武汉理工二桥UHPC天桥设计与施工

武汉理工大学理工二桥横跨友谊大道,是连接南北校区的主要通道。该桥位于友谊大道主线高架和地面辅道之间,受天桥上、下通行净空和校区场地限制,要求梁高不超过1m。根据交通疏导要求,上部结构采用预制吊装法施工。为降低梁高并减轻梁体重量,主桥采用UHPC超高性能混凝土,单箱三室鱼腹形截面,梁高1m,边腹板及顶板仅10cm。利用Midas有限元软件对该桥各项指标进行验算,结果均满足规范要求且有较大富余,体现了超高性能混凝土在桥梁设计施工中的实用性。

多频段循环荷载下海洋黏土动力特性试验研究

为探究海洋土的动力特性及动力影响因素,采取原状黄海海洋黏土,利用GCTS动三轴试验系统开展室内试验研究,探讨偏应力水平、动应力幅值和动荷载频率对海洋土动应力应变关系和动孔压的影响规律,分析动剪切模量和阻尼比的变化特征。试验结果表明:海洋黏土的动应变随偏应力水平提高和动应力幅值增大而增大,且具有显著的频率效应,低频段动荷载(0.02~0.1 Hz)引起的动应变累积量高于高频段动荷载(1~10 Hz)的应变累积量;在低频段动荷载作用下,土样内超静动孔压显著上升,而在高频段下,动孔压的累积变化量很小;土样的动剪切模量对动荷载的频率反应不十分明显,仅在低频段,动剪切模量会随动荷载频率的提高略有下降,但是会随动应力幅值增加而显著提高,随偏应力水平提高而显著下降;土样的阻尼比对动荷载频率也很敏感,在低频段,阻尼比随频率的增大而降低,在0.1 Hz时的阻尼比最低;在高频段,土样的阻尼比随动荷载频率增加明显提高,提高幅度可达到1倍以上;阻尼比会随动应力幅值增长而略有减小,随偏应力水平提高而略有增加。

淤泥改性土力学强度研究

道路工程中淤泥资源化利用是目前存在的技术难题,为此将淤泥改性成路基填料,以SM-C型改性剂对淤泥改性土的性能影响为研究主体,进行击实试验、无侧限抗压强度试验和CBR试验分析淤泥改性土力学性能的演变规律,进行干湿循环试验研究改性土抵抗水损坏的能力,进行微观试验研究淤泥改性土的改性机理。研究成果如下:①随改性剂掺量增加,改性土最佳含水率提高,最大干密度下降。②添加改性剂能显著提升淤泥改性土的无侧限抗压强度、CBR值,8%掺量的淤泥改性土可满足各等级道路路基填料CBR值要求。③随改性剂掺量的增加,淤泥改性土水稳性能提升明显。④微观试验结果表明,改性剂拌合淤泥发生水化反应,生成的碳酸钙及水化硅酸钙等水化产物填充在颗粒孔隙间,使土颗粒粒径增加,土体力学强度得到提升。

花岗岩冲击力学特性及损伤演化模型

使用分离式霍普金森压杆（SHPB）对花岗岩进行不同应力波波长（0.8~2.0 m）和不同应变率（20~120 s-1）组合下的冲击试验,对其动态力学特性和损伤演化规律进行了研究。试验得出：花岗岩的动态抗压强度与应变率呈线性正相关,动态抗压强度因子与应变率的自然对数呈线性正相关;峰值应变与应变率呈线性正相关,且波长的增加使峰值应变水平整体抬升。通过多次冲击试验得出：在同一波长下,花岗岩的累积损伤随着应变率的增长呈指数型递增形式;当保持应变率范围不变的情况下,增大应力波波长,花岗岩的损伤累积效应加剧,依然呈指数型递增形式;在多次冲击作用下,花岗岩损伤整体发展趋势相似,但增长速率加快;并由此建立以指数函数为基础的损伤演化模型,确定出模型中参数物理意义,该模型能够同时能反映应力波参数和冲击次数影响。通过验证表明模型的合理性及参数物理意义的正确性。

