩尺法对GFC及D影响较小;制样及筛分过程导致D增大0.63%,室内试验方法引起粗粒土颗粒破碎效应不可忽略。低围压条件下(围压小于0.60MPa),D随围压增大及干湿循环次数增多而增大,剪切作用及水体干湿循环作用加剧了粗粒土颗粒破碎效应。所建粗粒土D计算模型为评价干湿循环对涉水工程填筑土体级配劣化效应提供了依据。     

基于大型三轴试验的筑坝材料动力特性对比分析

堆石料和砂砾料在土石坝建设中应用广泛,研究堆石料和砂砾料的动力特性对坝体抗震安全评价有重要意义。基于WYS-2000大型多功能静动三轴试验机,开展了堆石料与砂砾料动弹模量和阻尼比试验,对比分析了围压和固结比对两种材料动模量和阻尼比的影响,并提出阻尼比计算方法。结果表明,围压和固结比的增大均使得两种材料的最大动弹模量和最大动剪切模量提高,围压和固结比相同时,砂砾料的最大动弹模量和最大动剪切模量均较堆石料的高,低围压作用时砂砾料的最大动模量比堆石料高13.4%～26.8%;两种材料动剪切模量比G_d/G_(dmax)-γ_r具有良好的归一性;随着固结比的增大,堆石料和砂砾料的最大阻尼比λ_(dmax)均在增大,在相同固结比作用下,堆石料的最大阻尼比λ_(dmax)比砂砾料高10%～13%。     

广义塑性模型在海洋砂土中的适用性研究

为研究广义塑性模型在海洋砂土中的适应性,采用静、动三轴仪对海洋砂土进行了固结排水剪切及固结不排水循环剪切试验,根据试验结果拟合出砂土的广义塑性模型参数,并利用此参数对动模量和阻尼比试验进行了数值模拟,比较了试验结果与模型拟合结果的差异。结果表明,计算结果与试验测定的动模量、阻尼比与动应变的变化规律一致,该模型能很好地反映砂土单调加载的应力－应变特性及小应变阶段的循环加载条件下的变形特性。     

掺砾膨胀土的侧限压缩增湿变形试验研究

为研究掺砾膨胀土作为填筑材料的湿化变形特性,采用常规固结仪对掺砾膨胀土进行了侧限压缩条件下的增湿试验,研究初始含水率和应力水平对增湿膨胀率及增湿后压缩性的影响。结果表明,增湿膨胀率随应力水平的增加而减小,存在从增湿膨胀转化为增湿体缩的分界应力。增湿后的压缩性受制样含水率及应力水平的影响显著,初始含水率越低,在加压的初始阶段,膨胀率随压力的增加降低得越快,且分级加压结束后的膨胀率越低;增湿时所处的应力水平越低,增湿稳定后分级加载时,试样的压缩变形量越大。研究成果为掺砾膨胀土作为填筑材料的可行性提供了参考。     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层,上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂,结构松散,多数不满足抗震要求。为进行大坝动力安全性分析和液化评判,采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验,分析了其动强度、动力变形、动孔压特性,结果表明:砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小,随固结比的增大而增大;弹性模量随应变值的增大而减小,阻尼比随应变的增大而增大。     

冻融循环对混凝土静态双轴受压力学特性的影响

对不同冻融劣化程度的混凝土进行了不同侧压(0、0.06f_c、0.12f_c、0.18f_c、0.24f_c,其中f_c为单轴抗压强度)下的静态(应变速率10~(-5)/s)单双轴压缩试验,分析了冻融次数和侧压力大小对混凝土的峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。结果表明,混凝土的单轴和双轴抗压强度均随冻融次数的增加而减小;冻融次数越多,混凝土峰值应力随侧压的增加,其增幅越大;混凝土单轴受压时的峰值应变随冻融次数的增加而增大;相同冻融次数的混凝土,其峰值应变随侧压的增加呈先增大后减小的趋势,冻融次数越多,峰值应变的拐点所对应的侧压越小,侧压对混凝土峰值应变的敏感性受冻融次数的影响越显著;混凝土的弹性模量随冻融次数的增加逐渐减小;混凝土未冻融时,弹性模量随侧压的增加而增大,而冻融劣化的弹性模量随侧压的增加无明显改变。     

