加筋红砂岩风化土强度和变形特性

红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料,采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性,以及加筋对其工程性质的影响。试验表明,随压实度增大,红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高,但主要由粘聚力的增大引起,随剪切位移增大,粘聚力减小,抗剪强度大幅度降低,其应力–应变曲线呈现随应变软化型。加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度,更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度,且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大,峰值区域增宽,土体延性提高,改善了红砂岩风化土的强度和变形特性;对于不同的加筋层数和不同的筋材模量,以及在不同的压实度和试验竖向压力下,加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同;根据试验结果,还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨,阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。     

复杂应力下两种胶结颗粒微观力学模型的试验研究

将胶结颗粒理想化为两铝棒在指定位置处形成胶结,根据铝棒间胶结物厚度的不同,分别定义为有厚度胶结颗粒和无厚度胶结颗粒,对上述两种胶结颗粒进行一系列力学试验（包括：拉伸、压缩、压剪、压扭和复杂应力试验）,从而对理想胶结颗粒的微观力学特性进行试验研究。试验结果表明：胶结厚度和法向压力对胶结颗粒的力学性能影响显著,随着胶结厚度的增大,试样的抗拉强度和延性均增大,其抗压特性由塑性硬化向塑性软化转变。无厚度试样抗剪和抗扭强度始终随法向压力的增大而增大,而有厚度试样则先随法向压力的增大而增大,当法向压力超过某一数值后,其强度又随着法向压力的增大而减小。在三维应力空间中（法向压力–扭矩–剪力）无厚度胶结颗粒的强度包线呈椭圆抛物面状,而有厚度胶结颗粒强度包线呈水滴状。     

体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿剪切性能研究

为了研究体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿的抗剪性能,对3组足尺单键齿干接缝试件分别在初始1,1.5,2 MPa的正应力作用下进行了直剪试验。同时应用有限元分析软件ABAQUS对试验进行了仿真,并进一步建模分析键齿尺寸对干接缝键齿强度的影响。试验结果表明,临近键齿根部配置的钢筋能抑制裂缝的发展,进而提高键齿的抗剪承载力,AASHTO公式低估了这种配筋方式下的单键齿干接缝抗剪承载力。随着正应力的增大,单键齿干接缝的极限剪切承载力小幅度提高,其极限剪切竖向相对滑移也增大。有限元分析结果表明,极限剪切荷载模拟值与实测值吻合良好,模拟的键齿裂纹开展情况与试验相吻合。梯形单键齿干接缝的适宜梯形底脚范围是45°~60°,在此范围内其抗剪强度变化不大。     

胶结土力学特性与强度分析

通过对土料人工处理,可以使其力学特性和强度大为提高,从而有助于建筑物的兴建。通过添加不同含量的水泥,制备了人工胶结土样。然后进行了三轴试验来探讨胶结土的力学特性和强度特点,试验结果表明水泥含量不同导致的颗粒胶结对胶结土的应力—应变、孔压发展、体积变形特性和抗剪强度有很大的影响。最后建议了一个胶结土的抗剪强度表达式,并与实验结果进行对比,表明所建议的抗剪强度表达式具有较好的适用性。     

非饱和砂土和粉土的抗剪强度及其预测

以工程中常遇到的砂土和粉土为研究对象,对其进行土水特性试验和不同初始饱和度下的直剪试验,研究其土水特性和强度特性,重点研究其非饱和抗剪强度与饱和度间的关系。结果表明:在同一正应力下,非饱和状态的砂土和粉土的抗剪强度都随着饱和度的增大呈先增大后减小的变化,存在一个峰值;内摩擦角随着饱和度的变化不大,可视为常数。此外,根据实测的土水特征曲线,用平均骨架应力作为有效应力的强度算式对非饱和砂土和粉土的抗剪强度进行了预测,并与实测值进行对比,两者比较一致。     

