纤维水泥土力学性能的试验研究

为了解加入纤维对水泥土力学性能的影响,对素水泥土及纤维水泥土进行了无侧限抗压和疲劳试验。研究结果表明,添加纤维可小幅度提高水泥土的抗压强度;与素水泥土相比,纤维水泥土在达到应力峰值时的应变明显增大,破坏后的残余强度也有所提高;纤维的加入提高了水泥土的延性,减少了裂缝的开展,改善了其力学性能;添加纤维后水泥土抵抗疲劳的能力明显增强;掺入纤维对水泥土抗疲劳能力的提高程度远大于其对水泥土无侧限强度的提高程度;水泥土的应力水平和疲劳寿命之间具有单对数线性关系;在循环荷载作用下水泥土表现为低应力性破裂特征。     

岩土材料疲劳损伤过程的数值跟踪分析

以岩土材料的疲劳损伤试验为基础,基于神经网络的系统分析方法和信号处理技术,对疲劳损伤过程进行在线监测,建立了损伤过程的数学模型,并提取了损伤参数。试验结果表明：在循环荷载的作用下,基于系统分析方法所定义的损伤参数对水泥土样与岩样的损伤发展状态十分敏感,能够有效地跟踪损伤的不同发展阶段。整个损伤过程被分为3个阶段,即疲劳裂纹萌生阶段、疲劳裂纹扩展阶段及疲劳裂纹高速扩展阶段。损伤参数跟踪显示,对于水泥掺入比与龄期均相同的水泥土试样,其疲劳寿命也会表现出较大的离散性;对组分存在差异的砂岩而言,即使疲劳寿命相同,所经历的损伤过程也不完全相同。     

分级循环动荷载下水泥土动力特性试验研究

随着车辆载重的变化,其荷载幅值也会随之变化。然而,已有的研究大多关注恒定动荷载下水泥土动力特性,对分级循环荷载作用下水泥土的动态特性研究较少。利用GDS动三轴仪,开展一系列水泥土动三轴试验,探讨分级荷载条件下静偏应力和围压等因素对水泥土动力特性的影响。试验结果表明:水泥土的轴向塑性应变随着围压和静偏应力比的增加而增加。水泥土轴向应变在0.1%～0.5%范围,其应变发展属于稳定型,分级加卸载对应变发展过程影响较大,对最终应变影响较小。建立了考虑水泥土加卸载条件、围压和静偏应力比的塑性应变的经验模型,分级卸载的相关系数大于0.95,而分级加载的相关系数在0.8～0.9之间。分级卸载时,第一级荷载对应变发展起主导作用,而分级加载时,最大动应力比无法主导前几级荷载较小时的应变发展。在分级加卸载条件下,水泥土的骨干曲线表现为2种模式:上升型和下降型,可将其简化为多段直线,利用建立的累积塑性应变计算方法,提出了确定多段直线分界点的方法,并验证了其可行性。     

周期荷载作用下盐岩声发射特征试验研究

通过改变恒幅荷载条件下的上限应力、下限应力以及加载速率等试验条件,基于声发射技术对盐岩疲劳损伤特征进行试验研究。试验发现,盐岩声发射信号出现在加载阶段和卸载初期,而砂岩声发射信号一般集中出现在上限应力处;盐岩疲劳寿命对下限的依赖程度大于砂岩;随着上限应力的增大,盐岩声发射振铃数增多。加载速率的提高会加速盐岩的疲劳破坏。通过对比声发射振铃数累计曲线和应变累计曲线,发现两者有很好的对应关系,说明二者在反映盐岩疲劳损伤时具有一致性。最后对盐岩进行3级变幅荷载试验,发现第3级声发射振铃数比相同上、下限应力的恒幅荷载条件下多,说明变幅荷载造成的盐岩损伤比恒幅荷载条件下严重。     

