早期受冻混凝土孔隙结构特征及与宏观力学性能相关性分析

混凝土早期受冻在我国北方地区水利工程建设中普遍存在,早期受冻致损诱发混凝土结构力学性能劣化,严重影响工程结构的安全稳定性和服役寿命。通过室内单轴压缩试验和CT扫描试验,分析起冻时刻和冻结温度对混凝土力学性能的影响规律,重构不同起冻时刻混凝土三维孔隙结构,探究不同起冻时刻混凝土孔隙分布和孔隙结构特征参数的变化规律,并开展早期受冻混凝土力学性能与孔隙结构相关性分析。结果表明,随起冻时刻的延迟,混凝土试块孔隙率呈先增大后减小的变化规律,平均孔隙表面积呈先减小后增大的变化规律,平均孔径呈二次抛物线增加的变化趋势,平均孔隙形状因子呈先减小后增大又减小的变化趋势;平均孔隙表面积与早期受冻混凝土的抗压强度和弹性模量的相关性最好,建议优先选择平均孔隙表面积构建早期受冻混凝土的细观损伤指标。相关研究成果为揭示早期受冻混凝土的宏细观损伤机制提供了支撑。

某深凹露天矿高陡边坡破坏模式分析

在详细的地质调查的基础上,采用赤平极射投影和三维离散元计算方法相结合的方式,确定了某露天矿高陡边坡潜在的破坏模式,并较真实地、动态地模拟了边坡块体在开挖过程中位移和变形状态的变化特征及破坏过程,为边坡稳定性计算提供可靠依据。

某矿开挖岩质边坡安全评价与治理方法分析

以某露天矿岩质边坡为工程背景,运用数值模拟软件FLAC3D对开挖过程中岩质边坡体开挖方向上的应力演化和变形规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:采场上盘边坡的稳定性较差,每步开挖对岩体均有破坏性扰动,沿片理的台阶型破坏与整体失稳的可能性较大。提出了削坡减载的边坡治理方案,并采用极限平衡方法分析治理后边坡稳定性,保证露天矿的安全生产。

非均质成层边坡极限承载力上限分析

极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建(构)筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法(SQP)求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明:(1)本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;(2)边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;(3)坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;(4)坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。

太阳辐射下矩形渡槽热力耦合特性分析

南水北调工程的输水渡槽总体上呈南北走向,由于渡槽结构温度场变化滞后于太阳辐射能量变化,引起渡槽在温度场和应力场耦合作用下产生非对称应力应变场,为探明太阳辐射能量变化对渡槽结构的影响,采用红外热成像仪现场测试1 d内不同时刻太阳辐射下矩形渡槽的东腹板、西腹板、底板三个不同位置处温度变化情况,并据此采用COMSOL软件建立矩形渡槽热力耦合数值模型,系统分析了太阳辐射作用下渡槽结构温度场、应力场、变形场变化规律。结果表明,太阳辐射作用下渡槽结构向阳面和背阳面温差较大,同一位置处混凝土内外温差较大;渡槽在自重应力作用下,应力集中区域在支墩处,其应力为9.01 MPa,此时渡槽中间段位移较大,变形量为3.15 mm;在热力耦合作用下,15:00的应力达到最大,为10.67 MPa,且渡槽结构在上端变形量达到最大,为1.34 mm。

渡槽混凝土早期受冻劈裂抗拉声发射特性

为研究渡槽混凝土早期受冻劈裂抗拉过程的声发射特征,对不同起冻时刻、不同冻结温度的混凝土试块进行劈裂抗拉试验,分析了不同工况下混凝土的劈裂抗拉力学性能,重点研究了混凝土破坏过程中的声发射振铃计数率、累计振铃计数及声发射b值特征,并基于累计振铃计数建立声发射活跃性方程。结果表明,混凝土劈裂抗拉强度损失程度从大到小依次为4.0、1.5、8.0、24.0 h、未冻,劈裂抗拉强度随着冻结温度降低而降低;4.0 h起冻的混凝土加载初期振铃计数率和b值最大,加载全程的累计振铃计数最少,b值峰值最小,受冻结影响最严重;由声发射活跃性方程得出未冻混凝土试件的声发射活跃性最强,此时参数a_(1)的值最小,参数b_(1)的值最大。

