630MPa热处理带肋高强钢筋机械锚固性能试验研究

为了研究630MPa热处理带肋高强钢筋的机械锚固性能分别采用单侧贴焊锚固与端头塞焊锚板的形式,对2组60个试件进行拉拔试验。研究不同锚固条件下混凝土抗拉强度、锚固长度、钢筋直径、混凝土保护层厚度及配箍率对其机械锚固性能的影响。结果表明：630MPa热处理带肋高强钢筋机械锚固试件具有3种破坏形式,即混凝土劈裂、钢筋拔出、钢筋屈服,端头塞焊锚板试件抗滑移效果更优。试件的机械锚固强度随着混凝土抗拉强度、混凝土保护层厚度、配箍率的增大而增大,随着锚固长度、钢筋直径的增加而减小。基于试验结果建立了630MPa热处理带肋高强钢筋机械锚固强度计算公式,结果表明该公式计算值与试验值吻合较好。     

基于植被根系分形维数的生态边坡位移场研究

植物根系与土的相互关系非常复杂,本文将根土复合体当作由土体、根系所联系起来的有机体,提出基于根系形态特征的固土机理数值分析方法,研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同根系形态对土体位移场的影响。同时根据根系形态特征,研发了计算不同植物根系分形维数的分形软件Fractal 1.0,利用该软件能计算不同植物根系分形维数。选择常见护坡植物夹竹桃(Nenium indicum)作为研究对象,依据数值模拟中根系模型与实测根系形态分形维数的关系,研究了植物根系分形维数与边坡土体位移场的关系,给出了分形维数与边坡位移量的定量关系。随着分形维数的增大,根系生长活性增大,根系分枝数量和分枝长度逐渐增大,植入边坡土体后,边坡表层位移量能够有效减小,因此植物根系分形维数大小能够反映根系对边坡土体位移场的影响。     

塔里木河流域河岸植被根系护坡的力学机制

荒漠植被根系发达,能够有效稳定边坡、遏制水土流失。以塔里木河典型岸坡植被根系为研究对象,对塔里木河干流上、中游的6个典型河段进行现场勘查并取样,共取土样28组,17组为根–土复合体,包括红柳、甘草、骆驼刺、芦苇、胡杨、白刺6种植被根系。分别对6种不同植被的根–土复合体及相应的素土进行室内直接剪切试验,对比分析黏聚力和内摩擦角的变化规律,定量评价不同植被根系对河岸土体抗剪强度的增强效果;对6种植被根系进行单根抗拉试验,分析不同植被根系的抗拉强度及抗剪强度与根系直径的关系。试验结果表明:(1)根系能提高土体抗剪强度且主要是通过提高黏聚强度来实现的,对内摩擦角影响较小;(2)根–土复合体黏聚力普遍比素土高,6种植被根系下由3.14~16.51 kPa提高到9.43~28.30 kPa;(3)根系抗拉强度随直径的增大而减小,而抗拉力随直径增大而增大。通过分析根–土之间相互作用的力学特点,将根系假设为刚性状态和柔性状态,建立植物护坡中根–土相互作用的力学模型,分别推导出刚性状态下根系提高土体抗剪强度最大值以及柔性状态下根系提高土体抗剪强度最小值的计算公式,根据公式计算得出不同植被根系提高土体抗剪强度最大值和最小值范围,并与试验结果进行对比分析,结果表明:实测土体抗剪强度增加值全部在理论计算范围以内,说明模型计算方法的合理性,为实际工程植被护坡效应的评价提供理论依据。     

坡面岩体–基质–根系互作的力学特性

通过试验对岩石边坡植被护坡工程坡面岩体–基质–根系互作的力学特性进行了初步探讨,研究了基质–根系复合体自身的抗剪、抗拉及其与岩体间的抗剪特性;探明了抗剪强度、抗拉强度与复合体含根量、含水量等因子间的关系及时间尺度效应。研究结果表明:基质–根系复合体与岩体间的抗剪力主要由摩擦力及生物作用力组成,抗剪强度随含水量的增加而减小,随含根量增加而增大,均表现出对数函数关系,含水量对摩擦力及生物作用力均产生影响,含根量主要影响生物力部分;由于植物根系的存在,复合体具有了抗拉特性,其抗拉强度随含根量增加而增大,随含水量的增加而降低,并与两者间存在较显著的函数关系;复合体抗剪强度τ与正压力σ的关系符合库仑定律,但c,?值与一般土的抗剪强度指标的物理意义不同,还包含了根系的作用效果,在复合体含水量与正压力相同情况下,抗剪强度与含根量呈指数函数关系,根系总量增加,c,?值均呈增加趋势,显著提高了复合体抗剪强度,在复合体的含根量与正压力相同的情况下,抗剪强度与含水量呈幂函数关系,含水量的增加使c,?值减小,复合体抗剪强度降低;坡面岩体–基质–根系互作的力学特性具有明显的时间尺度效应,草种为狗芽根时,播种后5个月基本达到稳定。     

