变质软岩路堤填料特性的大型三轴试验研究

陕西省柞水至小河高速公路建设中遇到大量的变质软岩填料,由于其风化严重,裂隙发育,强度较低,在爆破开采、装载运输、机械摊铺、碾压成型和整平过程中颗粒破碎严重,遇水后会进一步发生破碎,影响路堤的稳定性。因此,在开展岩石成分分析与力学试验的基础上,对风干与饱和情况下的变质软岩填料进行了大型三轴试验研究。试验结果表明:剪切过程中试样在不同围压下的应力应变关系呈硬化型,应变较小时剪缩明显;试样的内摩擦角较大,并随着围压的增加而减小;饱和情况下试样的强度参数小于风干时,但变化幅值较小,总体上能够满足工程强度及质量要求,可以用作高速公路路堤填料。

高填土涵洞减荷试验研究

通过现场试验,在盖板涵的顶部与侧面分别铺设不同厚度的EPS板进行减荷,结果表明EPS板能够显著减小涵顶与涵侧的土压力,试验测得涵顶土压力为土柱压力的0.29～0.45倍,涵侧土压力为土柱压力的0.15～0.18倍;这也表明通过铺设EPS板使得高填方涵洞上方土体应力重分布,涵顶土体存在明显的土拱效应,由于涵顶土压力在上部填土增加的过程中仍缓慢增大,说明此时的土拱效应具有不稳定的特点;当铺设EPS板后,建议采用太沙基(Terza-ghi)的土拱效应公式来计算涵顶土压力,并与试验结果进行了对比分析,得到较好的验证;并通过有限元建模,对比分析,同时也验证了减荷效果。

EPS材料的力学性能试验研究

通过室内试验,在有无侧限、不同加载速率、不同控制方式和不同围压的条件下,研究了具有密闭空腔结构的成型聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的力学性能。结果表明:EPS材料的应力-应变曲线可分为线弹性、塑性和硬化三个阶段;应变相同时,有侧限时应力值比无侧限时略有提高,并且随着材料密度的增大,应力值不断增大,硬化点也不断提前;相同应变下的应力值会随着加载速率的增加而不断增加;另外,在同一压应力条件下,应变控制式所获曲线的应变较应力控制式时大;在同一应变条件下,材料的应力随着围压的增大而不断减小,当材料进入硬化阶段后,材料的应力却随着围压的增大而不断增大。

上埋式涵洞垂直土压力计算及减荷技术应用

以涵洞为代表的上埋式构筑物土压力计算方法,在公路、铁路、水利及市政等部门中的相关设计规范中并不统一。为了使得涵洞土压力计算方法更加统一。针对常规设计与施工的涵洞,在以往理论计算和10多次室内外试验的基础上,并考虑涵洞结构突出地面高度和土性的影响,提出了垂直土压力系数的空间分布图及其数据表,使得计算方法更具有针对性。基于高填方涵洞EPS板减荷技术,提出了一套设计方法及其应用判据,经多个现场试验工点的实际应用与跟踪监测,证明减荷技术既安全又经济。

移动荷载作用下加筋路堤的三维动力响应

利用半解析方法研究移动荷载作用下加筋路堤的动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立三维横观各向同性弹性加筋地基模型。在忽略土颗粒压缩和自重的情况下,利用Fourier变换将土体波动方程转化为常微分方程。通过数值计算研究加筋与不加筋时,速度、筋材弹性模量和加筋率等对路面竖向位移的影响。计算结果表明:在一定范围内,速度越大加筋效果越显著;速度相同时,加筋后的路面竖向位移明显小于加筋前;筋材弹性模量和加筋率在一定范围内增大时,加筋后的路面竖向位移均呈减小的趋势。

