高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨−蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明:在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供理论和技术支撑。

水泥稳定碎石拉压不同力学特性研究

为解决现行路面结构设计参数及其取值与材料实际力学特性不匹配的问题,选取典型水泥稳定碎石开展了不同水泥剂量与加载速度下的单轴压缩及直接拉伸试验,研究了其应力应变特性,并分析了压拉强度、模量及泊松比的变化规律及其相互关系,揭示了水泥稳定碎石的拉压不同力学特性.结果表明:水泥稳定碎石拉压受力状态下的应力应变性质符合双模量理论的双线性特征,2%~3%水泥剂量范围为水泥稳定碎石力学本质特性发生变化的过渡区;水泥稳定碎石的拉压力学参数与加载速度和水泥剂量均呈良好的非线性变化关系;就影响因素而言,水泥剂量对材料拉压参数的影响程度远大于加载速度;就力学参数而言,模量受水泥剂量和加载速度的影响最大,其次为强度,最后为泊松比,且相较于抗压,抗拉力学参数受这2种因素的影响更为显著;压拉模量比及压拉泊松比的比值受加载速度和水泥剂量的影响较小,压拉强度比随水泥剂量的增大而逐渐减小,当水泥剂量超过3%时,压拉强度比趋于稳定,据此建立了水泥稳定碎石的拉压力学参数量化取值模型.研究结果可为基于双模量理论的路面结构设计参数取值提供依据.

多因素耦合下沥青混合料拉压差异力学特性

针对现行沥青路面设计时材料力学参数取值的可靠性不足,基于道路材料的拉压差异特性,开展了多因素耦合影响下沥青混合料拉压力学参数非线性特性及量化关系研究。结果表明,沥青混合料拉压应力应变特性符合双模量理论的双线性特征;拉压力学参数随加载速度增大先急剧增加后趋于平缓,且呈幂函数关系;与温度呈负指数函数关系,且温度增幅越高力学参数减小幅度越大;与沥青用量呈指数衰减模型函数关系,高温时(>30℃)沥青用量的变化对力学参数影响相对较小,最大力学参数所对应的沥青用量与马歇尔试验得到的最佳沥青用量基本一致;就影响程度而言,温度对力学参数的影响最大,各因素对强度的影响最为显著,抗拉力学参数较抗压力学参数更为敏感;据此建立了多因素耦合作用下沥青混合料的拉压力学参数量化取值模型,并推荐规范常用温度15℃(20℃)下的压拉强度比及压拉模量比分别为6.5(7.5)、1.6(1.7),压缩模强比及拉伸模强比分别为400(1700)、450(2000)。

动静组合加载下颗粒迁移与沉积特性试验研究

悬浮颗粒在路基中迁移和沉积运动规律研究对揭示翻浆冒泥病害孕育、发展与致灾机制具有重要的理论意义和应用价值。通过开展动-静组合荷载下分层砾石-砂粉土柱翻浆试验,探究了动荷载加载强度、静荷载间歇时长、以及动静组合加载重复次数等对颗粒迁移和沉积行为的影响规律,并结合试样动水力响应特征分析了诱发颗粒迁移的驱动机制。试验结果表明:颗粒在动水力作用下发生悬浮迁移而在静荷载段受重力作用发生沉降,从而造成砾石层内泥浆浊度呈现波动型增长特征。随动静组合加载重复次数增加,每一个重复周期内的颗粒悬浮增量趋于降低,且悬浮颗粒逐渐堵塞砾石孔隙并在一定程度上抑制翻浆发展。提高动载频率和动应力会进一步降低砂粉土表层的内部稳定性,但相比于增大平均动应力,提高加载频率对增大颗粒迁移量和竖向迁移距离更加显著。

基于蠕变试验的沥青粘弹性损伤特性

通过BBR-弯曲梁流变仪在不同温度下进行沥青小梁蠕变试验,得到了不同温度下的蠕变柔量曲线。通过移位,按WLF公式推导得到了不同温度下的移位因子和各个温度下的蠕变柔量主曲线簇。用Weibull函数来描述沥青内部缺陷的分布,将Burgers粘弹性模型与连续损伤因子模型二者耦合建立了沥青的粘弹性损伤模型。理论模型和试验结果比较吻合,表明在沥青粘弹性性能评价过程中考虑损伤效应的影响是必要的。

