基于PFEM法的黄土地基振杆密实过程大变形分析

采用粒子有限元方法(PFEM)及结构性土的本构模型,对振杆密实法加固砂质黄土地基的大变形过程进行了数值模拟研究,分析了振杆贯入过程中周围土体的位移场、应力场、速度场以及塑性体应变等分布规律,揭示了砂质黄土地基深层振动密实机理.结果表明:现场实测和数值模拟获得的地面垂直振动速度峰值变化趋势较为一致,验证了粒子有限元方法的可靠性;垂直激振的振杆能够同时引起土体垂直方向和水平方向上位移场、应力场和速度场的变化;在距振源水平距离5R(R为振杆半径)范围内,土颗粒以半梭形向外扩展并趋于密实,同时水平应力大幅增加并产生预压效果;以塑性体应变作为加固范围的评价标准,结果表明土体径向加固范围随振杆贯入深度增加而略有增大,最大径向加固范围约为3.2R,且振杆底端以下1R~2R范围亦有密实效果.

气动振杆密实法加固湿陷性黄土的模型试验研究

气动振杆密实法是湿陷性黄土地基处理的一项全新技术。采用自行研制的气动振杆密实模型试验装置,进行了单一激振力、气体射流协同激振力两种条件下的模型试验,评价了土体加固效果,研究了振杆贯入过程中土体水平向土压力、土颗粒垂直振动速度和土体中气体压力值的变化规律。试验发现,处理后各深度土层的密度均有明显提高,湿陷系数降低;增设气体射流后,100 mm深度以下土层密度进一步提高,水平向土压力最大提高20.4%,同时放大了振杆密实法引起的土体振动响应。研究揭示了气体射流在土体加固过程中的作用机理,探讨了气动振杆密实法加固湿陷性黄土机理,为推广气动振杆密实法处理湿陷性黄土地基技术的应用提供了理论依据。

智能化振杆密实法加固海陆交互相液化地基试验研究

长江三角洲地区广泛分布着海陆交互相液化地基,具有粉土、粉砂、淤泥质粉质黏土互层的工程地质特点。随着我国高速公路建设快速发展,对此类海陆交互相液化地基的处理已迫在眉睫。本文依托洋通高速公路工程项目,采用具有自主知识产权的智能化振杆密实法施工技术对海陆交互相液化地基进行了加固处理,通过室内试验、原位测试和填筑期沉降监测等方法,综合评价了该技术处理海陆相交互相液化地基的加固效果,并与碎石桩法的处理效果进行对比。研究结果表明:智能化振杆密实法处理后,试验场地土体密度、内摩擦角、压缩模量等均得到明显提高,含水量和孔隙比明显降低;处理范围内土层的锥尖阻力、侧摩阻力和标准贯入试验锤击数较处理前提高了80%以上,测试波速则提升了15%,预测工后沉降为10.36 mm,满足了高速公路建设要求。振杆密实法工程费用相比碎石桩法可节约38.0%,且施工过程自动化、可视化程度高,具有显著的经济效益与应用前景。

玄武岩纤维掺砂水泥土压拉强度的试验分析

为研究玄武岩纤维和砂对水泥土强度的影响,进行不同配比玄武岩纤维掺砂水泥土的无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,探讨了玄武岩纤维掺量和掺砂量对水泥土强度及破坏形态的影响和作用机制。研究结果表明:玄武岩纤维掺量0.5%、1.0%、1.5%,掺砂量10%的水泥土无侧限抗压强度分别为3.58、3.40、3.31 MPa,较素水泥土分别提高了26.1%、19.7%、16.5%;水泥土的抗拉强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小的趋势,在玄武岩纤维掺量为1.5%时达到最大值;玄武岩纤维掺量1.5%、掺砂量为10%和15%的水泥土抗拉强度分别为0.52 MPa和0.60 MPa,较素水泥土分别提高了44.4%和66.7%;玄武岩纤维的掺入使水泥土在破坏时保持较好的整体性,表现出一定的塑性特征;玄武岩纤维和砂在各自工作的同时,在一定程度上相互协作,共同促进水泥土压拉强度的提高。