细粒含量对尾矿工程性质影响分析

由长期工程实践和试验研究可知,尾矿的工程性质除与尾矿的矿石成分、筑坝方式以及矿浆的沉积特性有关外,重要的是与尾矿的颗粒粒度组成有关。为了分析上游式尾矿库尾矿经排放、沉积、分选等作用下颗粒组成的变化特征及其对尾矿工程性质的影响规律,通过对上游式尾矿库沉积滩面不同距离处尾矿进行颗粒级配分析、力学性质和渗透性质试验,重点分析了细颗粒含量(颗粒直径小于0.075 mm)对尾矿工程性质的影响规律。研究表明,随着距离上游式尾矿库滩顶长度的增大,尾矿颗粒组成中的细粒含量逐渐增多,颗粒级配情况由一般到良好再到一般,孔隙比也呈现出随之先减小后增大的变化趋势。受原尾矿颗粒组成的影响,尾矿黏聚力随细粒含量的增加呈逐渐增大,而内摩擦角相对变化较小,其渗透系数受细颗粒含量影响较大,随含量增大迅速减小。

混凝土破裂过程中的红外辐射特征与数值模拟研究

利用红外热像仪并结合PFC2D数值模拟软件,研究了高温养护环境下混凝土试块单轴压缩加载过程中的温度场与细观损伤情况。结果表明,随荷载的阶段性变化,混凝土红外辐射特性表现为压密阶段温度降低、弹塑性阶段温度升高、破坏阶段温度降低;高温异常条带包围低温异常条带是混凝土整个破坏过程中热像温度场的主要特征。可见红外热像技术与离散单元法相结合能更好地分析混凝土的宏细观结构破坏机理,为工程应用提供了技术支持。

上游式尾矿库颗粒沉积规律及坝体渗流场分析

以尹庄尾矿库为工程背景,通过现场沉积滩面及钻孔取样进行室内筛分试验、渗透试验,获得了上游式尾矿颗粒在库内沉积规律,建立了尾矿库概化地质模型,并通过三轴试验得到了概化模型中不同地层尾矿的应力应变关系;以测定的饱和含水量、残余含水量及饱和渗透系数及各尾矿颗粒级配曲线为基础,利用Fredlund-Xing模型获得了土-水特征曲线及渗流模型;以有效应力理论为依据,建立上游式尾矿库流-固耦合数学模型,对该库的应力场与渗流场进行分析,获得了坝体的应力场及孔隙压力的分布规律。研究成果可为尾矿库的设计、施工和安全生产提供技术支撑。

高温对喷射混凝土孔隙结构分布特征的影响分析

齐热哈塔尔水电站引水隧洞长达15.66 km,其中有3.345 km处于高地温环境中,高温会对喷射混凝土内部孔隙结构造成严重影响。为了有效的研究喷射混凝土在高温下孔隙结构的分布特征,采用CT技术对混凝土试件断面自上而下进行扫描,获得了混凝土断层扫描影像;并结合图像分析软件Image-Pro Plus对混凝土孔隙结构分析处理,以获得混凝土在不同温度下其内部孔隙变化特点和孔隙在混凝土内的分布特征。分析结果表明:混凝土孔隙率是随温度的变化而变化的;温度升高,混凝土的孔隙率也随着增大,并且混凝土内的孔隙绝大多数是沿着骨料周边发展的。

高地温引水隧洞支护混凝土过水试验及数值模拟研究

高地温引水隧洞通水时,围岩及支护混凝土的温度变化是制约隧洞稳定的重要因素。为了研究衬砌混凝土在隧洞运行期间受低温水流作用的温度场,进行了喷射混凝土过水试验和数值模拟研究。结果表明:不同温度工况下,混凝土温度场达到稳定状态所需的时间不同。初始温度越高,所需时间越长。在不同温度条件下,混凝土相对应部分的温度变化趋势基本一致;不同温度工况下,混凝土稳定后的温度值空间变化趋势一致;从表层到底层逐渐增高。研究成果为隧洞工程衬砌混凝土稳定性和强度研究提供重要参考。