纤维增强塑料筋力学特性研究

基于玻璃纤维增加塑料筋抗拉强度较大、抗剪切强度较低的特点,采用特制装置进行筋材室内抗拉试验研究,分析直径、材料组成、肋间距这三个因素对筋材力学特性的影响,获得有益结论:GFRP筋材直径增大能使得其极限荷载增大,但极限抗拉强度有所下降;纤维含量增加能提高筋材极限抗拉强度及弹性模量;肋间距增大将降低极限抗拉强度,增大应变值,造成弹模逐渐增大;直径对筋材极限抗拉强度影响最大,肋间距次之,材料组成最小;肋间距对筋材弹模影响最大,材料组成次之,直径最小。     

青藏高原黄土区护坡灌木植物根系力学 特性研究

 为研究灌木根系固土护坡的力学机制,以西宁盆地为例,对青藏高原黄土区柠条锦鸡儿、白刺、霸王、四翅滨藜4种灌木进行室内单根拉伸、剪切试验,系统分析灌木根系材料的力学特性。试验与研究结果表明：根系抗拉力和抗剪力均与根径呈幂函数或指数函数关系,且随根径增大而增大,生长期为18个月的4种灌木的抗拉力与抗剪力大小依次为：四翅滨藜＞柠条锦鸡儿＞霸王＞白刺;根系抗拉强度与根径间呈幂函数或指数函数的关系,随根径增大而减小。根系拉伸的应力–应变特征随不同灌木种的根系结构组成不同而不同,4种灌木种单根拉伸应力–应变曲线均表现出在根系受拉后的初期阶段,应力–应变呈直线关系,当荷载超过弹性极限,拉力继续增加时,应力–应变关系反映出非线性弹性特征,4种灌木种延伸率均可达13%以上,且根系最大延伸率随根径增大而降低。研究区根系密集且毛细根分布较多的0.3～0.8 m的浅层土体具有较大的抗拉强度、抗剪强度和抗变形能力,对防治边坡表层水土流失、增强根–土复合体抗剪强度、减缓与防治边坡的滑移变形具有重要作用。根据4种供试灌木根系力学特性并结合根系形态特征,四翅滨藜和柠条锦鸡儿根系固土护坡作用较大。     

陕西延安Q_2原状与重塑黄土抗拉强度对比试验研究

对陕西延安新宝塔山隧道Q2原状黄土和重塑黄土进行了不同加载速率的无侧限抗压与贯入抗拉试验,研究了加载速率对黄土抗压和抗拉强度的影响,同时研究了加载柱直径对重塑黄土抗拉强度的影响。结果表明:加载速率对抗压强度和抗拉强度的影响较大,抗压强度与抗拉强度均随加载速率的增大而增大,加载速率为1.0mm/min时其抗压强度和抗拉强度值均比较稳定。原状黄土的压拉强度比在10.24~13.68之间,重塑黄土的压拉强度比在18.3~19.9之间。Q2黄土的灵敏度随加载速率的变化范围为5.78~7.14,为灵敏性黏性土,具有较强的结构性。Q2原状黄土与重塑黄土抗拉强度比值在8.40~10.88之间。黄土抗拉强度与加载柱直径之间呈线性增长关系。研究可供土体抗拉强度试验参考,也可为土体抗拉强度试验方法的规范化和标准化提供基础数据。     

630MPa级高强钢筋粘结锚固性能梁式试验研究

我国现行规范对于500MPa级以上钢筋在混凝土结构中的应用尚未做出规定,这使得其在工程建设中缺乏设计、施工依据.为了推广630MPa高强钢筋的应用,制作了 21个配置630MPa高强钢筋和21个配置400MPa钢筋的粘结锚固试件,通过梁式试验方法,分析630MPa高强钢筋与混凝土在不同混凝土强度、钢筋直径和锚固长度时的粘结锚固性能,并与400MPa钢筋进行对比.研究结果表明:在粘结锚固试件破坏形态、粘结-滑移特性及锚固钢筋应变分布规律等方面,630MPa高强钢筋均展现出与400MPa钢筋较为一致的性能;在同条件下,630MPa高强钢筋与混凝土的平均粘结强度均不同程度高于400MPa钢筋,且这种趋势随钢筋锚固长度的增大而减小,随混凝土强度的提高而增大;按现行《混凝土结构设计规范》确定630MPa高强钢筋锚固长度具有充足的安全储备.     