海水腐蚀环境下纳米SiO2改良水泥土动应力及微观分析

为研究纳米SiO₂改良水泥土抵抗动力荷载-海水腐蚀耦合作用效果,通过动三轴、扫描电镜（SEM）、核磁共振试验（NMR）,获取不同海盐溶液浓度和时间下动应力参数及NMR曲线图、SEM图,探究海盐溶液浓度和腐蚀天数对改良前后水泥土的影响。试验结果表明:改良土内部孔隙减少,土颗粒间胶结度提高,土体抵抗动力荷载-海水腐蚀耦合作用能力增强,清水环境下,养护7,14,28 d改良水泥土动强度分别提高了4.8%、6.6%、7.3%;经海水腐蚀后,土体内部结构遭到破坏,土颗粒松动且孔隙增多,水泥土动强度明显下降,腐蚀28 d、清水、1倍、2倍、3倍海水浓度溶液环境下,纳米水泥土相对于普通水泥土动强度分别提高了9.4%、7.3%、6.6%、6.3%。     

非连续循环荷载作用下岩盐力学特性试验研究

运用多功能试验机首次开展岩盐非连续疲劳试验,研究了时间间隔作用下的岩盐的力学特性(包括变形和弹性常数)的演化规律。试验结果显示:(1)与常规疲劳情况不同,间隔疲劳过程中时间间隔后的循环产生的轴向残余应变总大于时间间隔前的残余应变,且径向和体积残余应变呈现出与轴向相同的规律。(2)时间间隔后的循环内弹性模量总体大于时间间隔前的循环内弹性模量,但泊松比随时间间隔变化不明显,时间间隔前、后均呈相似的上升趋势。(3)间隔疲劳过程中的时间间隔对塑性变形的积累有加速效应,时间间隔越长,疲劳过程中残余应变积累越快,岩盐疲劳寿命越短。(4)循环过程中无应力静置时间间隔的出现,为岩盐内部结构的整体调整提供了时空条件,有利于晶粒在残余应力作用下归位并产生新的滑移面,后续加载时晶粒回到原应力峰值对应位置将耗散更少能量,宏观上表现为塑性变形的加速积累,岩盐更容易发生疲劳破坏,疲劳寿命降低。     

温度与侵蚀对沥青混凝土冻融疲劳寿命的影响

为了提高盐渍土地区沥青路面的疲劳性能, 对SBS改性沥青混凝土进行了清水与饱和氯盐溶液的冻融劈裂疲劳试验, 研究了温度与氯盐侵蚀共同作用下, 沥青混凝土冻融疲劳寿命衰减规律. 结果表明: 温度与氯盐侵蚀是影响沥青混凝土冻融疲劳寿命的重要因素. 当冻融次数相同时, 沥青混凝土冻融疲劳寿命随冻融温度降低而不断减小; 当冻融温度相同时, 其冻融疲劳寿命随冻融次数增加而不断减小. 饱和氯盐溶液中沥青混凝土冻融疲劳寿命明显低于清水条件, 说明氯盐能够加速沥青混凝土冻融疲劳寿命衰减, 冻融温度越低, 盐冻破坏越严重. 通过对试验数据回归分析可知, 沥青混凝土冻融疲劳寿命与冻融循环次数之间具有较好的相关性, 可以利用两者之间的指数函数关系来预测沥青混凝土冻融疲劳寿命.     

循环荷载作用下水泥土桩复合地基模型试验研究

设计并完成了循环荷载作用下水泥土桩复合地基的模型试验。对水泥土桩复合地基的竖向附加应力、桩土应力比、孔隙水压力及沉降等问题进行了研究讨论。结果表明,（1）水泥土桩加固饱和软基后发生了应力重分布;（2）循环荷载作用下复合地基桩土应力比受加荷周数、循环应力比和置换率等因素的影响较显著;（3）水泥土桩加固饱和软基降低了孔压值,减小了由于孔隙水压力的消散而产生的工后沉降;（4）水泥土桩复合地基在循环荷载作用下桩顶和桩间土变形并不协调,桩顶永久沉降小于桩间土永久沉降,且加荷周数越大这种趋势越显著。     

