砂-黏土混合物的压缩性状及其粗颗粒骨架形成机制

众多学者已对黏土和砂土的压缩特性开展了大量研究,但在自然界或者人工吹填造陆工程中,更为常见的地基土类型是粗细共存、级配不连续的砂-黏土或粗粒-细粒混合物,而关于该类特殊土压缩特性的研究成果却鲜见报道。针对该问题,配制不同砂土比例和含水量的砂-黏土混合物,开展一维固结试验,以研究砂-黏土混合物的压缩特性并明确粗颗粒骨架形成机制。结果表明：混合物与一般黏性土的压缩性状有所不同,虽用于评价纯黏土压缩特性的归一化指标e/eL和孔隙指数Iv均能拓展运用在砂-黏土混合物中,即建立其与荷载之间的关系式,但是纯黏土与砂-黏土混合物归一化压缩特性存在明显的差异性,表现出不适用性。本质原因在于混合物在荷载作用下形成了砂骨架,骨架形成前后混合物的压缩特性分别由黏土和砂骨架控制。引入了砂-黏土混合物四相体系,根据黏土孔隙比和砂孔隙比两个参数阐明了砂骨架的形成机制,给出了压缩性状差异性的机理解释。文末给出了砂骨架形成的预测方法,明确了两种压缩机制转换的阈值。研究成果对阐明砂-黏土混合物的压缩机制具有重要的科学意义,对该类土地基的沉降计算有参考价值。     

细粒含量对细粒–砂粒–砾粒混合料动强度的影响

从现有文献可以发现,含砾量、制样方法、相对密度和固结比等因素对饱和砂砾土动强度CRR的影响已有较多研究,但鲜有文献涉及细粒含量FC对砂砾土CRR的影响。通过一系列不排水循环三轴试验,研究了FC对细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的影响。基于颗粒接触状态理论,将细粒–砂粒–砾粒混合料分为类粗粒土、类细粒土和中间性态土;引入"循环流动"和"循环液化"描述类粗粒土和类细粒土的循环破坏过程,提出了适用于混合料的循环破坏标准。试验结果表明:随着FC的增大,混合料的CRR呈现出先降低后增大的特征,当FC=30%时,混合料的CRR最低。通过分析发现,细粒–砂粒–砾粒混合料的CRR随骨架孔隙比e_k的增大而降低,且当FC25%或FC35%时,两者有较好的指数关系,说明e_k是合理地表征细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的一个物理指标。     

高掺砂率膨润土混合土膨胀特性及其膨胀量预测

膨润土与砂混合土中掺砂率的高低会引起混合土膨胀特性的差异。对纯膨润土及其低掺砂率混合土,浸水膨胀完成后蒙脱石孔隙比em与竖向应力σv在双对数坐标内呈唯一线性关系。对高掺砂率混合土,在较小荷载下浸水,不会形成砂骨架,em–σv线性关系仍成立;在较大荷载下浸水,会形成砂骨架,砂骨架形成后,em与σv间不再满足该线性关系。利用砂骨架孔隙比的概念可确定不同掺砂率混合土形成砂骨架时对应的起偏应力及混合土能够形成砂骨架的临界掺砂率。砂骨架形成前,砂颗粒被蒙脱石包围,外力由蒙脱石承担,最终变形量由试样中单位体积蒙脱石的含量决定。砂骨架形成后,竖向应力最终由砂骨架和蒙脱石共同承担,提出了确定不同掺砂率下两者承担比例的方法,进而可确定砂骨架形成后的膨胀变化量,预测结果与膨胀试验结果吻合较好。该方法可以预测高掺砂率混合土的浸水膨胀量。     

基于颗粒接触状态理论的粗细粒混合料液化强度试验研究

为探讨粗细粒混合料的液化强度CRR,对具有不同细粒含量FC和相对密度Dr的粗细粒混合料开展了一系列不排水循环三轴试验。基于颗粒接触状态理论,将粗细粒混合料分为类粗粒土、中间性态土和类细粒土;用骨架孔隙比esk表征混合料骨架颗粒的接触状态,引入参数b与m描述粗细粒混合料从类细粒土到类粗粒土过度中粗粒与细粒对颗粒接触状态的影响。试验结果表明:随着FC的增加,具有相同Dr粗细粒混合料的CRR先降低后基本保持不变。此外,具有不同FC和Dr的粗细粒混合料CRR都随esk的增大而降低。分析表明:基于颗粒接触状态理论的esk是合理地表征粗细粒混合料CRR的一个物理状态指标,且两者呈现较好的负幂函数关系。     