I型裂纹尖端约束应力区模型及其解析解

考虑了I型裂纹尖端损伤区域内三种不同的约束应力分布形式,即右三角分布形式(情况A)、均匀分布形式(情况B)、左三角分布形式(情况C),并采用复变函数方法求得了应力强度因子与裂纹张开位移的解析解;在此基础上,通过数值计算得到了应力强度因子和裂纹张开位移随约束应力区长度、约束应力大小以及分布形式的变化规律。研究结果表明:随裂尖材料损伤程度的增加,裂尖损伤区内约束应力减小,应力强度因子和裂纹张开位移增大;约束应力的分布形式对应力强度因子和裂纹张开位移有显著影响;相对于其他区域,约束应力对裂纹尖端区域裂纹张开位移的影响较大。然而,对于裂尖损伤区域的形成与作用荷载、材料性质、构件几何尺寸之间的关系,还需要进行更为深入的研究。

裂纹表面线性分布力作用下I型应力强度因子的解析解

对于I型裂纹,考虑到裂纹表面受线性分布约束应力作用,利用复变函数方法,从两个基本的解析函数出发,推导出应力强度因子(SIF)和裂纹张开位移(COD)的解析解.数值计算了3种形式的应力分布,即右梯形分布(情况I)、均匀分布(情况II)和左梯形分布(情况III).通过对3种形式的应力强度因子和裂纹张开位移进行对比,发现裂纹表面约束应力的分布形式和位置对应力强度因子和裂纹张开位移有很大影响;随着约束应力区远离裂纹中心,应力强度因子减小,而裂纹中心张开位移随之增大.

桥梁工程复杂腐蚀环境模拟系统的开发和应用

随着气候环境的恶化,外部环境对桥梁性能的影响越来越大。复杂腐蚀环境如氯盐侵蚀、碳化、温度和干湿交替等综合作用对桥梁工程的影响较难确定。文中针对钢筋砼结构腐蚀机理,讨论合适的复杂环境模拟方法和腐蚀试验流程,改进室内钢筋砼耐久性性能测试仪器;由于钢筋砼的自然腐蚀很慢,为了在较短时间内获得期望的试验效果,采用加速腐蚀的方法。

浅谈豫东南地区农村建筑存在的问题及其产生原因

随着农村经济的迅速发展,农民的生活变得更加富裕,对住房的要求也越来越高,与此同时,农村建筑市场存在的问题也日渐突出。本文主要针对豫东南地区农村建筑市场存在的问题及其原因进行分析。

裂尖具线性分布约束应力的运动裂纹模型及其解析解

以恒定速度运动的Griffith裂纹解析解为著名的Yoffe解。静止裂纹的条状屈服模型即Dugdale模型,将其推广到运动裂纹模型时发现,当裂纹运动速度跨越Rayliegh波速时,裂纹张开位移COD趋于(∞,且表现为间断。通过在裂尖引入一个约束应力区及两个速度效应函数,假设约束应力为线性分布,采用复变函数方法,求得动态应力强度因子SIF与裂纹张开位移COD的解析解。新的结果,在Rayleigh波速下裂纹张开位移连续且为有限值。给出裂纹张开位移的一些数值结果,获得了一些有意义的结论。

振杆密实法处理湿陷性黄土地基试验研究

湿陷性黄土地基加固处理是中国西部开发建设工程中面临的问题之一,且面广量大。振杆密实法技术处理湿陷性黄土地基,采用自主研发的振杆密实设备,以甘肃中兰铁路客专项目工程场地为依托,提出了气动振杆密实法处理湿陷性黄土地基的施工工艺,并对处理效果进行了测试评价。原位测试和室内试验结果表明:处理后黄土为非湿陷性,平均湿陷系数为0.003;处理范围内土层锥尖阻力、侧壁阻力和标贯击数较处理前显著提高,面波波速提高15%左右,且土层各项物理力学性能指标均有明显改善。结果表明振杆密实法是湿陷性黄土地基处理的一项全新技术,具有节能环保、经济高效等优点,在黄土地区有推广应用前景。