循环荷载作用下水泥土桩复合地基变形性状分析

采用自行研制的油压式循环加载设备,对水泥土桩复合地基在循环荷载作用下的竖向变形进行了大比尺的模型试验。试验结果表明,在循环荷载作用下复合地基同样存在临界循环应力比,其值大于单纯饱和软基的临界循环应力比,而且受水泥掺入比的影响不显著。另外,在循环荷载作用下循环应力比和加荷周数对复合地基竖向变形有显著的影响。     

水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究

开展对水泥土搅拌桩软土地基土体试样的GDS（Global Distribution System）共振柱试验,研究不同剪应变、围压、水泥土置换率对土体动力特性的影响。结果表明,水泥土搅拌桩软土地基土体的动剪切模量G和阻尼比D随剪应变? 变化趋势与软黏土一致,在小应变范围内围压和置换率对土体的动剪切模量G和阻尼比D的影响显著,随着剪应变? 增大,围压和置换率的影响减弱;水泥土搅拌桩软土地基土体的最大动剪切模量Gmax与围压表现出良好的线性关系,围压越大,提高水泥土的置换率对土体最大动剪切模量Gmax增强效果越明显。研究结果可为地区水泥土搅拌桩软土地基土体动力参数的取值提供一定的参考。     

基于弹性模量退化的冻土动力损伤特性研究

为研究冻土在不同温度下的弹性模量退化与动力特佂,通过对不同负温条件下冻土试样进行循环加、卸载试验,获得其在动荷载作用下的应力-应变滞回曲线与疲劳损伤寿命。按照疲劳寿命与应力幅之间的关系确定了冻土在不同温度下的疲劳损伤参数。根据冻土的弹性模量退化规律提出了动弹模衰减控制方程并建立了冻土唯象疲劳损伤模型。根据冻土实测的循环加卸载滞回曲线特征,提出了理想和非理想滞回圈情况下阻尼比联合分析方法;基于Kelvin模型建立了滞回圈演化规律与弹性模量退化及加载时间的数学联系。研究发现：考虑了动弹模衰减影响的唯象疲劳损伤模型描述了冻土的加速疲劳损伤特征;理想滞回与非理想滞回阻尼比联合分析方法考虑滞回圈的实际演化特征;基于弹性模量退化的Kelvin流变模型建立了滞回圈曲线与加、卸载时间的数学联系。     

浸水环境下重载铁路改良土路基动力特性研究

浸水入渗与重载列车动载耦合作用下路基的动力响应程度更突出,对行车安全及路基长期稳定提出更严要求。为揭示重载列车动载作用下干燥与浸水路基的动力特性,依托浩吉（浩勒报吉－吉安）重载铁路工程背景,开展循环加载400万的现场激振试验,利用激振设备和配重块组合模拟了轴重25～30 t、速度120 km/h列车动载作用。试验结果表明：路基干燥与浸水状态下,动应力与加速度沿路基深度变化趋势吻合,传至基床底层底面衰减量可达80%;浸水入渗与列车动载的加剧作用更多体现在基床表层与底层的衔接处,相同荷载条件下,衔接处浸水路基的动应力最大可提高28%;相较而言,加速度受浸水环境影响的敏感性远低于动应力;对比可知,沿路基深度范围内动应力水平远小于同位置填料的临界动应力,试验结束路基面累积变形小于5 mm,且呈收敛趋势,说明无论从动强度还是动变形角度来评估,水泥掺量3%～5%改良膨胀土用作基床底层及以下路堤填料时均能满足稳定需求。该研究成果能够对重载铁路改良膨胀土路基的精细化建设养修提供理论参考。     

寒区水泥固化土力学性能影响因素分析

为了在北方寒区推广和应用水泥固化土建造保暖性房屋和设施农业,采用内蒙古黄河灌区周边典型的粉质土,利用普通硅酸盐水泥固化土体,配制水泥固化土,采用静力机械压实法和人工分层击实法分别制作了Φ50mm×H50mm和Φ39.1mm×H80mm两种不同规格的试件,并进行了无侧限抗压强度室内试验,研究了不同水泥掺入比、不同养护龄期、不同规格及成型方法对水泥固化土无侧限抗压强度的影响,得出了不同试验条件下水泥固化土的强度变化规律.试验结果表明:强度均随水泥掺入比及龄期的增大而增大,三者之间较好地满足空间平面模型,偏回归分析表明,水泥掺入比较龄期对强度的影响贡献更大,两种规格试件的强度之间较好地满足对数关系;不同规格及成型方法的试件对水泥固化土强度的影响规律不同,Φ39.1mm×H80mm试件存在一个临界水泥掺入比与临界养护龄期,当超过这个值时,其强度增长率减小.     