1976年唐山大地震CPT液化数据库检验

1976年唐山大地震引发了范围广、灾害重的液化震害。铁道部科学研究院等单位于1977、1978年对液化场地进行了单桥静力触探测试。但单桥静力触探在数据指标方面存在缺陷,与国际标准不接轨。中国地震局工程力学研究所与东南大学等单位于2007年对上述唐山地区部分测点再次进行了孔压静力触探(CPTU)测试。本文通过对比2次静力触探数据,利用Robertson土质分类图,进行新孔压静力触探数据土类分层检验,将土类检验结果与单桥静力触探测试时钻孔柱状图进行对比,发现大部分测点土层土类均能较好对应,现场测试力学指标沿深度变化趋势较相符,仅剔除了错误点T2、T3。对所有测点选定液化层,分别建立基于单桥静力触探测试比贯入阻力ps和基于孔压静力触探测试锥尖阻力qc的液化数据库。利用基于静力触探测试(CPT)的我国规范液化判别方法检验了2个数据库,发现对单桥静力触探测试的数据库液化判别效果好,而对孔压静力触探测试的数据库液化判别效果较差,说明经过30年的时间,土层液化可能已发生较大改变。因此,基于孔压静力触探测试的液化数据库可靠性较低,基于该数据库对液化判别方法进行改进意义较小。

石墨对混凝土导热系数及抗压强度影响规律分析

能源桩兼顾承载和换热两项功能,如何在保障桩体承载力的前提下,增强其导热性能,是提高浅层地热利用效率的关键。在混凝土中添加具有良好导热性能的石墨,测试不同石墨掺量下混凝土的工作性能、力学性能和导热系数,分析石墨对混凝土性能的影响规律。结果表明:添加石墨使混凝土的坍落度、抗压强度持续降低,导热系数逐渐升高,石墨掺量体积分数为5%时的混凝土配合比,可兼顾导热性能与承载力两项指标。采用VHX5000超景深显微镜对石墨混凝土的细观结构进行观察,发现随着石墨体积分数的增大,细骨料中石墨粉之间排列紧密形成连续的导热通道,使得热量快速传递,从而在宏观上提高混凝土的导热系数。

高地温对混凝土氯离子渗透性能影响分析

混凝土的抗氯离子渗透性是混凝土耐久性的一个重要指标,影响到引水隧洞等工程的使用寿命。为获得高地温对混凝土氯离子扩散的影响规律,在电通量法获得不同养护温度条件下,混凝土的抗氯离子渗透实验结果的基础上,采用非线性氯离子吸附模型与温度耦合的数值计算方法,分析了不同温度梯度条件下混凝土氯离子扩散规律。结果表明:20～60℃混凝土抗氯离子渗透性能随温度升高而增强; 60～90℃抗氯离子渗透性能随温度升高而迅速降低;随时间的推移自由氯离子在混凝土中呈非线性扩散且深度不断增大,直至穿透混凝土。因此,进行氯离子在混凝土中的扩散分布研究,可以客观地预测混凝土的服役寿命。

石墨掺量及骨料种类对混凝土导热系数的影响与内在机理研究

为了探究石墨、粗骨料种类对混凝土导热系数的影响,揭示石墨混凝土导热系数变化的内在机理。利用DRE-Ⅲ多功能快速导热系数测试仪,对不同石墨掺量、不同粗骨料种类的导热系数进行测试,采用对比分析法考察石墨掺量、粗骨料种类对石墨混凝土导热性能的影响,探究其作用机理;并以普通混凝土导热系数计算公式为基础,提出骨料影响系数Ⅰ、推导出可供工程利用的石墨混凝土导热系数预测公式。结果表明:混凝土的导热系数随粗骨料导热系数的增大而增大,增长幅度为5%~6%;混凝土导热系数随石墨取代率的升高而增大;石墨混凝土骨料影响系数Ⅰ与导热系数之间存在显著的线性关系,改良的导热系数公式计算值与试验值吻合较好,可为以后的实际应用提供一定的借鉴。