变质软岩路堤填料湿化变形规律研究

采用双线法,对十堰—天水高速公路安康西段的变质软岩路堤填料,在两种密度条件下进行了大型三轴试验,同一竖向偏应力下饱和与风干状态填料应变的差值即为湿化引起的应变,对其变化规律进行分析,结果表明:填料的湿化变形发展呈两个阶段,临界湿化应变的大小与竖向偏应力和围压的比值密切相关,同一密度、不同围压条件下的各曲线变化点的湿化应变值较为一致;填料密度增大,则变化点的湿化应变值增加,说明密度和围压不仅影响湿化变形的大小,还影响其发展规律。根据3种围压条件下的试验结果,对两种密度的填料,分别建立了填料湿化变形发展规律的公式,并用新的第4种围压条件下的试验结果进行校核,吻合程度较好。该公式可用于分析高速公路施工中路堤湿化变形的大小及发展规律。

变质软岩路堤填料湿化变形的大型压缩试验研究

为了研究变质软岩路堤填料的湿化变形特性,采用室内大型压缩试验,针对秦岭山区十天高速公路安康西段的强风化变软质岩填料受水影响较大的特点,进行了相同密度不同试验方法下的浸水饱和试验。结果表明:采用单线法、双线法和循环加载后变质软岩填料在浸水饱和与荷载400、800、1 200 kPa共同作用下试样均产生明显的湿化变形,且湿化变形量随荷载增大呈递增趋势;双线法与循环加载作用下的湿化变形量明显大于单线法所产生的湿化变形量,但总的压缩变形量都较小。若将相应荷载换算成一定高度下填方路堤浸水的情况,考虑路堤填料在载荷不变时的最不利因素,建议最大填方高度不超过18 m,相应的湿化变形量小于10 cm,可以满足公路路基设计规范中的工后沉降要求。

基于双剪统一强度理论的挡土墙土压力计算

在工程实践中采用未考虑中间主应力对强度影响的经典的朗肯土压力理论来对挡土墙进行支护设计时往往存在误差较大的问题。文章基于双剪统一强度理论,将平面应变条件下的强度准则引入挡土墙土压力计算中,推导了基于双剪统一强度理论的挡土墙主动以及被动土压力计算新解。分析结果表明:中间主应力系数b对挡土墙的主动以及被动土压力值均有较大的影响,随着b值的增大,挡土墙主动土压力减小,墙后填土拉张区开裂深度增大,挡土墙被动土压力增大。因此,在工程应用中若能合理地考虑中间主应力对挡土墙土压力的影响,则会产生一定的经济效益。

基于围岩变形速率比值法的隧道监测预警研究

基于围岩变形速率比值法对隧道的施工开挖及长期监测预警进行了研究,归纳出5种现场存在的围岩变形规律,得出了合理的监测预警评价方法。当围岩变形速率与本断面围岩变形速率最大值的比值v/v0=50%左右时,可以认为变形速率略有降低;当v/v0=33%左右时,可以认为变形速率减小,有可能趋于稳定;当v/v0=20%左右时,可以认为围岩接近趋于稳定;当v/v0=5%~10%左右时,可以认为围岩稳定。将这一方法在青岛胶州湾海底隧道左线ZK4＋950中应用,得出了较为理想的结果。

结构力学课程线上混合式教学实践

为保证结构力学线上混合式教学质量,促进学生主动学习,提升人才培养质量,文章以结构力学教学大纲与培养目标为依据,选择学习通和钉钉软件作为教学平台,优化教学资源配置,创新课堂教学设计,通过立德树人、学习引导、学习探索、教学提升和教学创新5个方面保障线上混合式课堂教学效果,通过作业、测试、互动讨论和签到四大模块保证全过程教学管理公平公正和平时成绩真实有效。结果表明,学生整体上学习态度端正,主动学习的积极性明显提升,平时成绩综合表现良好,期末卷面成绩综合表现较好,基本达到了线上线下教学效果实质等效的目的。因此,教师用心、学生用力,结构力学课程线上混合式教学模式可以保障和提升学生培养质量。

