基于NMR的非饱和土相对渗透系数快速预测新方法

非饱和土的渗透系数作为研究非饱和土中水分运移的重要参数,直接测量方法原理简明但试样尺寸较大,耗时较长;土-水特征曲线(SWCC)间接预测方法由于需要获取土-水特征曲线,同样较为耗时,工作量较大。为此,结合核磁共振(NMR)理论与渗流理论提出了不同孔径孔隙通道渗透系数与弛豫时间的关系,通过对不同大小孔隙通道渗透系数进行累加,提出了基于核磁共振的饱和/非饱和土渗透系数预测模型和快速预测方法。为验证模型的合理性,以湖南黏土为研究对象,进行了不同初始孔隙比试样脱湿、吸湿过程以及饱和状态下的95次核磁共振试验,获取相应的NMR曲线,采用瞬时剖面法获取不同初始孔隙比试样非饱和相对渗透系数,并与该模型预测值对比。研究发现:利用脱湿、吸湿过程不同含水率下NMR曲线以及饱和状态的NMR曲线均具有较好的预测效果,但基于饱和状态下试样的NMR曲线预测效果相对最好,测量成本和耗时也最小,因此建议采用饱和状态试样NMR曲线直接预测非饱和相对渗透系数。

基于响应面法和Weibull分布的不锈钢纤维再生混凝土抗冻性能研究

【目的】在我国严寒地区,冻融损伤会使再生混凝土(RAC)结构提前达到耐久性极限甚至导致构件失效,为了延长再生混凝土(RAC)结构在严寒地区的使用寿命,【方法】对再生混凝土(RAC)、天然混凝土(NC)、普通钢纤维再生混凝土(PFRAC)和不锈钢纤维再生混凝土(SFRAC)进行冻融循环试验。经过冻融循环后,测得RAC、NC、PFRAC、SFRAC的质量损失及相对动弹性模量,分析冻融循环过程中混凝土内部的损伤机理及劣化规律。以相对动弹性模量为损伤变量,基于响应面模型(RSM)和Weibull分布建立了钢纤维再生混凝土冻融损伤模型,研究冻融循环次数、PF和SF的掺量对再生混凝土抗冻性的影响。【结果】结果表明,SF的掺入能有效延缓RAC质量的损失和相对动弹性模量的降低。冻融循环150次时,掺量为2%的SFRAC质量损失和相对动弹性模量分别下降3.01%和19.57%。SFRAC与RAC相比,质量损失率降低了0.4%,相对动弹性模量提高了14.17%。【结论】Weibull分布和响应面模型(RSM)的预测结果 基本一致,但RSM预测值的相对误差要低于Weibull分布的预测值。两种模型的相关系数R2均在0.94以上,预测结果较为准确,可为钢纤维再生混凝土在寒冷地区的使用提供理论参考。

基于改进MGM(1,1)模型的再生混凝土疲劳寿命预测

准确预测再生混凝土(RC)疲劳寿命对其应用于路面及桥梁等项目具有重要意义。在灰色马尔科夫模型(MGM)的基础上,引入新陈代谢理论不断更新原始数列中的疲劳寿命数据,并结合粒子群算法优化状态区间的取值,提高其预测精度以适应混凝土疲劳寿命预测,再以不同应力水平的RC疲劳寿命试验结果作为原始数据,建立了基于改进的灰色马尔科夫模型的RC疲劳寿命预测模型,并对改进前后模型的精度以及预测结果进行对比分析。结果表明:RC疲劳寿命N服从两参数威布尔分布;将预测值从lg(N)转化为疲劳寿命后进行误差分析可知,应力-疲劳寿命(S-N)曲线的预测精度较低,最大相对误差达到201.43%;MGM(1,1)模型相比于S-N曲线预测精度有所提升,但平均相对误差仍达到102.20%;经两种算法理论改进后的MGM(1,1)模型预测精度有较大的提高,平均相对误差仅为5.62%;引入其他文献试验数据进行验证并与原文献中模型进行对比分析发现,改进MGM(1,1)模型的误差波动幅度小且平均误差小于原文献中模型,平均相对误差仅为1.01%,说明改进的MGM(1,1)模型在对RC疲劳寿命预测上具有更高的精确度与可靠性。

硫酸盐侵蚀-干湿循环下不锈钢纤维再生混凝土耐久性分析

由于我国黄河流域盐渍土地区含有高浓度SO_(4)^(2-),影响着在役混凝土的力学性能和耐久性,严重阻碍了再生混凝土(RAC)在工程中的应用。【目的】为快速研究黄河流域盐渍土地层含有高浓度SO_(4)^(2-)并伴随地下水入渗和蒸发的侵蚀特点,【方法】以304不锈钢纤维再生混凝土(304SSFRAC)为研究对象,以再生混凝土(RAC)和普通钢纤维再生混凝土(PFRAC)作对比,采用5%Na_(2)SO_(4)作为侵蚀溶液,开展硫酸盐侵蚀-干湿循环作用的室内耐久性快速试验,研究立方体抗压强度、相对动弹性模量和相对质量,并通过扫描电子显微镜(SEM)手段来表征304SSFRAC微观结构,最后采用Weibull函数建立耐久性退化模型来预测试件寿命。【结果】结果显示:在0~75次的循环周期内,试件立方体抗压强度、质量和动弹性模量有明显的增强,在75次循环后,试件表面出现微裂纹,各项性能指标开始下降;SEM微观观察到混凝土内部腐蚀产物包括钙矾石、石膏等晶体。通过Weibull函数建模可得到试件寿命,【结论】结果表明,试件寿命为304SSFRAC>PFRAC>RAC,体积掺量为2%的304SSFRAC在5%Na_(2)SO_(4)干湿循环下最长使用寿命可达到499次左右。