南水北调中线磁县段污水管下穿公路顶管施工地表变形规律

顶管施工对地层变形的扰动成为影响周围建筑物安全和环境变化的重要因素之一。以南水北调中线磁县段砂砾石地层中污水管网顶管下穿和谐大道施工为例,对顶管施工扰动下地表沉降变形进行理论预测和现场试验研究,并基于现场实测结果对理论预测模型参数进行了优化修正。研究结果表明:当地层体积损失率控制在6.9%以内时,磁县和谐大道附近地表沉降量满足相关规范安全要求;南水北调磁县段污水管网施工范围内地表最大沉降量位于2.5~4 mm,未突破安全阈值;针对类似工况条件提出了地层损失率和沉降槽宽度系数指数建议取值,分别为2.81%和0.425。相关研究成果为类似工况条件下地表变形预测研究提供借鉴。

土压平衡盾构改良渣土屈服应力分析

屈服应力是反映材料和易性的重要特征参数之一。依托武汉地铁6号线老关村出入段盾构隧道工程,开展室内盾构渣土塌落度试验,推导考虑塌落度桶形状效应的渣土屈服应力改进预测模型,进而分析不同含水率、不同掺入比和不同角砾含量条件下渣土屈服应力变化规律。结果表明:角砾黏土的塌落度试验值与含水率、泡沫剂掺入比和角砾含量呈正相关关系;通过与实验结果及其他理论模型计算结果对比分析,验证了本文改进模型的有效性;角砾黏土屈服应力与角砾含量呈现负相关,与含水率呈现非线性负相关,与泡沫剂掺入比呈现线性负相关。研究成果可望为土压平衡盾构隧道渣土的合理改良施工提供理论基础,具有一定的理论价值和工程意义。

分位数回归和GAMLSS模型在非一致性洪水频率分析中的比较

为了探索分位数回归模型在非一致性频率分析中的适用性,分别采用分位数回归模型和GAMLSS模型对渭河流域以及珠江流域5个站点的年最大洪水序列进行非一致性频率分析。模型概率覆盖率定性分析结果显示,分位数回归模型拟合效果优于GAMLSS模型;Filliben相关系数定量分析结果显示,GAMLSS模型拟合效果更好但优势不明显。综合分析可得,分位数回归模型的拟合优度整体优于GAMLSS模型。

基于均匀设计的高地温隧洞衬砌混凝土抗压强度影响规律研究

以分析高地温隧洞环境对衬砌混凝土性能的影响规律为目标,采用高地温湿度养护箱模拟高地温隧洞中的温湿环境,进行衬砌混凝土的养护,利用均匀设计的试验方法获得较为全面的试验数据,通过回归分析得到不同养护龄期的回归方程,归纳出温度、水胶比、砂率三个主要因素对衬砌混凝土单轴抗压强度的影响规律。结果表明:通过回归方程,温度、水胶比及砂率均可找到一个最优值(如水胶比为0.42、砂率为45%、养护温度为57℃)使得衬砌混凝土的单轴抗压强度达到最大值;随养护温度的升高,最大衬砌混凝土单轴抗压强度对应的水胶比及砂率均有所增大,如养护龄期为28 d时,水胶比为0.31(养护温度55℃)、0.52(养护温度115℃)。因此,混凝土养护温度较高时,应适当增大水胶比及砂率。

高温养护条件下早龄期煤矸石混凝土单轴压缩声发射特性试验研究

为研究一种煤矸石充填混凝土在高温养护条件下早龄期的力学性能,对该煤矸石混凝土在高温50℃下分别养护1 d、3 d、7 d进行单轴压缩试验。采集单轴压缩全过程中的力学参数和声发射参数;并与常温20℃养护的情况进行对比。研究了该煤矸石混凝土在不同加载阶段的声发射特性。研究表明:高温(50℃)养护条件有利于煤矸石混凝土早期强度的提高,而且这种煤矸石混凝土的早期强度满足设计要求。在单轴压缩过程中,煤矸石混凝土声发射振铃计数的峰值出现在应力峰值的附近;这一现象可以作为煤矸石混凝土破坏失稳的预兆。声发射累计振铃计数和累计能量计数随时间变化趋势一致,声发射累计参量从缓慢增长到快速增长的现象可作为预测煤矸石混凝土加速损伤,临近失稳破坏的前兆信息。与常温养护条件相比,高温养护条件下的煤矸石混凝土声发射活动更强,利用声发射可以更有效地监测高温情况下煤矸石混凝土的破坏。