不同焊接工况焊接效应对箱板装配式钢结构加劲墙板的影响

通过ABAQUS关联DFLUX热源子程序对Q235B与Q345B钢板进行焊接模拟,并利用超声波检测方法对钢板进行焊接残余应力测试。试验发现：在焊缝热影响区上的纵向残余应力以拉应力为主,在整个焊件上横向残余应力既存在拉应力又存在压应力,且试验结果与模拟结果基本吻合,验证了ABAQUS模拟钢板焊接的可靠性。采用相同模拟方法对加劲钢板墙焊接过程进行模拟并对其焊接残余应力、焊接变形以及抗剪承载力进行分析。结果表明：加劲钢板墙的焊接残余应力与焊接变形主要发生在加劲肋与墙板焊缝处,沿焊缝方向上的残余应力均呈现上下两端小、中间大的特点;间断焊接对加劲钢板墙的高残余应力以及整体残余变形影响明显低于连续焊接;在所有焊接工况中,最小极限抗剪承载力与最大极限抗剪承载力相比下降了6.8%;对比所有工况后发现间断距离较大的焊接工况效果更好。     

K_0固结粘土地基极限承载力及其修正计算

K0固结粘土的不排水剪强度具有应力诱发各向异性的性质，本文将在各向异性土的本构关系基础上得到的不排水剪强度应用到滑移线场理论中，出得了K0固结粘土地基的极限承载力理论解。通过对不同试验情况下的极限承载力系数及其与K0或有效内摩擦角的系统进行分析，得出了一些有益的结果。通过对不排水剪强度的各向异性修正系数进行分析表明，对于K0固结粘土。实践中通常使用的各向同性承载力系数5．14，如不修正是不适宜的。最后通过载荷试验和足尺试验对本文方法与常规方法进行比较，分析了两种方法的差异。     

高应力作用界面剪切性质的试验研究

通过在DRS-1型微机高压直残剪试验系统上所进行的不同土质与不同基底的界面剪切特性试验研究表明：高应力作用下不同结构接触面的峰值强度、残余强度与正应力之间符合库伦强度准则：基底性质对标准砂的抗剪峰值强度准则影响较小，但对其抗剪残余强度准则影响较大：混凝土界面下残余抗剪强度准则的选择与法向应力的大小有关，法向应力较低时剪切破坏发生在砂土中，法向应力较高时剪切破坏发生在界面上，而对于其他基底的剪切破坏始终发生在界面上：标准砂在剪切过程中的体积应变-剪切位移关系，呈现出应变硬化现象整体符合双曲线模型，表现为剪缩性。试验数据的直观分析和方差分析表明：对于残余强度和初始剪切刚度，法向应力是第一影响因素，其次是土体的性质，第三是界面的基底性质，剪切速率的影响最小。     

考虑胶结强度正态分布下砂土力学特性离散元模拟

自密实混凝土在重力坝施工过程中受施工工艺、施工质量及施工环境等因素的影响,砂土颗粒间的胶结强度可能各不相同。为研究不同胶结强度的胶结砂土的力学特性,借助PFC3D自带的微观胶结模型,将胶结砂土中的胶结强度的分布定义为正态分布,并系统地分析了在不同方差和胶结含量下胶结砂土的力学特性。研究表明,胶结试样在数值试验中表现出应力应变软化特性及体变剪胀性,且随着胶结含量的增大,软化及剪胀程度提高;当偏应力达到峰值时,随着轴向应变的增大,体变由剪缩变化为剪胀。在假定的胶结砂样的胶结强度服从正态分布的情况下,峰值应力随着胶结含量成线性增大,但正态分布方差的变化对胶结砂样强度的影响不大。     

残余强度阶段大理岩流变特性试验研究

锦屏二级水电站引水隧洞埋深大、地应力水平高,高应力状态下的大理岩具有明显的时效特性,工程部分岩体处于残余强度阶段,其流变特性对围岩长期稳定性具有显著影响。利用三轴压缩全过程试验获得进入残余强度阶段的大理岩试件,以此来模拟工程塑性区岩体,并对残余强度阶段的岩石试件进行不同围压下的三轴蠕变试验,系统研究残余强度阶段大理岩的蠕变特性及其长期强度。试验表明:残余强度阶段的大理岩具有明显的瞬时变形、减速蠕变和稳定蠕变特性;受内部大量破裂网格的影响,残余强度阶段岩体的瞬时应变和蠕变量较完整岩块有很大程度的提高;残余强度阶段大理岩的总蠕变量及蠕变速率均随偏应力的增大而增大;长期强度小于其残余强度且随围压的增大而增大;试件长期抗剪强度不具有黏聚力,内摩擦角较残余内摩擦角有所提高。基于残余强度阶段大理岩的蠕变特性,采用Burgers模型模拟其蠕变过程,并对蠕变参数进行辨识,研究表明:Burgers模型模拟结果与蠕变试验具有很高的吻合度,能很好地反映残余强度阶段大理岩的流变特性;其流变参数中弹性模量EM和黏性系数ηM均随着偏应力的增大而减小,黏弹性剪切模量GK与黏弹性系数ηK随偏应力的增大先增大后减小。     