不同纤维种类对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响研究

将植物纤维和聚丙烯纤维加入混凝土制成再生混凝土试样,分析了纤维种类对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响。研究表明:随着养护时间的延长,除了加入植物纤维的再生混凝土,其余再生混凝土的劈裂抗拉强度和拉伸变形模量是提高的;加入直聚丙烯纤维的再生混凝土的劈裂抗拉强度最大,而加入曲聚丙烯纤维的再生混凝土的劈裂抗拉强度最小。

纤维混凝土抗拉试验的颗粒流软件数值模拟

基于颗粒流软件PFC^(2D),模拟了纤维混凝土试样的劈裂抗拉破坏过程,分析了摩擦因数、pb_ten参数、pb_coh参数以及宽度比对纤维混凝土数值试样力学性能的影响。试验结果表明:摩擦因数和pb_coh参数对数值试样的弹性模量和劈裂抗拉强度影响不大;pb_ten参数对数值试样的力学性能的影响较大;随着宽度比的增加,数值试样的抗拉强度和变形模量都增大,当宽度比较大时,垫条周围会出现几条细小裂缝,然后向中部集中,进而在中部形成一条贯通的主裂缝。

利用EPS板应力应变关系监控高填方涵洞减荷效果的试验研究

为了提高高填方涵洞EPS板减荷监控效率,保证减荷效果,减少对土压力盒量测的依赖,通过室内压缩试验与现场减荷试验,在对EPS板应力应变关系曲线进行分段公式拟合的基础上,提出了在减荷过程中仅监控EPS板的变形量,将换算的应变量代入拟合公式,反算得到EPS板的应力值,再将其视为与涵顶垂直土压力等效,并与土柱压力进行比较,得到土压力系数,依此评估减荷效果。试验结果表明:由测量所得EPS板变形量反算的应力值与涵顶垂直土压力变化规律基本一致,从而验证了减荷中量测EPS板变形值的监控方法可行可靠,而且快速便捷;垂直土压力系数最终值均为0.48,高填方涵洞铺设EPS板后减荷效果明显。这为EPS板的减荷工程应用提供了新的监控思路。

超静定结构教学考核命题思考与实践

为了提高学生的培养质量,督促学生复习,检验学生对结构力学知识点的掌握程度。依据教学大纲,以超静定刚架结构为例,将结构位移计算、力法、位移法和渐进法中的知识点进行了有机串联,设置了一道综合计算与分析题,从概念、原理和方法入手,灵活多变层层设置疑问,考核了学生对图乘法应用条件以及力法、位移法和渐进法的基本概念和计算过程;同时思考了综合题设计时的更多可能性情况,并对所设综合题进行了详细解答。结果表明:综合题出题思路较为新颖,知识点考核较为全面,解题过程严谨而方法灵活,学生答卷平均值基本合格,反馈良好。因此,创新结构力学题型设计可以全面考核学生的计算能力、分析能力和判断能力,这为后续考试命题提供了新思路。

基于统一强度的非轴对称荷载隧道围岩弹塑性分析

为了完善非轴对称荷载作用下隧道围岩的弹塑性分析方法,本文基于统一强度理论,推导了非轴对称荷载作用下隧道围岩应力及塑性区半径解析解。分析表明:隧道围岩弹塑性交界面上径向应力和切向应力均受屈服准则系数b的影响,呈现出随着b值的增大,弹塑性交界面上径向应力减小,切向应力增大的特点,以b为0时隧道顶板围岩径向应力作为参照,b为0.25、0.5、0.75和1时径向应力分别减小5.7%、9.8%、12.9%和15.4%;同时隧道围岩塑性区半径随着b值的增大而减小,以b为0时隧道顶板围岩塑性区半径作为参照,b为0.25、0.5、0.75和1时塑性区半径分别减小19.2%、29.8%、36.3%和40.8%。表明工程实践中基于Mohr-Coulomb强度理论往往偏于保守,若能不同程度地考虑中间主应力的影响具有重要意义。