爆破振动对新浇混凝土影响的试验研究

为探究新浇混凝土受爆破振动作用下的安全振速,以保证混凝土结构的可靠性,采用露天深孔爆破作为振源,对龄期为6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的C40混凝土分别在2~10 cm/s的爆破振速下进行试验。通过测试各龄期试件在受振动扰动后的纵波波速及抗压强度,分析得出:龄期为6 h和12 h时,2.3 cm/s的爆破振速能够使混凝土产生大于0.05的损伤以及5%以上的强度折减;龄期为36 h和48 h时,能够对混凝土造成损伤和强度折减的振速为4 cm/s,36 h龄期为混凝土抗振能力提升的拐点;龄期为72 h时,混凝土表现出明显的抗振性能。最后,以损伤不大于0.05和强度折减不大于5%双重指标,给出龄期为6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的混凝土安全振速分别为2 cm/s、2 cm/s、4 cm/s、5 cm/s、7cm/s。为完善新浇混凝土在爆破振动下的安全标准提供参考。

孤石爆破对土体扰动规律的试验研究

土层中存在球状风化花岗岩类孤石时,给盾构法地铁施工带来困难。对于探明位置的此类孤石大多采用爆破进行处理,爆破后会对一定范围的土层产生扰动。采用模型试验的方法,通过检测土体密度、含水率和抗剪强度在爆破前后的变化规律来揭示爆破扰动的范围。结果表明：这些土体物理—力学指标随爆心距呈现波动性变化,压密系数为1.045~1.090,含水率增大量为4%~12%,抗剪强度增大约为6%~19%;粘性土在含水率为21%情况下所产生的扰动最大,扰动最大位置在1倍试件边长处,扰动范围为2倍试件边长。

二级煤矿乳化炸药的高温性能研究

为研究二级煤矿乳化炸药在持续高温环境下的安全温度以及在不同燃烧温度下的性状变化特征,将炸药试样在2种温度梯度下进行试验。研究表明,在80~105℃时,正常使用临界温度为95℃;在170~210℃时,燃烧的临界温度为175℃。当高于燃烧临界温度时乳化炸药持续加热过程表现为：白色→白透明→表面出现白色颗粒→黄色透明→表面出现气泡→逐渐变黑→黑色焦状→放出大量的烟→燃烧,随着温度的升高,发生燃烧反应所需要的时间越来越短。试验结果对高温环境下的爆破安全生产具有指导意义。

采用微生物技术复合改良膨胀土的工程特性试验研究

膨胀土是岩土工程界的公认难题之一,基于微生物技术,结合石灰、水泥、粉煤灰等改良材料,系统开展了复合改良膨胀土的工程特性试验研究。结果表明:①微生物复合改良膨胀土成功的将弱膨胀土变为无膨胀土,自由膨胀率最低降低至8%,降幅达84.31%,工程效果良好。②经复合处理试样中的蒙脱石相对含量降低、伊利石相对含量上升是抑制胀缩特性的一个重要原因。③膨胀土中单掺菌液20%情况下,摩擦角同比可增加23%。④菌液、粉煤灰、石灰复合改良膨胀土情况下,石灰掺比1%粉煤灰2%的低掺比组合对提高强度更为有利。

引大济湟西干渠田间工程水土流失及水土保持评价

引大济湟西干渠田间工程17#、19#支渠项目区水土流失主要以水力侵蚀为主。根据不同占地类型、坡度、林草覆盖率选取不同的侵蚀模数,经加权平均计算后项目区土壤侵蚀模数背景值为1944 t/(km^(2)·a),容许土壤流失量为1000 t/(km^(2)·a)。通过工程措施、植物措施与临时措施的合理布局,对工程区进行分区防治,并结合主体工程已设计具有水土保持功能的措施,补充管道工程区、蓄水工程区、施工生产生活区、交通道路区的工程、植物和临时水土保持措施,形成了一个较为完整的水土流失防治措施体系,最大限度地减少了水土流失,为工程施工进度与时序安排、土石方调配和下阶段工程项目监理监测等提供依据。

灌区弃渣场设计及稳定性分析研究:以潞江灌区工程为例

弃渣场稳定运行在水利工程施工过程中至关重要。高速公路、水利水电枢纽、灌区等生产建设项目,在建设过程中大量开挖的岩土体在工程回填中往往存在较大的冗余,这将导致在工程建设时通常会产生大量废弃无用渣土,弃渣场中堆积的工程弃渣结构松散,极易因环境因素或自重因素等发生滑动失稳,可能引发严重地质灾害。结合灌区工程特点,对弃渣场设计考量因素及弃渣堆积体稳定性分析进行研究,通过摩根斯顿-普赖斯法,对潞江灌区工程涉及弃渣场的边坡稳定和挡渣墙的抗滑、抗倾覆及地基承载力稳定安全系数进行计算,以保证弃渣场在工程建设中的稳定安全,服务于潞江灌区工程水土保持工作,为同类工程弃渣场的规划设计及施工维护提供经验对比和设计参考。