钢纤维陶粒混凝土轴心抗拉强度及粘结锚固性能分析

研究了钢纤维陶粒混凝土的抗拉强度、粘结锚固性能随钢纤维掺量和钢筋直径的变化规律。结果表明:随着钢纤维体积率的增加,陶粒混凝土的轴心抗拉强度逐渐提高,通过对试验数据的拟合得到轴心抗拉强度随钢纤维体积率变化的计算公式;相同钢纤维体积率下,陶粒混凝土粘结强度随钢筋直径的增大呈先提高后降低的趋势,峰值滑移量逐渐降低,钢筋直径为18 mm时,粘结强度最大;相同钢筋直径下,粘结强度随钢纤维体积率的增大而提高,峰值滑移量也逐渐增大;运用最小二乘法建立了基于轴心抗拉强度、钢纤维体积率、la/d、c/d的极限粘结强度公式;在极限粘结强度公式的基础上推导出钢筋在钢纤维陶粒混凝土中的锚固长度公式,并且钢纤维陶粒混凝土的锚固长度可按照GB 50010—2010进行设计。     

矿区生态护坡纤维土体力学特性试验研究

对国家能源集团上湾煤矿副井工业场地边坡中粉质黏土及根土复合纤维土进行了试验研究。通过根系抗拉强度试验,分析根系长度及直径对极限抗拉力、抗拉强度及弹性模量的影响。通过室内剪切试验,分析得出土体含水率及含根量对纤维土体的力学性能机制的影响。将园林工艺和环境岩土工程技术相结合应用到工程实践中,不仅可以美化厂区环境,还可以稳定边坡和防治水土流失,有利于矿区生态文明建设与发展。     

高强钢筋与高强混凝土粘结锚固性能试验研究

通过对33个高强钢筋(HRB500)与高强混凝土(最高达C80)粘结锚固试件的拔出试验,分析了高强钢筋与高强混凝土粘结锚固性能和影响粘结锚固强度的主要因素,在对试验结果分析的基础上,对目前《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)的锚固长度规定进行了评价。研究表明:与普通强度钢筋混凝土类似,高强钢筋和高强混凝土的粘结锚固强度随着钢筋直径的减小而增大,随着保护层厚度、横向钢筋配筋率、混凝土抗拉强度的增大而增大;但高强钢筋高强混凝土试件的破坏更加突然,在达到极限拉拔力后试件瞬间劈开,延性较差,配制一定量的箍筋可以较大程度上改善其延性;当混凝土强度等级高于C60时,不同强度等级的混凝土所需要的锚固长度是不一样的;在设计锚固长度时,对于强度等级为C80的高强混凝土,混凝土轴心抗拉强度设计值ft按C80取值,《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的计算公式仍适用,是安全的。     

黄河源区河岸带高寒草甸植物根-土复合体抗拉特性研究

植物根系作为一种特殊的河岸物质组成材料,对改变土体力学特性具有重要作用。采用现场挖空法,在黄河源区二元结构河岸的3个点位开展2种植被群落类型的根-土复合体抗拉特性原位试验,分析滨河草甸植被根系对增强河岸物质抗拉特性的作用。高寒草甸河岸崩塌宽度为0.52~0.70m,明显大于一般黏性土河岸的崩塌宽度,而且原生草甸河岸的崩岸宽度大于中度退化草甸河岸。原位试验结果表明原生高寒草甸植物群落优势植物的华扁穗草的单根平均抗拉强度为31.67 MPa,比中度退化的优势植物垂穗披碱草高15.52 MPa,且其根面积比相比中度退化的植物群落高2~3倍。可见,植物根系的存在对抑制河岸崩塌速率具有一定的作用。应用河岸崩塌临界平衡公式,计算研究区3个点位的根-土复合体的抗拉强度值分别为66.86,21.29和22.63 kPa,这说明单根抗拉强度及根面积比对提高根-土复合体抗拉强度具有重要的作用。通过用修正系数后的Wu-Waldron根系增强模型公式验证,2种计算方法得出的根-土复合体抗拉强度值符合较好,相对误差在2.12%~9.21%。试验方法可为原位测量含根河岸土体的抗拉强度提供参考,同时为揭示黄河源区弯曲河流河岸崩退机制提供数据支撑。     