嵌岩桩嵌岩段的岩石极限侧阻力系数

嵌岩桩在岩土工程中已得到广泛应用,但如何准确计算嵌岩段桩的极限侧阻力仍是工程设计人员面临的重要课题。收集整理了不同时期、不同地区、不同岩石强度和不同嵌岩条件下开展的145个嵌岩桩竖向下压承载力试验成果,主要包括嵌岩段岩石类型及其单轴抗压强度、嵌岩桩的直径与嵌岩深度、嵌岩段桩的极限侧阻力等。定义嵌岩段桩的极限侧阻力和岩石单轴抗压强度的比值为嵌岩桩嵌岩段岩石极限侧阻力系数,分析了桩径、嵌岩深度、嵌岩深径比和岩石强度对嵌岩段极限侧阻力和岩石极限侧阻力系数的影响规律,建立了嵌岩段岩石极限侧阻力系数与岩石单轴抗压强度之间的拟合关系式,给出了不同可靠度水平下岩石侧极限阻力系数取值。     

砂砾软岩的极限承载力分析

利用Hoek-Brown强度准则建立砂砾软岩极限承载力分析方法,提出岩基剪切破坏模型,推求潜在破坏面上正应力计算公式。结合某工程现场载荷试验探讨砂砾软岩的极限承载能力及自重应力对极限承载能力的影响。研究结果表明:极限承载力的计算结果大于预估设计荷载,砂砾软岩在强度方面尚有很大潜力可挖;同时,极限承载力的计算结果弥补了现场载荷试验中由于试验条件所限造成的荷载–变形曲线上峰值荷载不能给出的缺陷,为建立完整的变形曲线模型奠定了理论基础。研究成果为研究砂砾岩一类软岩的承载力提供了新的途径。     

输电线路强风化软岩挖孔基础抗拔试验研究

山区风化程度高的岩基塔位采用挖孔基础,包括直柱挖孔桩、坛子型嵌固、扩底掏挖等3种模型。通过在强风化软岩中开展17组不同模型的挖孔基础上拔试验,分析基础承载性能与破坏机理。荷载位移曲线表明:浅埋时基础呈线性状态分布,深埋时呈缓变型分布;地表竖向位移变化规律表明,基础周围出现显著裂缝表征着基础即将整体破坏,破坏状态为基础本体与周围土体被整体拔出,基础发生整体剪切破坏;基础破裂角随埋深迅速降低,但达到一定埋深后破裂角基本不变;强风化软岩的岩石等代极限剪切强度取32kPa;以单位体积混凝土能承担的上拔承载力为准进行经济性分析,扩底掏挖型模型的经济效益显著。     

马普托大桥南锚碇工程半成岩力学特性试验研究

半成岩是一种半岩半土的特殊工程地质载体,目前针对半成岩力学特性的研究较少。依托马普托大桥南侧锚碇工程,设计可同时进行岩基承载及两相胶结面剪切的现场试验框架,开展基底细砂半成岩载荷试验和混凝土–半成岩两相胶结面剪切现场试验,获得细砂半成岩的承载和剪切力学参数,进一步深入研究和讨论半成岩变形模量的预测方法及混凝土–半成岩两相胶结面剪切破坏的形态及机制。研究表明细砂半成岩的承载性能与岩石类似,采用基于现场地质条件的经验方法可以较准确地估算半成岩的变形模量;细砂半成岩的混凝土–半成岩两相剪切具有独特的性质,其低致密性导致与混凝土形成很强的胶结作用和较明显的胶结带,从而增加了两相胶结面的粗糙程度。在预测混凝土与半成岩两相胶结抗剪强度时,需充分考虑混凝土浸入半成岩的胶结作用。研究结果为大桥锚碇设计提供了可靠的参数支持,为类似地质条件的工程提供可靠依据。     