基于CPTU土分类的振杆密实法适用范围与评估方法研究

传统基于Fellenius-Eslami研究的适合振动密实的土类评估方法仅认为砂和砂砾土是可密实的,然而在国内过去十余年的工程实践表明该评估方法过于保守。该文通过介绍十字形振杆密实法处理可液化粉土地基、复杂的滨海相可液化地基等施工案例,论证了振动密实技术处理粉土地基的良好效果。在此基础上,提出了基于孔压静力触探测试(CPTU)的中国国标土分类的振动密实土类评估方法,认为归一化CPTU数据处于"中砂"、"细砂"、"粉砂"和"粉土"区域内的地基土是可以采用振杆密实法进行加固处理的。该判别方法适合当前国内振杆密实法的应用实践,同时又进一步扩大了振杆密实法在地基加固处理方面的优势。

深层振动密实对湿陷性黄土层水平应力变化的影响

深层垂直振动不仅会增加土体刚度,还会增加其水平有效应力。结合深层振动密实技术在我国西北地区处理湿陷性黄土地基的首次实践,探讨了深层振动密实对湿陷性黄土地基土层水平应力变化的影响,同时揭示了湿陷性黄土振动密实的机制。现场试验结果表明,处理深度范围内(–8 m)土层的锥尖阻力和侧壁阻力平均提高了2倍以上,摩阻比增加了20%~50%。–3 m以上范围内土层的侧壁阻力比值较大,且对应较高的水平应力变化值(K_(01)/K_(00)),土层水平应力增加显著。深度–3~–7 m范围内土层的侧壁阻力比保持在4左右,对应K_(01)/K_(00)值在3~4之间。–7 m以下土层的K_(01)/K_(00)值逐渐减小并趋于1。水平应力变化受土层侧壁阻力比的影响较大,受有效内摩擦角的影响小。分析认为,水平应力的增加,导致土层产生"预固结"效应,在微观上表现为黄土由疏松多孔的粒状结构趋向于镶嵌结构,以架空孔隙为主导的大孔隙或消失或演变为镶嵌孔隙等小孔隙,土体逐渐变得密实。

冲击荷载下玄武岩纤维水泥土吸能及分形特征

为研究玄武岩纤维对水泥土冲击破坏过程中能量吸收及碎块块度分布特征的影响,采用Φ50 mm变截面霍普金森压杆(splitHopkinsonpressurebar,简称SHPB)试验装置对不同玄武岩纤维掺量的水泥土进行了冲击压缩和动态劈裂试验,分析了冲击荷载作用下玄武岩纤维掺量与水泥土吸收能、破坏形态和分形维数D_b的关系,试验结果表明:随着玄武岩纤维掺量的增加,水泥土吸收能呈先增大后减小的趋势,超过最佳掺量后,由于纤维-纤维薄弱面的存在,水泥土吸收能减少;冲击破坏后水泥土破碎块度分布是具有统计意义上的分形,冲击压缩试验中水泥土破碎块度平均粒径随玄武岩纤维掺量的增加而不断增大,对应的D_b值总体上呈现不断减小的趋势;在动态劈裂试验中,玄武岩纤维掺量在0～2.0%范围内,水泥土破碎块度平均粒径呈现上升趋势,D_b值不断减小,玄武岩纤维掺量超过2.0%后,平均粒径有所降低,对应D_b值增大。玄武岩纤维水泥土吸收能和D_b值之间有着密切的联系,冲击压缩试验中,吸收能在分形维数为2.20～2.26范围内呈先增大后减小的趋势,而在动态劈裂试验中,吸收能在分形维数为1.85～2.20范围内总体呈现下降趋势,两者具有一定的负相关性;合适掺量的玄武岩纤维对水泥土动态特性起着积极作用,通过试验得出玄武岩纤维的合适掺量为1.5%～2.0%。

主动围压作用下水泥粉质黏土SHPB试验与分析

为研究围压状态下水泥粉质黏土的冲击压缩特性,进行了不同围压和不同应变率条件下水泥粉质黏土的霍普金森压杆(SHPB)试验,分析了围压和应变率对水泥粉质黏土动态应力-应变曲线、冲击压缩强度以及破坏形态的影响。试验结果表明:围压和单轴状态下的水泥粉质黏土动态应力-应变曲线均经历弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段,但是两种状态下水泥粉质黏土试样的破坏形态不同,单轴条件下水泥粉质黏土试样的破坏程度随应变率增加而逐渐变大,围压作用下水泥粉质黏土在冲击试验后保持较好的整体性。围压和应变率共同影响水泥粉质黏土的冲击压缩强度:相同应变率条件下,水泥粉质黏土冲击压缩强度随围压的增加而增大;相同围压条件下,水泥粉质黏土峰值应力和峰值应变均随应变率的增加而增大,表现出明显的应变率效应。