水温冻融循环条件下沥青混合料性能衰变的规律

在我国北方寒冷地区或南方部分地区遭遇突变冰雪天气时,路面材料长时间处于有水、低温冰冻状态及温度交替变化过程中,因水分和温度共同作用引起的冻融损坏现象较为普遍.通过测试冻融过程中试件内部温度的变化,确定了室内冻融循环试验方案,分析了有水条件下冻融0,5,10,15,20次后沥青混合料的空隙率、抗压强度和冻融劈裂强度的变化规律.研究结果表明,沥青混合料的强度和水稳定性能受多次反复冻融影响衰减显著.

沥青混合料热粘弹性本构关系试验测定及其力学应用

基于热粘弹性力学理论,就不同的温度条件下沥青混合料的应力松弛特征开展了试验研究,应用热流变简单材料的时温等效原理对试验结果进行了分析和参数拟合,根据试验结果建立了描述沥青混合料粘弹特性的广义Maxwell模型;通过理论推导提出了沥青混合料非定常和非均匀变温条件下增量型热粘弹性本构关系,在此基础上,给出应用本构关系进行沥青路面热粘弹性力学分析的数值实现方法;通过对TSRST试验的模拟,对得到的沥青混合料热粘弹性本构关系及其数值实现方法的合理性进行了验证,并给出一个工程计算实例。

沥青混合料粘弹性参数及其应用

为确定沥青混合料的粘弹性参数,在10,5,0,-5,-15,-20,-25,-30℃下进行了应力松弛试验,采有Maxwell摸型,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解.分析指出,用累计耗散能可分析沥青混合料的疲劳破坏,累计耗散能与疲劳寿命之间存在唯一的关系,其它因素如试验方法、加载频率、加载模式、温度等对其影响不大.最后简要说明了累积耗散能的求解方法.

热态沥青混合料路面振动压实过程ANSYS模拟研究

为研究热态沥青混合料压实过程的力学行为和变形特征,通过分析沥青混合料的振动压实机理,建立三自由度压路机非线性力学模型和运动方程,用ANSYS软件建立路面振动压实过程的力学模型。考虑混合料的变形是与率相关的应力-应变的非线性蠕变行为,运用Origin软件非线性回归来分析MTS压实试验的复杂蠕变参数,得到0.6MPa不同荷载循环下的蠕变参数值;混合料塑性流动非常显著,成为不可逆的流动变形,c1越大,蠕变越明显,塑性变形就大,c3越小,蠕变越小,塑性流动变小。结果表明:热态沥青混合料在振动冲击的作用下,塑性变形增加得很快,卸载后的永久变形使得混合料压实,形成"骨架-密实"结构;一定荷载作用次数后,混合料处于无法压实的状态。可见,混合料必须在一定的温度范围和压实功的作用下才能获得有效压实。

半刚性路面反射裂缝及其应力强度因子的有限元分析

本文从断裂力学的观点出发,对半刚性基层沥青路面的反射裂缝问题进行了研究;并通过引入奇异单元,计算了裂缝尖端的应力强度因子;探讨了不同弹性模量的应力吸收膜对于反射裂缝的抑制作用。计算表明,铅垂方向的剪应力是形成半刚性基层沥青路面反射裂缝的主要原因。在沥青面层和半刚性基层之间铺设应力吸收膜,具有明显的止裂效果。且以低弹性模量、大变形率、不易产生低温脆化的材料最为适宜。

沥青混合料热粘弹性本构模型的实验研究

针对不同的温度条件下沥青混合料的应力松弛特征开展了试验研究,并应用热流变简单材料的时温等效原理对实验结果进行了分析和参数拟合.在此基础上,提出了一种描述变温条件下沥青混合料温度应力松弛特性的热粘弹性本构模型,并通过对TSRST沥青混合料温度收缩应力试验的模拟,对该模型的合理性进行了验证.