筑坝土石料尺寸效应模型及试验研究

随着筑坝工程向高坝、大库的发展,筑坝料也向大粒径发展,而室内试验因条件规模的限制需以缩尺的形式开展,进而引发尺寸效应问题。对此,推导建立了变形特性的尺寸效应模型,模型考虑了颗粒破碎、侧向变形、干密度及荷载水平等因素,并选取堆石料和砂砾石料两类典型筑坝材料开展了120~1000 mm试样尺度下的系列压缩实验,揭示了径径比、破碎率与尺寸效应的相关关系。研究结果表明:颗粒破碎率随径径比增加而减小,压缩模量随颗粒破碎率增加而减小,堆石料压缩模量随径径比增加而增加,砂砾石料压缩模量随径径比增加而减小。试验结果与模型计算结果较一致,证明模型具有一定的适用性和合理性。

硬岩巷道中深孔爆破掘进复楔形掏槽试验研究

为提高硬岩巷道爆破掘进速度,在分析其中所存在问题的基础上,根据爆破理论与经验公式计算,结合试验工作面的具体情况,介绍了硬岩巷道条件下合理掏槽方式、炮孔深度以及掏槽孔布置参数的选取;设计并现场试验了二级、加辅助掏槽孔、加装药中心孔三种复楔形掏槽爆破方案;比较分析了各种掏槽方案的爆破效果及有关技术问题。结果表明:采用加装药中心孔的复楔形掏槽方案,对硬岩掏槽爆破效果改善明显。

岩石材料SHPB实验试件尺寸确定的研究

目前岩石材料在进行分离式霍普金森压杆(SHPB)实验时,对于试件尺寸确定的描述较为模糊,因此从应力波在SHPB系统中的传播过程入手,通过应力均匀化物理过程的分析,求解出试件内应力状态,结合应力均匀的条件,解析出影响应力均匀化的参量:试件与杆间应力波的反射系数,并给出不同反射系数下达到应力均匀所需的最小传播次数。通过控制应力均匀化时间确定了试件极限长度的计算公式,并得出脆性岩石材料的合理长径比为0.8。根据以上结论,计算出7种岩石材料在SHPB实验下的尺寸,为相关研究提供参考。

巷道爆破掏槽空腔尺寸对爆破效果影响的模拟研究

为了研究巷道爆破掘进过程中掏槽空腔直径对崩落孔爆破效果的影响,运用ANSYS/LS-DYNA对掏槽空腔附近崩落孔的爆破效果进行模拟计算。建立崩落孔孔距A为450 mm、崩落孔抵抗线L和掏槽空腔直径B均为400 mm的初始模型,并以该模型为基础,保持L和A不变,逐步增大B建立额外4个模型。计算并绘制崩落区岩石的塑性应变图,分析得出:随着掏槽空腔直径的增大,岩石塑性应变区域开始增大,爆破效果逐渐改善,当B/L=2时炮孔之间的塑性应变区域连通,掏槽空腔直径对爆破的改善效果达到最优水平;提取掏槽空腔外一系列监测点的拉、压应力值进行分析后得到相同的结论。研究结果可为巷道爆破孔网参数设计提供理论依据和技术参考。

非均质硬岩巷道爆破方法研究

为提高告成煤矿非均质硬岩巷道掘进速度,在加深炮孔的情况下,通过试验研究提出了分阶楔形加中心孔的掏槽方式,设计了炸药量、孔网参数,总结出适合于坚硬岩巷道掘进的爆破方法,并研究了非均质岩性对掏槽孔和孔网布置的影响。分析得出增加中心孔能提高掏槽孔利用率和掘进速度。

均质砂岩损伤临界值的研究及SHPB试验验证

砂岩在冲击荷载下,损伤量D通常在小于1的情况下就发生破坏,存在损伤临界值.本文首先根据分形几何理论和砂岩结构特征,建立2×3的元胞模型,理论解析出砂岩的不稳定损伤临界值为0.4,阶段变化的损伤临界值为0.119.然后通过直径50mm的SHPB试验结果分析,表明在砂岩动态损伤演化过程中有两个临界点,第1点为从线形损伤阶段到加快损伤阶段的临界点,对应的损伤量约为0.1;第2点为从损伤阶段到破坏阶段的临界点,对应的损伤量约为0.4,与理论研究十分吻合.该研究揭示了砂岩在损伤演化过程中发生破坏的临界问题.