循环荷载作用下饱和砂砾土的破坏机理与动强度

不同研究者对砂砾土动强度影响因素的认识存在相互冲突之处。针对含砾量、相对密度、初始有效固结应力和固结比4个主要因素,对10组不同含砾量的饱和砂砾土开展了系列循环三轴试验,提出了砂砾土破坏评价准则;引入二元聚集模型,研究了饱和砂砾土的不排水动力特性及其动强度的量化方法。研究结果表明:不同试验条件下砂砾土存在两类破坏机理,即均等固结条件下表现为达到零有效应力状态的循环液化,非均等固结条件下表现为过大累积轴向变形的循环失效;引入砂砾土骨架结构孔隙比概念,砂砾土动强度CRR随砂砾土骨架结构孔隙比的增大而降低,且其降低趋势呈良好的指数函数关系。     

弱胶结结构性软黏土力学特性的试验研究

对取自不同地区的两种弱胶结结构性软黏土原状(undisturbed)样、重塑(remolded)样和泥浆(reconstituted)样进行了单向压缩和三轴剪切试验,分别得到土样的压缩曲线和应力–应变曲线。试验结果表明:原状样的压缩曲线为陡降型曲线,而不同制样土样的压缩曲线存在明显的差异;由于孔隙比和孔径分布对土体抗剪强度的综合影响,不仅导致相同围压下三轴剪切时孔隙比不同的重塑样和原状样强度差异较大,且孔隙比相近的不同土样的强度也存在不同程度的差异;若同一孔隙比下,两种软黏土的不同制样土样的强度关系均为原状样的强度最高,重塑样的强度最低,并可通过相近孔隙比下孔径大于0.2μm的孔隙体积量和孔径分布均匀性可合理地解释3种制样土样强度高低的关系。由于不同制样土样的孔径分布的差异不会随固结压力的增大而消失,用参考孔隙比e_(10)~*,简单表示土的孔隙比和孔径分布(即组构)参数,对压缩和剪切试验结果进行归一化整理后,发现不同土样的试验结果可归一化为相关度高的e/e_(10)~*-σv曲线和e_f/e_(10)~*-qf曲线,证明结构屈服应力后,不同土样变形和强度差异主要是由孔隙比及孔径分布(即组构)的不同引起的,用参考孔隙比e_(10)~*简单表示土的组构参数是有效的。     

黄河上游第三系泥质沉积物室内超高压试验研究

通过室内超高压试验 ,再现了黄河上游第三系泥质沉积物成岩作用中的压密变化过程。论证其较好的工程特性是由于曾经遭受较大的压应力作用的结果 (包括自重应力和构造应力 )。这与青藏高原强烈的构造运动和地壳的差异隆升密不可分。对比现场试验与室内试验成果 ,证明用室内超高压试验获得的力学参数与物理指标的关系可以评价第三系泥质沉积物的力学参数 ,具有实际工程意义和应用价值     

轴压比超限时框架柱的恢复力模型研究

根据收集到的28根轴压比超限时框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析回归出试验柱的各位移角和刚度与剪跨比、轴压比、配箍特征值等之间的关系。根据轴压比超限时框架柱屈服的截面平衡条件推出的屈服柱顶水平位移和荷载、按《混凝土结构设计规范》(50010—2002)计算的柱顶水平峰值荷载及有关试验回归公式确定出框架柱的恢复力模型。研究表明:轴压比超限时试验骨架曲线强化段在水平轴上的投影长度和屈服位移的比值与配箍特征值成正比,与轴压比和剪跨比成反比;框架柱的强化刚度与弹性刚度的比值随着轴压比增大而逐渐减小,而随着配箍特征值增大和剪跨比增大而逐渐增大。框架柱最大荷载时的刚度及退化刚度与弹性刚度比值的绝对值随着配箍特征值增大而逐渐减小,而随着轴压比增大和剪跨比增大而逐渐增大;框架柱的卸载刚度和再加载刚度随位移幅值增加而退化,且在不同位移幅值下卸载刚度和再加载刚度的退化率与轴压比有关。本文建议的恢复力模型既可     