坡面岩体-基质-根系互作的力学特性

通过试验对岩石边坡植被护坡工程坡面岩体-基质-根系互作的力学特性进行了初步探讨，研究了基质-根系复合体自身的抗剪、抗拉及其与岩体间的抗剪特性；探明了抗剪强度、抗拉强度与复合体含根量、含水量等因子间的关系及时间尺度效应。研究结果表明：基质-根系复合体与岩体间的抗剪力主要由摩擦力及生物作用力组成，抗剪强度随含水量的增加而减小，随含根量增加而增大，均表现出对数函数关系，含水量对摩擦力及生物作用力均产生影响，含根量主要影响生物力部分；由于植物根系的存在，复合体具有了抗拉特性，其抗拉强度随含根量增加而增大，随含水量的增加而降低，并与两者间存在较显著的函数关系；复合体抗剪强度τ与正压力σ的关系符合库仑定律，但c，φ值与一般土的抗剪强度指标的物理意义不同，还包含了根系的作用效果，在复合体含水量与正压力相同情况下，抗剪强度与含根量呈指数函数关系，根系总量增加，c，φ值均呈增加趋势，显著提高了复合体抗剪强度，在复合体的含根量与正压力相同的情况下，抗剪强度与含水量呈幂函数关系，含水量的增加使c，φ值减小，复合体抗剪强度降低；坡面岩体-基质-根系互作的力学特性具有明显的时间尺度效应，草种为狗芽根时，播种后5个月基本达到稳定。     

先张法预应力螺旋肋钢棒自锚预应力传递长度的试验

通过20个先张法构件预应力螺旋肋(HR)钢棒的预应力传递长度试验,详细分析钢棒有效预应力、混凝土抗拉强度、钢棒直径和配箍率等因素对预应力传递长度的影响,得出预应力HR钢棒相对预应力传递长度与钢棒有效预应力近似呈正比关系,与放张时混凝土抗拉强度近似呈反比关系;在试验数据的基础上,依据HR钢棒黏结锚固性能试验研究的结果,提出预应力HR钢棒的预应力传递长度计算公式。     

护坡植物根系与岩体相互作用的力学特性

通过野外原位拉拔试验，选取灌木铁仔、黄荆、羊蹄甲和禾本科金发草等4种植物，按着生点基岩风化程度不同，测定植株的抗拔力、单根的力学特性和生物指标，研究护坡植物根系与岩体相互作用的力学特性。试验结果表明：受根系构型、受力单根的极限抗拉力及作用根系数量的影响，其单根极限抗拉力随根径的增加而增大，之间有很好的幂函数关系；随植物类型不同，单根的拉力-伸长率关系不同，且极限伸长率随着根径的不同而变化，羊蹄甲与黄荆的拉力-伸长率为线性关系，遵从胡克定律，而灌木铁仔的拉力-伸长率为对数函数关系，羊蹄甲与黄荆根系的极限伸长率表现为随根径增大而降低，铁仔根系的极限伸长率与根径的关系表现出单峰形曲线；在地茎或株高相近的情况下，灌木的抗拔力随基岩风化程度的加剧而增大，在基岩风化程度相近的情况下，抗拔力随地茎、株高及地下生物量的增加而增大，之间具有很好的指数关系；草本植物金发草生物指标与抗拔力之间无明显的数学关系，与基岩问的力学作用不明显。探明根系力学作用特性随植被与基岩类型改变而改变的特征，可为岩石边坡植被护坡工程构造设计及植被类型选择提供必要的参考。     

植生混凝土试验研究及工程试用

对植生混凝土的水胶比、目标孔隙率与抗压强度、抗折强度和实测孔隙率的关系进行试验研究,制备出孔隙率大于20%、28d抗压强度大于10 MPa的植生混凝土;并对其植物生长性能进行了工程中试,取得了一系列详实的资料。研究制备的植生混凝土及其生长基料对植物的生长有良好的适应性,生长一个月后的植物,其根系穿透了10 cm的植生混凝土层进入土体,根系的生长情况良好。     