基于多源异构空间数据的堰塞湖三维动态虚拟仿真平台构建

堰塞湖溃决后通常需要在短时间内对其带来的洪水灾害进行精细化仿真模拟以辅助应急抢险工作,针对传统堰塞湖信息化平台无法实现多部门数据统一管理、数据实时更新等问题,首先总结用于堰塞湖三维建模的多源异构空间数据类型,再确定模型几何数据结构、进行模型尺度划分等,提出堰塞湖多尺度三维数据模型设计方法,针对大区域尺度和局部区域尺度提出堰塞湖三维静态模型构建方法,基于此提出堰塞湖三维动态虚拟仿真方法并对大区域河流演进过程以及堰塞体形成过程和开挖过程进行模拟。最后根据上述方法构建堰塞湖三维动态虚拟仿真平台,以白格堰塞湖为例,验证了平台构建方法具有合理性和可行性。

MICP固化粉煤灰的强度效应与机制分析

粉煤灰具有颗粒细、相对质量密度小、孔隙比大的特点,为了实现粉煤灰的有效利用和粉尘污染控制,应用微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)方法,考虑自然蒸发和湿缸养护两种条件,研究了微生物反应机理、强化特性及影响因素。结果表明:①微生物在粉煤灰中产生的碳酸钙为方解石,含量从7%最大增加到15.3%;②MICP湿缸固化条件下,无侧限抗压强度最大提高6.55倍,达97.63 kPa;③固化强度随营养物浓度的增加表现为先增大后降低,保湿缸和自然蒸发条件下的最佳营养浓度分别为0.5 mol/L和1.0 mol/L;④微生物固化粉煤灰可以减少内部水分损失,保水效果明显,还具有良好的抑尘应用前景。

基于反应谱法的胶凝砂砾石坝地震反应有限元分析

为了评价云南省内某胶凝砂砾石坝的抗震安全性,采用反应谱法对大坝开展地震动力反应计算,获得大坝动位移、加速度和动应力分布规律。计算表明:大坝在Ⅷ度地震作用下,动位移和加速度反应分布符合一般规律,其中三向动位移极值分别为0.41 cm、0.15 cm和0.14 cm,三向加速度极值分别为9.18 m/s^(2)、6.02 m/s^(2)和4.47 m/s^(2)。静动叠加后,大坝顺河向、竖向和坝轴向拉应力极值分别为0.75 MPa、2.00 MPa和0.58 MPa,顺河向、竖向和坝轴向压应力极值分别为-2.53 MPa、-1.65 MPa和-2.79 MPa,拉应力和压应力极值均小于相应筑坝材料的抗拉和抗压强度。总体上,大坝地震反应规律性好,抗震安全高,地震作用下坝体不会出现动力破坏问题。

高填方土石混合料的工程特性分析

广泛应用于高填方工程中的土石混合料,具有显著的非均质、非连续特征,工程特性不仅取决于土和石本身的力学性质,也与土石相对比例、粒组组成等因素相关。以国内典型机场高填方工程为研究背景,收集整理了万州、巴州、攀枝花、承德、龙洞堡、三明、康定、重庆等8座机场71个料区的填筑料的145条颗分曲线,系统开展了高填方典型土石混合料的尺度特征、级配特征及强度等工程特性分析,为土石混合料在高填筑体中的进一步应用积累研究经验。结果表明,山区机场高填方最大填筑高度在20~60 m之间;高填方挖填量多在1.5×10^(7)~3×10^(7)m^(3)之间,岩性类土石混合料是目前机场高填方工程填料的主体,粒径分布范围多在600~0.25 mm之间,尤以200~60 mm的粗颗粒含量最多。填筑料颗粒粒度普遍变化大,最大粒径甚至达到1000 mm;不均匀系数Cu变化范围很大,介于4.17~220之间;除巴中机场外,其余机场高填方土石混合料的最大粒径均超过60 mm。填料内摩擦角和黏聚力主要受土颗粒粒径、密度和颗粒排列形状控制,形成土体骨架结构的粒径越大,骨架结构的土颗粒密实度越高,形成骨架结构的土颗粒越不光滑,强度也越高。