低频周期荷载下广义Kelvin-Voigt模型特性研究

不考虑低频简谐荷载作用下材料的疲劳破坏,并假定周期应力幅值恒定,从材料流变特性的宏观角度建立了广义Kelvin-Voigt体的正弦加载蠕变模型,并对模型特性进行分析。结果表明：与相同静载应力下（与动荷载应力最大值相等）广义Kelvin-Voigt体蠕变模型相比,蠕变变化规律相似,但动载初始蠕变阶段和稳定蠕变阶段的变形值小于静蠕变,且初始蠕变段经历时间比静蠕变短,此结论与相关文献试验结果相似;动载周期越大,则初始蠕变段经历时间越长,蠕变长期应变值越大。     

New design chart for geotechnical ground improvement: characterizing cement-stabilized sand

Cement stabilization of soil is a useful method to improve the mechanical behaviors and engineering performance of soils in geotechnical design and construction projects involving weak or liquefiable soils. Among the factors affecting the strength of cement-stabilized soils, water content and water–cement ratio are important but less well understood because of controversial views. This paper presents a systematic laboratory study to investigate the effects of water content and water–cement ratio on the unconfined compressive strength, with good control of the packing density and void ratio of the tested specimens. The effects of void ratio and cement content are also investigated. The strength of the cement-stabilized sand continuously decreased with increasing water–cement ratio within the range of 0.5 to about 3. A general equation is suggested to evaluate the unconfined compressive strength of cement-stabilized soil. Finally, a new conceptual characterization chart is proposed with consideration of the effects of cement content, water content, and water–cement ratio.

     

列车动荷载下桩网结构路基土拱效应试验研究

通过三维模型试验研究了列车动荷载作用下的土拱效应。试验结果表明,动荷载作用下土拱效应依然有效,随着填土的增高,土拱效应在增强,土工格栅的存在可以增强土拱效应的作用。但动荷载条件下动应力的分布与自重条件下的应力分布截然不同。动荷载作用下土拱效应会发生退化,表现为动荷载施加过程中先前由桩所承担的部分动应力会转移至桩间土;完成动荷载施加后,最初由桩承担的部分自重荷载也会转移至桩间土。填土高度和土工格栅对于动荷载作用下土拱的稳定性有很大的影响,但当高度达到一定值之后,填土高度的影响就可忽略,土工格栅的存在使得土拱效应的削弱程度减小了一半。     

路基砾类填料土动力特性影响因素试验分析

动应力-动应变关系作为反映路基填料土动力特性的重要参数,对其进行影响因素试验研究可为路基填料土的工程特性研究提供参考依据。本文借助动三轴试验手段进行砾类土动应力-动应变关系影响因素研究,采用应力控制的加载方式进行加载,分析了试验压力、土样含水率、土样压实度、荷载作用频率和初始静偏应力等5种条件和砾类土动力特性的作用规律,并总结砾类土动应力-动应变关系变化规律。研究结果表明：当动三轴试验的围压为30 kPa、土样压实度为96%、含水率为最佳含水率7.5%时,其动应力-动应变关系曲线接近应力轴,砾类土的动强度大;荷载作用频率为1、2 Hz变化时以及小于10 kPa的初始静偏应力对砾类土的动应力-应变关系影响较小;针对各影响因素下的动应力-动应变关系曲线,对其采用的双曲线模型拟合相关系数均大于0.96,说明该模型能够有效拟合其关系曲线;根据试验模型可知,试验中压力越大,参数a、b值越小,同理,土样的压实度越大,a、b值也越小。