地聚合物水泥土最佳拌合方法的试验与探讨

为了研究地聚合物水泥土最佳拌合方法,对五种不同拌合方法对应的地聚合物水泥土,分别进行了无侧限抗压强度试验、表观形貌分析及电镜扫描试验,试验结果表明不同拌合方法下地聚合物水泥土的抗压强度、微观结构以及表观形貌具有较大差异。综合考虑各因素,选取了最佳拌合方法,首先按最优含水率配置土样,浸润一昼夜后将其与偏高岭土(干土重的3%)混合,喷入碱激发剂(浓度为50%的NaOH溶液与37.1%的钠水玻璃),再加入水泥(干土重的12%)拌匀,最后喷入水灰比为0.5对应的水量。该方法具有较高的抗压强度,较强度最小值提高了82.8%,且具有较大的峰值应变,较峰值应变最小值提高了2倍。此外,在拌合过程中也可发现该方法对应的混合料非常均匀,并无明显成团现象,且该方法对应的试样在破坏时产生许多细小裂纹,塑性破坏特征较明显。

黏土夹层对共振法加固效果影响试验研究

为研究黏土夹层对共振法处理可液化砂土地基效果的影响,按比例制备十字翼振杆并开展相关模型试验.根据加固前后轻型动力触探击数 N 10 、土颗粒峰值振动加速度 a 和砂土相对密度 D r 的变化,分析了黏土夹层对土体强度、能量传递规律及密实程度的影响.结果表明, N 10 和 a 值随着测点与振杆径向距离的增加而减小.受黏土夹层影响,加固前后土体强度增长幅度降低64%~127%, a 值也相应减少,且振动有效影响半径由0.4 m减少为0.3 m,砂土相对密实度增长幅度下降4.2%~9.7%.现场标贯试验及地表峰值振速监测结果进一步验证了模型试验的可靠性.地基中黏土夹层可使振点处的排水通道受阻,降低土体排水固结及能量传递效率,减弱了加固效果.

玄武岩纤维和砂对水泥土微观结构及拉压强度的影响

为研究玄武岩纤维和砂对水泥土微观结构及强度的影响,进行了不同玄武岩纤维掺量、不同掺砂量条件下水泥土的扫描电镜(SEM)分析以及拉压强度对比试验,探讨了玄武岩纤维和砂增强水泥土强度的作用机制.微观结构表明:砂的填充和置换作用增加了水泥土的密实度和整体性,定量分析得到掺砂量在15%时水泥土的微观结构表现最佳;玄武岩纤维能够承担试样内部因荷载作用而产生的拉应力,且随着掺量的增大,拉应力也会相应的提高,在玄武岩纤维掺量为1.5%时达到最佳;合适掺量的玄武岩纤维和砂会共同促进水泥土拉压强度的提高.微观结构分析与拉压强度试验得出的结果较为吻合,玄武岩纤维的合适掺量为1.0%~1.5%,砂的合适掺量为15%.

水泥砂浆固化粉质黏土分离式Hopkinson压杆试验与分析

为研究掺砂量(与干土的质量比)对水泥粉质黏土冲击压缩强度及能量吸收特征的影响,采用Φ50mm分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置对不同掺砂量的水泥粉质黏土进行了0.4 MPa冲击气压下的冲击压缩试验。结果表明:普通水泥粉质黏土(未掺砂)动态应力-应变曲线大致分为弹性阶段、屈服硬化阶段及破坏阶段,而随着掺砂量的逐渐增加,水泥砂浆固化粉质黏土动态应力-应变曲线中屈服阶段愈加不明显,出现了理想的塑性阶段;水泥砂浆固化粉质黏土的冲击压缩强度随掺砂量的增大而先增大后减小,在掺砂量为10%时达到最大平均动强度9.56 MPa,较普通水泥土强度提高9.79%;水泥砂浆固化粉质黏土的吸收能随冲击压缩强度的增大而增大,两者具有较好的指数关系。