粘土材料单轴压缩及强度特性试验研究

为探讨压实粘土材料在单轴加载条件下的强度及变形特性,考虑含水率、干密度、各向异性、碎石掺量等因素,对立方体压实粘土材料进行了单轴压缩试验,并分析了弹性模量、抗压强度的参数相关性。试验结果表明,随着含水率的减小或干密度的增加,压缩粘土材料弹性模量、抗压强度逐渐增加,其中,含水率是控制压实粘土材料脆韧性破坏特征的主要因素;当单轴加载方向与击实方向平行时,其抗压强度、弹性模量分别为加载方向与击实方向垂直时的1.7、1.1倍,说明压实粘土存在一定的各向异性;掺入碎石后使得压实粘土材料内部存在大量的软弱界面,随着碎石增多,其抗压强度逐渐减小;掺碎石前、后的粘土试样的弹性模量和抗压强度呈现一定的正相关性,可采用幂函数、线性函数进行拟合,但碎石的掺入降低了其相关性系数。     

循环荷载作用下冻融劣化混凝土能量耗散规律及破坏形态分析

为研究冻融劣化混凝土在循环荷载作用下的能量耗散规律及其破坏形态,对强度等级为C30的混凝土立方体(300mm×300mm×300mm)试件进行压缩试验。结果表明,当冻融循环次数不超过10次时,混凝土应力—应变曲线的外包络线呈两段式。当冻融循环次数超过10次时,包络曲线的应力与应变呈现出非线性增长,且这种非线性增长关系随冻融循环次数的增加而趋于明显;当冻融循环次数由10次逐渐增加至35次时,冻融劣化混凝土的破坏形态由剪压破坏逐渐向轴压破坏转变;冻融劣化混凝土试件在循环加卸载过程中耗散能、弹性应变能、塑性应变能的释放规律一致,都经历了前期能量释放缓慢,中期能量释放迅速,后期能量释放趋于平缓的变化阶段。研究成果可为严寒地区的混凝土构件设计及工程实践提供指导。     

材料参数对重力坝动力响应的影响

鉴于动力响应分析是重力坝抗震设计中的关键环节,地震过程中各类影响因素的耦合机制十分复杂,以金安桥重力坝某非溢流坝段为工程依托,围绕材料密度、弹模对重力坝动力响应的影响展开研究,分析参数与重力坝动力响应变化规律间的关系。结果表明,材料密度、弹模对结构自振特性及加速度响应的影响显著,其中密度与自振频率和加速度响应呈负相关,弹模则与之呈正相关,且不同材料参数间存在不可忽视的相互影响;重力坝位移响应受自振特性中震动周期的影响最大,且结构动力响应分布规律与自身形式相关,受材料密度、弹模变化的影响较小,因此可认为降低材料密度、提升材料弹模是控制重力坝动力变形的有效手段,为抗震设计材料的比选提供了理论依据。     

土工袋无侧限压缩试验有限元数值模拟

土工袋作为一种袋装新材料的研究主要集中在室内试验方面,而数值模拟研究较少。为此,首先进行土工袋无侧限压缩试验,得到轴向压力—轴向位移关系曲线及对应的极限抗压强度。在此基础上,运用Abaqus有限元软件进行土工袋三维建模,模拟了土工袋无侧限压缩试验,土体采用摩尔库伦本构关系,袋子采用线弹性理想塑性模型,采用动态约束法模拟袋子与土体接触。结果表明,极限抗压强度模拟值与理论、试验值基本一致,袋内土体主要以侧向移动为主,沿边缘向中心袋子应力逐渐增大,土体应力逐渐减小。     

广西沿海硫酸盐反复侵蚀地聚物混凝土力学试验与损伤特性研究

广西沿海地区海水浪溅及频繁降雨均会导致混凝土构件受到干湿交替作用的影响.通过室内试验探究了干湿交替作用下地聚物混凝土的应力—应变关系、抗压强度与耐侵蚀系数等力学性能.试验结果表明,地聚物混凝土的应力—应变曲线可分为线性增长、减速增长、缓慢下降三个阶段,分别对应试件的弹性变形、弹塑性变形及破坏阶段.不同干湿交替次数条件下...