岩石强度准则的真三轴压力试验检验与分析

本文探讨了脆性破坏岩石的强度准则。根据应力空间岩石强度极限曲面的特征,选择能够反映岩石强度极限曲面特征的双剪应力和八面体剪应力两类强度准则,进行岩石强度极限曲面的回归分析,并做了红砂岩真三轴压力强度试验。根据真三轴压力强度试验资料,通过对八种岩石强度准则的回归分析对比,推荐两种三参数的双剪应力和八面体剪应力强度准则。     

下伏空洞岩石地基极限承载力计算方法研究

针对岩溶区下伏空洞嵌岩桩桩端岩石地基极限承载力问题,进行了下伏空洞桩端岩石地基的破坏模式分析。基于Hoek-Brown强度准则剪应力形式,理论推导出不同顶板厚度下下伏空洞岩石地基及完整岩石地基极限承载力计算方法。当顶板厚度为1~3倍桩径时,采用极限分析上限原理推导了冲切破坏模式下泛函形式的下伏空洞岩石地基极限承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得了下伏空洞岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度大于5倍桩径时,采用特征线法推导出塑性破坏模式下完整岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度为4倍桩径时,利用完整岩石地基极限承载力与承载比理论,采用S型生长曲线拟合出冲切剪压复合破坏模式下的极限承载力值。通过与1~5倍厚径比条件下的下伏空洞岩石地基极限承载力室内模型试验结果对比,计算值与实验所得数据吻合良好。     

红砂岩土石混合料高填路基强夯压实试验研究

通过室内直接剪切试验,研究了红砂岩土石混合料在水作用下的强度衰变规律,得到了红砂岩土石混合料,并对高填路基进行了强夯试验研究,试验表明强夯法压实土石混填路基可行,瑞雷面波法测试结果表明强夯法的压实效果良好。     

高强钢焊接箱形柱受力性能研究(Ⅰ)：残余应力统一分布模型

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残余应力分布和峰值的影响,提出不同强度等级高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型。该模型采用多重阶梯函数形状,适用于屈服强度460~960MPa的焊接箱形截面,且满足每个板件自平衡条件和对称性。将残余应力统一分布模型的形状、数值和已有试验结果进行对比,证明该模型的准确性。在基于纤维模型的极限承载力数值分析中,分别采用残余应力统一分布模型和已有分布模型计算高强钢焊接箱形柱的受压承载力,并将各自得到的极限承载力与已有试验结果进行对比。研究结果表明,采用残余应力统一分布模型后,不同等级高强钢焊接箱形柱的纤维模型计算能更准确地预测其极限承载力。残余应力统一分布模型可为不同等级高强钢焊接箱形柱的二阶非弹性分析提供参考。     

湿陷性黄土场地双向螺旋挤土灌注桩成孔挤密效应与极限承载力试验研究

为深入研究大厚度自重湿陷性黄土地区双向螺旋挤土灌注桩成孔前后桩周湿陷性黄土挤密范围和挤密效果,揭示双向螺旋挤土灌注桩破坏特征和极限承载力,在兰州榆中某高阶地开展现场双向螺旋挤土成孔试验与静载试验。基于各地规范中双向螺旋挤土灌注桩桩侧极限阻力修正系数和兰州各典型地层现场实测数据,提出了甘肃地区不同土类桩端极限阻力标准值。结果表明:桩周土体地表隆起量与径向水平位移随距离成孔中心越远呈减小趋势,径向影响范围为3D(D为桩径),竖向影响范围为地表以下25 m; 在2D范围内对桩周土体的物理力学指标有明显改善,桩心距越小,挤土成孔对桩周土体的物理特性影响越明显; 同等工况下双向螺旋挤土灌注桩的单桩极限承载力相比长螺旋灌注桩提高25%,且都呈现缓变型破坏特征。