引入环向压应力系数的竖井井壁空间被动土压力新解

若采用哈尔-卡门完全塑性准则,通过简化滑移线法求解的竖井井壁空间被动土压力值偏大,在工程应用中偏于保守。为了更加准确地计算竖井井壁的空间被动土压力值,引入一个环向压应力系数,对哈尔-卡门完全塑性准则进行修正,此时井壁围岩微元体上径向正应力最大、环向正应力次之、轴向正应力最小,并针对轴对称竖井围岩被动极限平衡状态开展分析,从而推导了一般环向压应力系数下竖井井壁空间被动土压力计算新解。分析表明:环向压应力系数对竖井井壁空间被动土压力有较大影响,呈现环向压应力系数越大、井壁空间被动土压力值越小的特点。建议在工程应用中,采用环向压应力系数为静止土压力系数的倒数时的竖井井壁空间被动土压力值。

基于Mogi-Coulomb强度准则的竖井井壁土压力广义解

为了解决在工程中采用基于哈尔-卡门假定的别林赞茨叶夫主动土压力偏危险的问题,引入一个环向压应力系数,对上述假定进行修正,通过对竖井围岩进行弹塑性分析,推导了竖井围岩的空间主动土压力解析解。分析表明,中间主应力系数b=0.1、0.2、0.3、0.4和0.5时竖井井壁空间主动土压力较b=0或1.0时分别减小23.0%、42.6%、57.7%、67.2%和70.5%,随着b值的增大,竖井围岩拉张区开裂深度增大;随着环向压应力系数ζ的减小,竖井井壁空间主动土压力分别增大29.4%、65.2%、109.2%和163.3%,随着ζ值的减小,竖井围岩拉张区开裂深度随之减小。通过将本文推导的空间土压力与平面应变条件下的朗肯土压力进行对比发现,不同工况下本文空间主动土压力较朗肯土压力约减小33%~86%,因此,在工程中采用朗肯土压力偏保守而造成井壁支护材料的浪费。

基于统一强度理论的竖井井壁空间被动土压力计算

为了完善轴对称竖井井壁空间被动土压力的计算方法,本文基于统一强度理论,针对竖井围岩被动极限平衡状态开展分析,推导了竖井井壁空间被动土压力计算新解。分析表明:竖井井壁空间被动土压力随竖井深度呈非线性分布,同时统一强度理论中参数b和中间主应力参数m均对井壁空间被动土压力有较大影响,随着b值的增大,井壁空间被动土压力增大,且当m为1–sinφ_(0)时,井壁空间被动土压力为最大值。

基于离散元法的黄土颗粒间强度离散研究

为深入探究黄土三轴试验中黄土试样的力学特性,使模拟更接近真实情况。本文基于离散元单元法,开展了黄土试样在黏结强度服从高斯分布时的三轴剪切试验模拟,分析了分布方差对黄土试样力学特性的影响。研究结果表明:试样轴向应变初期未出现差异性,当达到一定应变时,黏结强度不同分布方差的影响开始显现。相同围压条件下,在剪缩全过程和剪胀前期,黏结强度的分布方差对体应变几乎没有影响。当轴向应变达到一定值时,不同分布方差的体应变曲线开始出现差异性;试样内部法向接触力分布主要集中于竖直方向,切向接触力分布主要呈现“X”形,不同离散程度的试样接触力分布也不一样。

二次抛物线型强度准则下黄土主动土压力计算

为了解决基于Mohr-Coulomb强度理论求解出的黄土主动土压力往往偏离实际的问题,本文基于二次抛物线型强度准则,通过对墙后填土展开主动极限平衡状态分析,推导了基于二次抛物线准则的黄土主动土压力解析解。研究结果表明:基于二次抛物线型强度准则的黄土主动土压力呈非线性分布,在填土拉张区其主动土压力值小于朗肯主动土压力值,且基于二次抛物线型强度准则的填土拉张区开裂深度明显小于基于Mohr-Coulomb理论的拉张区开裂深度;在填土压剪区,填土深度越大则其所受围压越大,基于二次抛物线型强度准则的主动土压力明显大于朗肯主动土压力。因此,在应力水平较大或负应力水平时,基于二次抛物线型强度准则的黄土主动土压力更贴近实际。