温缩型反射裂缝的热粘弹性有限元分析

考虑了沥青混合料的热粘弹特性 ,运用增量迭代有限元方法 ,计算了在持续大幅降温条件下 ,开裂水泥混凝土路面上沥青罩面层内温度应力场 ,同时探讨了土工格栅加筋位置、裂缝宽度、沥青层厚、降温速度。

沥青混合料热粘弹性断裂参数研究

本文通过裂缝梁的纯弯曲实验，研究了沥青混合料的延迟开裂性能，测得在一定加载速度，不同试验温度条件下沥青混合料的断裂韧性，并观测不同荷载水平和不同温度状况下的裂缝扩展规律。研究结果表明，沥青混合料具有粘弹性流体性态；裂缝在沥青混合料中的扩展表现出明显的粘弹塑性断裂特征，并且证实，在研究沥青混合料的断裂参数时，简单热流变材料的本构模型依然适用。

基于损伤力学的沥青混合料疲劳寿命预估

该文根据损伤力学的相关理论,用循环耗散能定义为沥青混合料的损伤变量,在此基础上,根据疲劳试验结果推导出了损伤函数、损伤演化方程,并分析了该损伤模型与经典Miner线性损伤模型的关系,验证了该模型的非线性事实,最后应用该模型对沥青混合料的疲劳寿命进行了预估,计算结果与试验值比较接近,说明了该模型的可行性。

沥青混合料时间-温度-老化等效性原理及应用(英文)

粘弹性材料力学行为的主要特征是它的时间相关性,其本质在于材料内部时钟或特征时间的存在,这个特征时间受多种因素的影响,研究材料特征时间变化往往采用材料粘度的自由体积理论.根据自由体积理论,推导了表征时-温等效关系的WLF方程.老化同样影响材料的粘度,由已有的蠕变试验结果推导了沥青混合料的时间-温度、时间-老化、温度-老化等效关系式,这对研究沥青混合料的力学行为、结构分析以及寿命预估等具有重要的意义和价值.

沥青路面温度应力数值分析

应用室内试验得到的沥青混合料热粘弹性本构模型 ,根据三维空间热粘弹性理论推导了沥青路面温度应力的计算公式 ,对沥青路面低温状态下温度应力进行了计算分析。与试验结果的对比表明 ,该方法可用于沥青路面温度应力的计算。

基于蠕变试验的沥青材料温度-老化等效性原理研究

为了得到沥青的温度-老化等效性关系,通过材料的自由体积理论推导了表征时间-温度等效关系的WLF方程,粘弹性材料力学行为的主要特征是它的时间相关性,其本质在于材料内部时钟或特征时间的存在,这个特征时间受多种因素的影响,研究材料特征时间变化往往采用材料粘度的自由体积理论,老化同样影响材料的粘度,用弯曲梁流变仪(BBR)进行不同温度、不同老化程度下的蠕变试验,由蠕变试验结果推导了沥青的时间-温度、时间-老化、温度-老化等效关系式,据此可以对不同使用年限条件下的沥青路面进行力学和结构分析。

半刚性基层沥青路面表面裂缝的热效应分析

本文用断裂力学的理论和有限元方法,对半刚性基层沥青路面的低温收缩裂缝进行了研究,并通过引入奇异单元,计算了裂缝尖端的应力强度因子及相应的应力场和位移场,探讨了不同温差、不同裂缝深度和不同弹性模量对应力强度因子的影响。计算表明,为了减少温度收缩裂缝,在半刚性基层沥青路面的表层中,粒料的粒径以不超过2cm为宜。文中还对几种不同算法算得的未开裂路面的温度收缩应力进行了比较,相对偏差不到1%,可见本文的理论推导和计算程序是正确的,数值结果是可靠的。

膨胀土路基温度现场观测分析与研究

为了研究自然气候条件下膨胀土路基内部土体温度变化规律,在某膨胀土路堤内部进行了一年多的现场跟踪观测,分析了不同位置土体温度随时间变化的变化规律,发现了不同深度路基的温度变化滞后性和温度场分布季节差异性,并对其特点和成因进行了描述和解释.根据温度变幅标志,推测出了当地膨胀土气候剧烈影响深度,可作为相关工程处治的参考依据.

建立教学质量社会监控制度的战略思考

从现代质量管理理论及经济学理论出发 ,提出了建立教学质量社会监控制度的设想 ,研究了该制度内涵、运行模式及其必要性与可行性。