结构性对西澳残积土抗剪强度影响的试验研究

残积土结构性遭到破坏会导致工程事故,有必要研究其结构性对力学性质的影响。对西澳残积土的原状和重塑土分别进行单剪试验和三轴固结不排水试验,研究结构性对其抗剪强度的影响。试验结果显示:单剪试验中,不论是原状土还是重塑土,产生相同剪应变时,剪应力都是随着竖向应力的增大而增大;由于原状土的结构性较强,在较低的竖向应力作用下,要产生相同的剪应变,原状土比重塑土需要施加更大的剪应力;在较高的竖向应力作用下,原状土的结构性遭到一定程度的破坏,要产生相同的剪应变,需要施加的剪应力比重塑土小。三轴固结不排水试验中,围压较低时,原状土较强的结构性起主导作用,相同轴向应变下的剪应力比重塑土大;围压较高时,原状土的结构性被破坏,而其较大的孔隙起主导作用,在产生相同轴向应变时的剪应力反而比重塑土要小。重塑土在相同的轴向应变ε_a下,剪应力q随着围压的增大而增大;原状土在围压较小时,由于结构性较强,q～ε_a曲线随围压的变化不明显,在围压较大时,原状土的结构性被破坏,呈现和重塑土类似的规律。根据三轴试验结果提出了原状土和重塑土的G_(max)与p′之间的归一化关系式。比较单剪试验和三轴试验得到的抗剪强度,发现单剪试验得到的抗剪强度位于三轴试验得到的有效强度包线和总强度包线之间。最后对工程中类似残积土抗剪强度参数的选取提出建议。     

循环应力历史对堆石料变形特性影响规律试验研究

为深入研究循环应力历史对堆石料变形特性的影响规律,采用大型多功能静动三轴试验机,对堆石料进行了一系列不同应力路径下的动力变形试验研究,重点探讨了循环应力历史对堆石料体应变和偏应变的影响规律.试验结果表明:堆石料经历初次循环荷载作用后,再次经受循环荷载作用时的抵抗变形能力有所提高;通过对比试验结果发现,应力路径对抵抗变形能力变化幅值的影响较小,试验时所施加的围压、固结应力比、动应力的大小等因素的影响也可忽略不计,主要与前后两次动应力大小的比值(即循环应力历史系数)有关.分析其原因,在初次循环荷载的作用下,堆石料颗粒之间发生相对滑移、旋转以及颗粒破碎等现象,导致颗粒之间的接触点增多及接触面增大,颗粒之间的咬合能力增强,形成较为稳定的骨架结构;再次施加循环荷载作用时,颗粒之间的稳定结构调整难度加大,所以导致堆石料的变形量减小,抵抗变形的能力有所提高.     

不同应力状态下裂隙岩体水力劈裂试验研究

以水泥砂浆作为类岩石材料,采用水-固-热耦合试验系统、电液伺服万能试验机、动态数据采集分析系统以及自主设计研制的高压水密封装置分别进行了不同注入流量条件以及单轴压应力作用下裂隙岩体水力劈裂试验。研究结果表明:无轴向拉压作用下,注入流量越大,试样劈裂破坏历时越短,越容易发生劈裂破坏,且试样水力劈裂起裂水压与劈裂水压的比值Pini/PIc与注入流量呈线性关系;注入流量不变的情况下,垂直裂缝走向的轴向压应力对试样水力劈裂起抑制作用,平行裂缝走向的轴向压应力较小时(0.1~0.3 MPa)对砂浆试样水力劈裂起抑制作用,较大时(0.4~0.5 MPa)对砂浆试样水力劈裂起促进作用。     

Ⅰ型加载模式下裂纹长度对压实黏土起裂机制的影响研究

对含不同长度预制裂纹的压实黏土试样开展Ⅰ型断裂试验，结合数字图像相关方法从宏细观角度分析了Ⅰ型加载模式下土体的断裂机制，包括荷载-位移曲线、临界断裂韧度J_IC、水平位移场等，结果表明：土体破坏模式与预制裂纹长度无关，荷载-位移曲线可分为压密阶段、线性变化阶段和破坏阶段；随着预制裂纹长度增大，试样临界断裂韧度J_IC呈线性递减；随着荷载增大，预制裂纹尖端处的局部变形增大，水平位移等值线逐渐汇集。引入细观分析指标-水平应变密度D_E，得出水平应变密度D_E随着预制裂纹长度增大逐渐降低，与临界断裂韧度J_IC呈线性相关。     