玄武岩纤维再生混凝土循环加载变形与疲劳寿命预测

为改善再生混凝土(RAC)的疲劳性能,掺入玄武岩纤维制成玄武岩纤维增强再生混凝土(BFRAC),对不同纤维体积率的BFRAC弯曲疲劳性能进行研究,分析了BFRAC的疲劳变形规律,并采用响应面法(RSM)研究了纤维体积率和应力水平对其疲劳寿命的影响。结果表明:BFRAC的疲劳应变和疲劳模量都呈三阶段发展;随着应力水平和循环比的增大,疲劳应变逐渐增大,疲劳模量逐渐减小;随着纤维体积率的增大,疲劳应变和疲劳模量发展减缓,其中纤维体积率为0.3%时效果最佳;在相同应力水平下RAC疲劳寿命低于天然混凝土(NAC),玄武岩纤维的掺入可显著提高RAC疲劳寿命,随着纤维体积率的增大,BFRAC疲劳寿命呈现先增大后减小的趋势;通过RSM建立的BFRAC疲劳寿命预测模型经检验证明具有良好精度;纤维体积率和应力水平的交互作用对BFRAC疲劳寿命有一定影响,但应力水平的大小对BFRAC疲劳寿命的影响更为显著;采用渴求函数对BFRAC进行多目标优化得出在0.6、0.7、0.8应力水平下的最优纤维掺量分别为0.321%、0.317%、0.313%。

CFRP圆钢管混凝土中长柱轴压承载力研究

该文在钢管混凝土柱研究的基础上,进一步探究碳纤维布(CFRP)对圆钢管混凝土中长柱轴压承载力极限的影响。制作10根不同CFRP圆钢管混凝土中长柱进行轴压试验,探讨CFRP圆钢管混凝土中长柱的受力过程、破坏形态和轴压极限承载力,分析CFRP层数、混凝土强度、钢管壁厚与长细比对其极限承载力的影响,为CFRP圆钢管混凝土中长柱极限承载力的计算提供参考。结果表明,CFRP层数对圆钢管混凝土中长柱极限承载力提升巨大,混凝土强度、钢管壁厚与长细比的影响相对较小,可为CFRP圆钢管混凝土中长柱的工程应用提供有力支撑。

纳米TiO_(2)对再生混凝土抗碳化性能的影响

为了研究纳米TiO_(2)掺量(0、0.4%、0.8%、1.2%)和再生粗骨料取代率(25%、50%、75%)对再生混凝土抗碳化性能的影响,对各组再生混凝土试件进行了快速碳化试验,测得了再生混凝土在不同碳化龄期(3、7、14、28 d)的碳化深度,并对不同纳米TiO_(2)掺量和再生粗骨料取代率下的再生混凝土碳化深度进行了计算与分析。结果表明:再生混凝土碳化深度随碳化时间和再生粗骨料取代率的增大而增大;纳米TiO_(2)的掺入能有效提高再生混凝土的抗碳化性能,且不同再生粗骨料取代率下,纳米TiO_(2)的最优掺量均为0.8%。对试验所得数据进行回归分析,建立了纳米TiO_(2)再生混凝土碳化深度预测模型。对实测值与模型计算值进行了误差分析,可知该模型能较好地预测纳米TiO_(2)再生混凝土的碳化深度。

Weibull分布模型改性再生混凝土微观损伤机理分析

为研究再生骨料改性对再生混凝土微观损伤机理的影响,该文用5%硅酸钠溶液(Na_(2)O·nSiO_(2)溶液)和10%聚乙烯醇溶液(PVA溶液)对不同级配再生骨料预浸泡进行改性。通过再生混凝土微小单元强度服从Weibull统计分布对抗压强度进行损伤演化分析和扫描电子显微镜(SEM)对骨料和混凝土微观形貌和机理分析。结果表明:经过5%硅酸钠溶液(Na_(2)O·nSiO_(2)溶液)和10%聚乙烯醇溶液(PVA溶液)改性后的再生混凝土均能显著提升内部微小单元损伤抗性和微观结构的密实性,且5%硅酸钠溶液(Na_(2)O·nSiO_(2)溶液)浸泡改性再生骨料对再生混凝土的提升效果劣于10%聚乙烯醇溶液(PVA溶液)。采用连续级配5~31.5 mm的再生混凝土损伤抗性显著高于单一级配10~16 mm和16~25 mm的再生混凝土损伤抗性。

再生混凝土疲劳可靠度及疲劳寿命预测

为了研究再生混凝土的弯曲疲劳性能和疲劳可靠度,对普通混凝土(NAC)和再生混凝土(RAC)进行不同应力水平下(S=0.6、0.7、0.9)弯曲疲劳试验,获得不同应力水平下试件的纵向应变和疲劳寿命。并对疲劳寿命进行两参数Weibull分布检验,建立的S-N-P_(f)方程。再依据对数疲劳寿命一般遵循对数正态分布的规律,基于Palmgren Miner疲劳模型,得出可靠度计算式,对混凝土疲劳可靠度进行分析。结果表明:在不同应力水平下,RAC的疲劳寿命较NAC来说较小,纵向应变较NAC较大,抗弯疲劳性能较NAC差,其疲劳可靠度也低于NAC。且在对NAC的分析中假设疲劳寿命服从Weibull分布所得不同可靠度下的预测疲劳寿命,比假设服从对数正态分布更接近疲劳寿命临界值,而在对RAC的分析中,两者结果相差不大。