基于近场动力学方法的多孔材料单轴拉伸断裂韧性研究

基于近场动力学方法模拟了单刃缺口多孔材料的单轴拉伸试验,通过与文献数据对比验证了数值模拟方法的有效性,对孔隙率为3%~15%的多孔材料进行模拟,得到了其断裂韧性的变化规律,并分析了其增韧机理.结果表明:在单轴拉伸作用下,多孔材料的断裂韧性随着孔隙率的增加先增大后减小,在孔隙率为12%时达到峰值;在单轴拉伸过程中,局部孔隙吸引导致的主裂纹偏转和次裂纹萌生是多孔材料断裂韧性提升的主要原因.

桩柱一体结构环梁节点力学性能试验研究

在既有建筑增设地下空间的托换过程中,传统钢管桩或锚杆静压桩方法存在吊装焊接不便或桩基过密等缺陷。据此,提出了桩柱一体技术,将钻孔灌注桩同时作为桩基和立柱,保证了施工质量和效率。桩柱一体结构体系中梁柱节点的力学性能是影响其安全性的关键,故设计了3种桩柱一体结构与环梁节点的界面连接形式,进行了现场荷载试验。试验结果表明,桩柱一体结构体系中梁柱节点的破坏模式为环梁的弯剪破坏,荷载下梁柱界面未发生滑移,证明了桩柱一体技术的安全性。对试验结果分析后,表明灌注桩-环梁节点的配筋设计可参考现有的钢管桩-环梁节点相关规范,并得到了桩柱一体结构体系承载力计算的实用公式。

基于近场动力学方法的泡沫混凝土单轴拉伸三维数值模拟

采用近场动力学方法模拟了泡沫混凝土三维模型的单轴拉伸,通过与文献数据对比验证了数值模拟的有效性。基于对孔隙率为30%~70%、单元孔隙球度为0.6~1.0的泡沫混凝土三维模型的模拟结果,探讨了泡沫混凝土的孔隙结构对抗拉性能的影响。结果表明:泡沫混凝土的抗拉性能(弹性模量、强度和断裂能)随着孔隙率的增加而降低,随着单元孔隙球度的增加而提升。泡沫混凝土三维模型的抗拉性能具有显著的非均质性,这是由于孔隙随机分布导致不同模型的水泥骨架壁厚级配不同所致,在壁厚较薄的局部区域容易造成应力集中,从而削弱泡沫混凝土的抗拉性能。

拓宽方式对软土路基工程特性影响的离心模型试验

如何保持新旧路基间的变形协调是拓宽工程中普遍关注的问题,目前尚缺乏对于拓宽方式对软土路基工程特性影响的直接对比分析。本文开展离心模型试验,采用普通填料或气泡轻质土进行放坡或挡墙拓宽,分析了新旧路基变形、地基土中孔压和土压力在路基拓宽后的变化规律。试验结果表明,气泡轻质土显著减小拓宽过程中产生的孔隙水压力增量和附加应力增量。相较于边坡拓宽,挡墙拓宽方式对地基影响更小。轻质土路堤采用挡墙拓宽方式引起的挡墙倾角和墙背土压力均较小。采用Boussinesq公式计算得到的拓宽路堤引起的地基中附加应力分布与实测值基本吻合,且偏于保守。本文的研究成果对指导路基拓宽工程具有借鉴意义。

基于监测数据反演的软土高填方地基性能分析

在软土地区进行高填方路堤施工时地基会产生较大的变形,需要在填筑施工过程中严密监测地基的变形和孔压变化情况。介绍了国外某软土地区高填方机场跑道的建设,通过现场监测获得了路堤填筑过程中地基沉降和孔隙水压力的变化规律。基于第一级堆载预压获得的监测数据,采用反演分析获得了基于孔压数据和沉降数据拟合的径向固结系数hc和地基的平均固结度。在第一级加载监测数据反演分析的基础上,预测了地基在下一级堆载下沉降发展规律。同时,根据监测数据得出了孔压系数与路堤堆载速率之间的关系,为控制堆填速率提供参考。对指导软土地区高填方路堤工程的监测具有借鉴意义。

气泡轻质土高铁拓宽路基性能离心模型试验研究

路堤拓宽工程中新旧路基结合部差异沉降控制一直是人们关注的核心问题。路基拓宽工程可采用换填、轻质材料回填、桩承路堤、土工合成材料、排水固结等技术控制新旧路基的差异沉降。但轻质材料应用于高铁拓宽路堤的研究尚处于起步阶段。本文开展了50 g加速度下的离心模型试验,模拟原路堤阶段、拓宽路堤阶段(包括运营阶段),研究了常规填料和气泡轻质土用于高铁拓宽路堤的变形特性与应力分布。测得并分析了试验过程中新老路堤沉降、地基土中孔隙水压力和土压力的发展规律。结果表明,路基拓宽引起的附加应力主要集中在新老路基交界处靠近拓宽路堤一侧,同时,仍会引起原路堤下土中附加应力的增加,但对原路堤地基土的附加应力影响较小。相较于常规填料,采用气泡轻质土进行路堤拓宽可以有效减小地基土中最大超孔隙水压力增量和附加应力,同时还可以减小拓宽路基与原路基之间的差异沉降。

循环荷载作用下气泡轻质土动强度及预测模型

气泡轻质土为新型回填材料,可能受交通荷载和机器振动等动荷载作用。目前关于动荷载对气泡轻质土强度的影响缺乏统一认识,易造成设计不合理。开展循环荷载作用下气泡轻质土无侧限抗压强度试验,探讨密度、振动频率和循环次数对气泡轻质土动强度的影响。研究结果表明,气泡轻质土在循环荷载作用下动强度明显低于静强度,这可能因为其内部结构在动荷载作用下更易发生破坏。采用基于人工神经网络的机器学习方法建立气泡轻质土动强度预测模型,经模型训练后,预测值与试验数据达到良好的一致性。

基于X-CT技术的气泡轻质土孔隙结构研究

采用X-CT技术建立无掺土料气泡轻质土三维孔隙结构,基于统计分析研究了气泡轻质土孔隙体积、类型和球度的分布规律.结合无侧限抗压试验,探讨了气泡轻质土细观孔隙结构对其宏观力学性质的影响.结果表明:气泡轻质土中孔隙体积呈单峰分布,峰值出现在0.05~0.20mm3;气泡轻质土宏观密度越低,孔隙体积的分布范围越大;孔隙的球度呈单峰分布,峰值出现在0.15~0.35,绝大多数孔隙的外形呈极不规则状;气泡轻质土中联通类型孔隙占主导地位;孔隙体积与球度呈负相关,且与孔隙接触类型无关.对比分析气泡轻质土孔隙结构与无侧限抗压强度发现,在相近密度下,当孔隙球度提高7%或联通孔隙类型体积减小5%时,试样抗压强度与弹性模量均有10%以上的提升,且弹性模量的提升幅度更大.