基于宏细观耦合的塑性混凝土力学特性模拟研究

为揭示塑性混凝土细观破坏机理,基于PFC-FLAC3D耦合建立了柔性膜边界三轴试验模型,深入分析了塑性混凝土在围压效应和尺寸效应下的细观变形破坏特征,采用多元非线性公式定量描述了塑性混凝土宏观单轴力学强度-围压-三轴力学强度的经验函数关系,并结合室内试验结果验证了经验公式的准确性。研究结果表明：围压越大,对内部颗粒运动约束越强,低围压下的剪切带形态更明显。高围压有利于提高结构整体性,弱化抗压强度的尺寸效应。随着尺寸增加,试样中部侧向鼓胀变形减小,斜截面贯通连接的颗粒减少,导致X形剪切面特征逐渐减弱。最后,采用多元非线性拟合方法定量描述了单轴力学强度-围压-三轴力学强度联合关系,为后续研究提供理论基础。     

动荷载下EPS颗粒混合轻量土的动强度特性试验研究

为研究EPS颗粒混合轻量土的动强度特性,以黄土作为原料土制备试样,对EPS颗粒掺入比为0.14%、0.31%、0.54%、0.86%、1.31%,水泥掺入比为10%、15%、20%的EPS颗粒混合轻量土进行室内动三轴试验。试验结果表明:EPS颗粒混合轻量土在动荷载作用过程中,动应变增长比较平稳,没有出现变形急速陡转的情况,而且压应变明显大于拉应变。选择5%压应变作为破坏标准进行分析。随着围压和水泥掺入比的增大,EPS颗粒混合轻量土动强度增大;随着EPS颗粒掺入比的增大,EPS颗粒混合轻量土动强度减小。相比较于本试验配制的重塑黄土动强度,不同配比的EPS颗粒混合轻量土的动强度增大幅度为20.8%~232.9%。该结论可为EPS颗粒混合轻量土在地基改良方面的应用提供参考和理论支持。     

渗流方向对红黏土与砂接触流失影响的试验研究

为了研究红黏土心墙和反滤层的接触流失破坏,采用ST 30-3渗透仪进行了不同干密度的红黏土和反滤砂层在三种水流方向情况下的接触流失破坏试验,探讨接触流失的发生和发展过程,得出了渗透流速和渗透系数随水力坡降的变化规律,以及水流方向和红黏土干密度对接触流失破坏的影响规律。试验结果表明,接触流失的发展过程依次分为稳定阶段、过渡阶段、次生反滤层形成阶段和破坏阶段。随着水力坡降的增大,渗透系数先维持不变或微增,达到启动坡降后明显增大,在次生反滤层形成阶段又趋于稳定,达到破坏坡降后突然增大。红黏土干密度的增大和水流方向与接触面夹角的减小都有助于提高红黏土和砂抵抗接触流失破坏的能力。     

胶凝砂砾石坝极限承载力及超载破坏分析

为了得到胶凝砂砾石坝结构破坏的一般规律,参考重力坝分析思路,基于非线性有限元方法,对胶凝砂砾石坝进行数值模拟;参考地质力学模型破坏试验研究方法,研究其坝体应力、变形、坝体结构破坏过程以及极限承载力,比选出适合模拟胶凝砂砾石坝结构破坏的超载方法,并以那恒水库CSG坝为模型进行超载分析。结果表明,胶凝砂砾石坝在超载后坝踵、坝趾率先出现屈服区,坝踵在拉、压应力相互作用下,较坝趾更容易屈服破坏;相比目前破坏试验主要使用的研究方法,以水荷载超载为主的综合法更适合胶凝砂砾石坝超载破坏研究。     

历经单调荷载历史混凝土动态受压损伤特性的研究

研究了历经不同单调荷载历史后混凝土试件在不同应变速率（10-5/s、10-4/s、10-3/s）下的动态单轴受压试验,对比分析了混凝土应力-应变全曲线,并采用改进后的Weibull统计模型分析了单轴受压损伤特性。试验结果表明：在相同荷载历史下,随着应变速率的提高,混凝土峰值应力及弹性模量明显增加,峰值应变变化不明显;在相同的应变速率下混凝土峰值应力、峰值应变和弹性模量随荷载历史幅值的增加而降低,历经85%的单调荷载历史幅值后,混凝土残余强度降低显著;当单调荷载历史低于某一槛值时,荷载历史对混凝土强度影响较小,但是加载历史高于某一槛值时,混凝土损伤变量随应变速率的提高而增加,混凝土极限抗压强度明显降低。     