Influence of sand incorporation on unconfined compression strength of cement-based stabilized soft clay

Cement-based stabilization by deep mixing or grouting is a popular method used to enhance soft clay ground because clay gradation has a significant effect on its unconfined compression strength. However, the functional relationship between the gradation and the strength is currently unclear, which limits the assessment and cognition for the strength formation of cement-based stabilized soft clay. Strength experiments controlling the sand ratio were conducted, in addition to the literature review, to clarify the sand incorporation effect on the strength. An effective cement ratio (the mass ratio of cement to involved clay) was proposed to evaluate the strength of stabilized clay with sand incorporation. In order to combat data dispersion and the labour-intensive nature of these experiments, meso-mechanical numerical simulations were carried out by the finite element method. This served to enrich the data and clarify the mesoscopic mechanism. The numerical result indicates that the strength of stabilized clay at low sand incorporation ratio is mainly controlled by the strength of the cement-clay-water matrix, thus verifying the rationality of studying the effective cement ratio. Subsequently, the threshold sand ratio in the cement-clay-water matrix was discussed to optimize the stabilization of soft clay.     

钢骨-钢管混凝土柱的偏压承载力研究

介绍了钢骨-钢管混凝土柱是一种新型的结构组合柱,它是综合钢管混凝土和钢骨混凝土的优缺点而提出的一种新模式的重载柱,对钢骨-钢管混凝土柱的偏压极限承载力进行了试验研究的同时,采用ANSYS有限元软件对钢骨-钢管混凝土柱的偏压承载力进行了模拟分析,结果证明了有限元分析的有效性。     

基于ANSYS的CFRP加固钢筋混凝土柱的轴压比分析

轴压比是影响钢筋混凝土柱结构受力性能的重要因素,本文主要研究了这种因素对钢筋混凝土柱以及CFRP加固后钢筋混凝土柱的力学性能的影响.通过用ANSYS有限元分析软件模拟低周反复位移加载,分析在不同轴压比条件下试件的力学性能.通过研究,本文建议在地震区钢筋混凝土柱的轴压比不大于0.6,这样就可以保证在钢筋混凝土柱的极限承载力得到一定程度提高的同时,其延性不会降低太多;在使用CFRP“围束条带两层＋纵向条带两层＋末端两层锚固”的方式加固后,其力学性能得到了不同程度的改善,轴压比的增大虽然使柱的变形能力减弱,但柱的水平承载力得到了显著提高,并进一步激发了纤维布对混凝土的约束作用,提高了纤维布的加固效果.     

四级抗震等级时钢筋混凝土异形柱轴压比限值的研究

考虑到二、三级抗震等级时异形柱轴压比限值显著低于矩形柱轴压比限值的实际情况,需对四级抗震等级时异形柱轴压比限值问题进行深入研究。本文基于理论分析和非线性全过程分析,取曲率延性比μ_(φc)=6作为四级抗震等级时异形柱应具有的曲率延性水平,不仅可以保证异形柱具有与矩形柱相当的延性性能,而且满足抗震结构位移延性的需求;然后以此为标准,确定了四级抗震等级时异形柱的轴压比限值及相应的构造要求。本文研究成果将为工程设计中四级抗震等级时钢筋混凝土异形柱轴压比限值的确定提供参考,也为完善相关设计规范提供理论依据。     

轴压比对带PC填充墙的装配式联肢#br# 剪力墙受力性能影响分析

在试验研究的基础上,对带预制混凝土(PC)填充墙的装配式联肢剪力墙进行数值模拟分析,系统研究不同连接方式、轴压比下结构的破坏形态、承载力、刚度、延性等性能。结果表明：PC填充墙的存在可提高结构的承载力、抗侧刚度,刚性连接时结构的周期折减系数建议取0.8～1。随着轴压比的增大,试件的屈服荷载和峰值荷载增大;轴压比小于0.3时,结构的抗侧刚度随轴压比的增大而增大,当轴压比大于0.3时,随轴压比增大,刚性连接下的刚度减小,而柔性连接试件刚度基本不变;结构的延性随轴压比的增大而减小,刚性连接试件的延性系数降低速率高于柔性连接试件,建议刚性连接下,轴压比大于0.3时加强剪力墙边缘构件配筋。     