大气–植被–土体相互作用:理论与机理

植物是天然的工程师,拥有防止浅层滑坡和地表侵蚀的潜能,并具备低投入、易养护、绿色环保和生态平衡等优点。目前国内外的研究和工程实践大多只考虑植物根系的力学加筋作用,而忽略了更为重要的水力作用。植物蒸腾能增加土体吸力,从而降低土体渗透系数且增加抗剪强度,所以能提高边坡稳定性和防止地表侵蚀。笔者的跨学科研究团队结合高等非饱和土力学理论和植物特征,从根本上研究了大气–植被–土体的相互作用机理;提出了新的理论模型,可预测植被土的持水能力;构建了考虑植物根系形状影响的地下水渗流与地表径流耦合运移的新模型;推导了计算植被边坡吸力分布与稳定性安全系数的解析解,引入了指数形、三角形、均布形和椭圆形4种典型的根系形状;并自主研发了用于离心机模型试验的人造根,能够模拟不同形状的植物根系的水力作用和力学加筋作用,并利用其揭示了根系形状对边坡的变形与破坏机理的影响。为保证研究的基础性和实用性,选取了百慕大草和鸭脚木树两种代表性植物,并考虑了种植间距与真菌等因素的影响。主要研究结果揭示:(1)植物在干燥与降雨条件下均能明显提高土体吸力,提高边坡稳定性;(2)植物引起的土体吸力可以用叶片面积指数和根表面积系数等植物特征参数量化,并且鸭脚木树的叶片面积指数和根表面积系数之间存在着线性关系;(3)真菌能显著提高植物根系的抗拉强度,加强植物的力学加筋作用;(4)所研究的4种根系形状中,指数形根最有利于提高边坡稳定性。上述研究包括室内试验、现场监测、离心机试验和理论建模等方面,建立了一套科学合理的理论框架与测试方法,并为植物护坡的工程实践和"海绵城市"的建设提供科学依据。     

不同粘结介质中CFRP筋锚固性能的试验研究

为寻求一种更好的粘结介质以改善CFRP筋粘结式锚具的锚固性能,通过静载试验研究了不同表面形状和锚固长度的CFRP筋在超高性能混凝土RPC、环氧铁砂、环氧石英砂和普通混凝土等四种不同粘结介质中的受力锚固特征。结果表明:CFRP筋的表面形状显著影响其锚固性能;CFRP筋在环氧铁砂和环氧石英砂中的锚固性能基本一致;在其他条件相同时,RPC对CFRP筋的锚固性能最好,环氧砂次之,普通混凝土较差;对于抗拉强度保证值2550MPa、直径10mm的表面压纹CFRP筋,其在抗压强度为130MPa的RPC中的锚固长度达到25d(d为CFRP筋的直径)时即可保证CFRP筋的强度予以充分发挥,而同样的CFRP筋在环氧砂和普通混凝土中的锚固长度为35d时亦不能保证CFRP筋被拉断。因此,在目前可供选择的粘结介质中,RPC作为综合性能优良的粘结介质可在粘结式锚具中对具有表面压纹的高强CFRP筋提供最有效的锚固。     

高速公路生物边坡防护加固机理探讨

目前高速公路边坡生态防护技术研究主要集中在对施工工艺以及水土保持学的研究，忽略了坡面植物根系的工程力学行为及与植物防护与工程防护相结合防护的研究，导致防护理论远远落后于防护技术应用的发展．制约生态防护技术在边坡工程中的应用。从生态防护的力学效应，植物根系加固土体模型机理等方面进行研究。     

寒旱环境盐生植物根系固土护坡力学效应及其最优含根量探讨

 本项研究以大柴旦盐湖区及其周边地区为例,选取海韭菜(Triglochin maritima Linn.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)、无脉苔草(Carex enervis C. A. Mey.)等4种优势盐生植物,对其单根进行了单根拉伸试验以及4种植物根–土复合体抗剪强度试验。分别获得了4种植物单根最大抗拉力和单根抗拉强度;通过对4种盐生植物根–土复合体在不同含根量梯度下的直接剪切试验,探讨了根系对土体抗剪强度增强作用以及根–土复合体的最优含根量。由单根拉伸试验结果表明,4种植物单根抗拉力值为4.67～10.97 N,单根抗拉强度值为12.32～49.99 MPa,且4种植物单根抗拉强度由大至小依次为赖草、毛穗赖草、无脉苔草、海韭菜;4种植物根–土复合体扰动试样黏聚力值为10.44～27.42 kPa,不含根素土试样黏聚力值为8.10 kPa,与不含根系素土相比,根–土复合体的黏聚力增长量为2.34～19.32 kPa,其增幅为28.89%～238.52%;根系增强土体抗剪强度存在最优含根量,根–土复合体试样中的含根量处于最优含根量时,4种植物根-土复合体的抗剪强度为相对最大值,其黏聚力值为17.94～27.42 kPa,黏聚力由大至小依次为海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草。该研究成果对大柴旦盐湖区以及与该区地质条件相似的其他地区开展利用盐生植物增强土体抗剪强度,且对于开展有效防治土体侵蚀和地表水土流失等地质灾害的发生具有理论价值和实际意义。