压捆机压缩频率与压缩室三维应力关系的试验研究

压缩频率与压缩室三维应力直接影响牧草压捆机的生产率和结构尺寸,是主要设计参数。本研究以方草捆压捆机为试验设备,以羊草作为试验物料,研究开式压缩中压缩频率与压缩室三维应力的关系。在压捆机工作过程中,采集压缩过程中草物料在压缩室3个相互垂直方向上应力,分析三维应力间的相互关系,以及不同压缩频率下三维应力的变化趋势。结果表明:同一压缩频率下,三维应力值均随时间呈指数规律变化;压缩频率改变导致三维应力数值变化,但对三维应力本身变化规律无明显影响;单纯提高压缩频率会造成活塞轴向压缩力下降,进而影响其他两个方向应力。     

循环荷载下混凝土耗散能及塑性应变演化动态试验研究

对尺寸为300 mm×300 mm×300 mm立方体混凝土试件进行了4种应变速率下的单轴循环加卸载试验,分析了加卸载过程中混凝土耗散能及塑性应变随加卸载次数之间的关系。结果表明:低应变速率下耗散能随循环次数的增加先增大后减小,高应变速率下耗散能则逐渐增大;耗散能与试件破坏程度密切相关,耗散能越大试件破坏所呈现出的结构面越多,破坏程度越大;在整个循环加卸载过程中混凝土的塑性应变增量较为稳定,与耗散能不呈现明显的正相关性;加卸载循环过程中混凝土塑性应变几乎均匀增加,且与加载速率无关。     

玉米秸秆压缩变形与应力试验研究

实验用SAS对3个玉米品种的秸秆、压缩位置、含水率和轴向压缩方向(长轴和短轴)进行随机区组试验设计,测试样品的压应力。对4个因素进行0.05水平上的Duncan’s方差分析,得出影响压应力的主要因数是轴向压缩方向,显著率达0.036 1,决定系数达0.815 157;对轴向压缩方向直径(x)的一元多项式压应力(y)回归,得出模型:y=-3 247.52+528.43x-31.86x2+0.84x3-0.008x4,模型显著性检验概率0.038 1,决定系数达0.999 354。试验结果可为玉米机械化收获及其秸秆综合开发利用提供生物力学参考。     

T型厚壁隔板贯通式节点抗震性能试验

为了研究方钢管混凝土柱与H型钢梁连接的隔板贯通式节点的动力特性及抗震性能,本试验设计了三个低周反复荷载作用下的T字形足尺隔板贯通式梁柱节点试件的拟静力试验。通过分析构件在低周反复荷载作用下所得的滞回曲线求得该试件的骨架曲线和等效粘滞系数来研究它们的耗能能力。试验接着分析了试件的破坏过程及破坏特征,对节点的延性、能量耗散等抗震性能指标进行分析,探讨了试件的隔板挑出长度,轴压比等参数对节点抗震性能的影响以及其应力传递规律。在分析的基础上得到一些结论:隔板贯通式节点有较高的承载力和较好的延性,较强的耗能能力和抗震性能。     

自然湿度及围压作用下的混凝土率效应试验研究

利用大型多功能静动力三轴仪系统地进行了混凝土常规三轴静动态抗压性能试验,分析了混凝土在不同水压(0、2、5、10 MPa、)中受不同加载速率(10~(-5)、10~(-4)、10~(-3)、10~(-2)/s)作用下的力学与变形特性。试验结果表明,混凝土的强度随应变速率的增大而增大,随围压增大而增大;峰值应变总体随应变速率增大而增大,随围压增大变化不明显;弹性模量随加载速率的增加总体呈增大的趋势,与加载环境的相关性较小;混凝土的破坏形态与应变速率及加载环境的相关性均较小。     

渠道土壤含水率的时空变化及渗漏模拟研究

【目的】探明渠道土壤含水率的时空变化及不同水深条件下渠道渗漏规律。【方法】采用恒水位静水试验,试验设置8个入渗水头,分析渠道土壤含水率的时空变化规律及不同水深、质地条件下渠道的累积入渗量及入渗速率的变化规律。基于田间层状土壤条件下开展的渠道渗漏试验,建立了二维空间上饱和-非饱和有压水头的土壤水分入渗模型,采用HYDRUS-2D软件对试验渠道及均质粉土、粉壤土的渠道进行模拟。【结果】①当土壤剖面存在分层界面时,临界面对水分入渗具有缓阻作用,分层界面底部达到饱和含水率的时间相应增长。到达一定时间后,缓阻现象消失,水分通过分层界面后,入渗呈线性均匀的变化。②利用HYDRUS-2D软件对试验渠道的水分入渗速率及累积入渗量进行模拟,经实测数据验证,试验模拟效果较好,用于渠道渗漏评价入渗速率和累积入渗量是可行的。随着渠道水深的增大,入渗速率增大,累积入渗量的变化越大。渠道水深与土壤水势梯度正相关,因而与渗漏通量正相关。③渠道土质越黏重,土粒间孔隙就越小,水流渗漏的阻力越大,水力传导度越小,土壤持水能力越大,渠道的渗漏损失越小。【结论】HYDRUS-2D软件可较好的模拟复杂条件下渠道渗漏规律,土壤的层状性对水分入渗具有缓阻现象,灌区改造优选黏性土壤可减小土壤水分入渗。     