钢板混凝土组合剪力墙轴压比影响研究

钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能与轴压比关系密切。采用Marc有限元软件对不同轴压比的钢板混凝土组合剪力墙进行了弹塑性分析,以考察轴压比对钢板混凝土组合剪力墙的抗侧刚度、滞回性能、耗能能力、变形能力以及承载力的影响,并对其分析模型进行了试验验证。研究结果表明：钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力随轴压比变化,当轴压比为0.4时,承载力达到最大值;当轴压比在0.2～0.4范围时,钢板混凝土组合剪力墙变形能力最大,耗能能力最强;当轴压比超过0.6时,其变形能力下降,延性减小,耗能能力减弱;轴压比对钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度有一定影响,伴随着往复加载,墙体抗侧刚度不断减小。研究中为了验证有限元分析结果的可靠性,进行了钢板混凝土组合剪力墙压弯受力缩尺模型试验。有限元数值模拟结果与缩尺模型试验结果比较接近,而按照JGJ 138-2012《组合结构设计规范》（报批稿）和纤维模型计算得到的钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力偏于保守。为了保证钢板混凝土组合剪力墙良好的抗震性能,在实际工程中构件的轴压比设计值不宜过高。     

钢筋混凝土方形柱延性性能及轴压比限值研究

根据钢筋混凝土双向压弯柱的受力性能,采用非线性分析方法,对16 539根方形柱截面的延性进行数值分析,研究了荷载角、轴压比及箍筋配置等因素对柱截面延性的影响,得到方形柱截面延性的主要影响因素是箍筋配置和轴压比;分析各影响因素对柱截面延性变化规律。结果表明：随着轴压比的提高,柱截面延性下降;体积配箍率相同时,采用较小的箍筋直径及箍筋间距比采用较大的箍筋直径及箍筋间距的试件延性好;箍筋间距、箍筋直径不同时,只有同时考虑箍筋间距对纵向钢筋的支撑长度,提高体积配箍率,才能有效地提高柱的截面延性。通过对柱截面延性的回归分析得到了与配箍特征值相关的方形柱的轴压比限值。     

Gas transport parameters of differently compacted granulated bentonite mixtures (GBMs) under air-dried conditions

Granulated bentonite mixtures (GBMs) have been regarded as effective buffer materials in the deep geological disposal of radioactive waste due to their operational advantages, such as ease of transportation and in-situ placement/backfilling. Many studies have been done to characterize the hydraulic and thermal properties of GBMs as well as their swelling properties. Only limited studies, however, have investigated their gas transport properties, even though these properties affect their compactness during in-situ placement/backfilling and subsequent gas diffusion and advection in the buffer zone. The aim of this study is to understand the gas transport parameters, i.e., air permeability (k_a) and gas diffusivity (D_p/D_o), of tested samples compacted at different dry densities (DDs) under air-dried conditions, linking them with the measured density distribution characteristics determined by microfocus X-ray computed tomography (MFXCT) analysis. Two types of GBMs were used in this study: 1) FE-GBM (prepared from National Standard® bentonite, Wyoming, USA): this material was used in the Full-scale Emplacement (FE) experiment at the Mont Terri rock laboratory, Switzerland) and 2) OK-GBM (prepared from a bentonite, originating from Japan, with the trade name of OK bentonite, Kunimine Industries). The tested samples were firstly packed in a 100-cm³ acrylic core with different DDs, ranging from loose to dense (1.09 to 1.75 g/cm³), and scanned by MFXCT. The weighting factors, w_f (fine fraction; lower density) and w_c (coarse fraction; higher density) (w_f + w_c = 1), were determined after the peak separation of the measured CT brightness histograms from the reconstructed three-dimensional multiplanar reconstruction (MPR) images of the MFXCT analysis. The measured k_a and D_p/D_o were highly dependent on the DDs, the k_a (?) values fitted well with a power law model, and the D_p/D_o (?) was predicted accurately by several previously proposed models. For both FE-GBM and OK-GBM, there were good linear relationships between the gas transport parameters and w_c × DD, implying that the weight of the coarse fraction controlled k_a and D_p/D_o. Moreover, the Kozeny-Carman model, incorporating the measured volumetric surfaces from the MFXCT analysis, was able to predict the k_a values well.