压砂条件下水分一维垂直入渗试验研究

为研究压砂对土壤水分垂直入渗规律的影响,选取沙土和壤土这2种土壤作为研究对象,采用土柱试验模拟压砂条件下沙土和壤土的水分入渗垂直运动的影响规律,并分别设置2种土壤无压砂处理的对照试验,分析压砂对2种土壤的水分入渗垂直运动的影响规律.结果表明:压砂提高了包含砂层在内的土壤入渗能力,但抑制了砂层下土壤的入渗性能;通过函数拟合得到了累积入渗量随入渗时间变化的经验方程式,拟合程度较高;压砂条件对土壤初渗速率有较大影响,压砂条件下的沙土的初渗速率为不压砂的1.67倍,壤土为2.37倍,压砂对壤土初渗速率影响更为明显;稳渗速率均较小,且压砂对2种土壤的稳渗速率无明显影响;压砂对2种土壤的湿润深度随累积入渗量的变化均起到抑制作用,且对壤土抑制作用更强,2种土壤去除砂层影响后土层的湿润锋深度与累积入渗量的关系均近似呈线性规律.     

历史荷载作用对混凝土受压动态力学性能的影响

对历经单调加载历史和循环加载历史后的混凝土,进行了应变速率为10-5、10-4、10-3/s下的单轴压缩试验。试验结果表明：（1）历经单调加载历史的混凝土,随着应变速率的提高,峰值应力、峰值应变、弹性模量均增加;（2）历经循环加载历史的混凝土,随着应变速率的提高,峰值应力和峰值应变均增加,而弹性模量则减小;（3）在应变速率为10-5/s时,历经单调加载历史比历经循环加载历史的混凝土的峰值应力和峰值应变大,但弹性模量相差很小;在应变速率为10-3/s时,历经单调加载历史比历经循环加载历史的混凝土的弹性模量大,但峰值应力和峰值应变相差很小。     

弯曲荷载对水工混凝土构件碳化耐久性寿命的影响

进行了弯曲荷载作用下的水工钢筋混凝土梁的碳化加速腐蚀试验,在分析纯弯段混凝土碳化深度规律的基础上,研究了弯曲荷载对混凝土梁碳化耐久性寿命的影响.研究的结论表明,荷载作用将加速受拉区混凝土的碳化,并缩短梁的耐久性寿命.     

含水率变化对伊犁黄土变形和剪切特性的影响

通过研究伊犁黄土含水率变化对变形、剪切特性的作用效应,揭示含水率的变化对伊犁黄土变形、剪切性能作用规律,对今后伊犁建设工程具有一定的指导意义。试验采用新疆伊犁地区重塑黄土、原状黄土作为研究对象,制备不同含水率条件下的黄土试样,对其进行压缩试验和直剪试验,分析含水率变化对伊犁黄土变形及抗剪强度指标的影响。随着含水率的增大,相同垂直压力条件下伊犁黄土的孔隙比逐渐减小,压缩模量逐渐减小;而伊犁黄土抗剪强度逐渐减小,抗剪强度指标中凝聚力逐渐减小,内摩擦角变化不大。     

基于单轴密闭压缩试验的草炭离散元参数标定

为了提升穴盘播种过程中草炭装盘、压穴、覆料的仿真准确性,基于草炭的物料特性,选择Edinburgh Elasto-Plastic Adhesion（EEPA）模型在EDEM软件中建立草炭离散元仿真模型,通过单轴密闭压缩和虚拟仿真试验对草炭参数进行标定。通过物理试验测得草炭密度、粒径分布和接触参数,应用Plackett-Burman Design和最陡爬坡试验设计显著性分析试验,发现草炭间恢复系数、静摩擦因数、草炭切向刚度因子和剪切模量影响显著。应用Central Composite Design试验建立响应值与4个显著性参数的二次多项式回归模型,以单轴密闭压缩20%、50%轴向应变对应的轴向压力3.83、91.45N为目标值对显著性参数进行寻优,得到最优组合为：草炭间恢复系数0.202、草炭间静摩擦因数0.595、切向刚度因子0.667、草炭剪切模量0.613MPa。最后将该参数组合下的仿真值与实测值进行对比验证,在轴向应变范围20%~50%内实测值与仿真值的平均误差约为8.08%。相对误差在轴向应变40%左右达到最大值,为15.34%。结果表明基于响应面法标定的EEPA模型参数可用于离散元仿真研究。