透水性混凝土强度-渗透性模型试验研究

高透水性是透水性混凝土的重要特征,现有的透水性混凝土渗透系数测试装置存在试件侧壁渗漏问题,为此提出了一种试件侧面防水涂抹+柔性夹层+套筒刚性壁的防侧漏复合结构,提高了渗透系数测试精度。透水性混凝土的透水性和强度是一对矛盾体,此消彼长,但目前对它们之间关系缺乏系统的研究。通过室内渗透性和强度试验研究了多种因素(如:水灰比、集灰比、孔隙率)对透水性混凝土的强度和透水性的影响,建立了强度孔隙率模型、渗透性孔隙率模型和强度渗透性模型。研究结果表明:透水性混凝土与普通混凝土不同,存在一个最佳水灰比,最佳水灰比对应的强度最大;强度和水灰比成开口向下的二次抛物线关系,而孔隙率和集灰比均与渗透系数成正相关关系;透水性混凝土强度和渗透性关系服从Lorentzian函数,强度随渗透性的增大而逐渐降低,降低速度先快后慢。在工程设计中应根据具体要求,确定最佳的强度和渗透性组合。

膨润土路基病害分析及处理方法

膨润土以其特有的性质被广泛应用于各个领域。但是膨润土路基易发生滑塌、不均匀沉降,引起路面破坏等病害。本文进行膨润土路基病害机理分析,并结合潍九路昌乐段膨润土路基工程,对产生路面裂缝的原因进行了分析,提出了切实可行的解决方案,并对方案实施后的效果进行实时监测,证明了病害处理方法满足了日后通车的需要。

基于非饱和渗流理论的排水性基层路面结构排水效果影响因素分析

基于非饱和渗流理论,建立了具有边缘排水系统和排水性基层的高速公路路面结构模型,模拟了降雨及雨后路面结构的排水过程,研究了路堤高度、地下水位及路面裂缝等因素对路面结构排水效果的影响。结果表明路堤高度的降低会加快雨水进入基层以下结构层的速度,明显提高其体积含水量,进而加速内部结构层的损坏;在保证排水层排水通畅的情况下,地下水位对排水效果的影响很小;裂缝的出现对路面结构的排水十分不利。为保证具有边缘排水系统和排水性基层的路面结构的排水效果,建议在保证路面结构的强度及稳定性的条件下,提高路堤高度,设置良好的排水系统并减少路面结构裂缝的出现。

大型失控车辆与隧道衬砌的动态相互作用与损伤分析

基于动力有限元法模拟不同碰撞条件下隧道衬砌与大型车辆的动态相互作用,研究车辆与隧道结构在撞击作用下的动态响应。结果表明:在碰撞角度相同的情况下,隧道衬砌拉伸损伤值随车速的增大而增大;在失控车速相同的条件下,拉伸损伤值随碰撞角度的增大而增大;碰撞速度与角度越大,则车内人员受到的加速度越大,损伤越严重。对我国京沪高速公路上的蟠龙隧道碰撞事故(2009年)进行了数值模拟,对比分析发现数值模拟结果与蟠龙隧道碰撞事故后衬砌的表观信息及超声波探测结果有很好的一致性,碰撞后损伤区域的混凝土渗透系数明显增大,表明碰撞后衬砌发生漏水的几率明显增大。

损伤沥青混合料渗透性模型与水稳定性试验

为研究沥青路面力学损伤与水损坏的相互驱动作用对损伤沥青混合料的渗透性和水稳定性演化规律的影响,利用由SPT(简单性能试验方法)试验得到的动态模量定义了沥青混合料损伤,并考虑试件尺寸效应,通过大量试验提出了基于超声波波速的沥青混合料损伤表征方法;通过渗透试验研究了沥青混合料损伤-渗透性模型,并通过汉堡模型试验研究了损伤和不良应力状态等对沥青路面水损坏的影响。结果表明:沥青混合料渗透性与压剪损伤呈开口向上的抛物线关系,随压剪损伤先减小后增大;沥青混合料渗透性与拉伸损伤呈Lorentzian函数关系,随拉伸损伤持续增大;损伤和不良应力状态对饱水沥青路面的水损坏有很大影响,特别是在湿热环境下;在对沥青混合料渗透性和水稳定性进行评价时应考虑沥青路面损伤对水损坏的影响,以反映全寿命周期内沥青路面性能的变化,同时要重视不良应力状态对路面运营状态的不利影响。

路堤荷载作用下透水性混凝土桩减压降沉效应研究

透水混凝土桩兼具了刚性桩的高强度特性和散体桩良好透水性的特点,适用于地基的加固处理。为了研究透水性混凝土桩地基处理技术对地基的减压降沉效应,基于有限元法和Biot固结理论对路基荷载作用下透水性混凝土桩复合地基的超静孔隙水压力、桩土应力比、水平位移、沉降等进行研究,并与散体桩和刚性桩进行了对比分析。研究发现透水性混凝土桩复合地基内累积的超静孔隙水压力能够迅速消散,说明透水性混凝土桩具有显著的减压效应;同时发现,透水性混凝土桩复合地基的水平位移和工后沉降较小,证明透水性混凝土桩在降低地基沉降方面具有显著的作用。因此,透水性混凝土桩特别适用于加固透水性差、工后沉降大的地基。

透水性混凝土桩减压减震耦合抗震机理研究

透水性混凝土桩兼具散体桩和刚性桩的优点,特别适用于地基抗震。为研究其抗震机理,对地震过程中地基的加速度响应和超静孔隙水压力的长消规律等进行了数值模拟,并与碎石桩、素混凝土桩等的动力行为进行了比较分析。研究发现:透水性混凝土桩复合地基表面加速度放大系数明显小于碎石桩和素混凝土桩复合地基,而且其卓越周期仅为碎石桩和素混凝土桩复合地基的1/2,更有利于抑制上部建筑共振的发生;透水性混凝土桩除具有显著的减震效应外,还具有明显的减压效应,其高透水性使地震引起的超静孔隙水压力能快速消散,抑制了地基液化的发生。透水性混凝土桩的减压减震耦合效应还能有效协调地震期间土体的变形。

地震作用下隧道衬砌结构损伤规律研究

基于动力有限元法,利用ABQUS大型有限元软件,模拟公路隧道在地震过程中的动态响应过程,研究公路隧道衬砌结构的损伤规律。结果表明,隧道结构埋深越深,在地震作用下衬砌结构受到应力越大。衬砌结构拱角处所受压应力最大,最易发生破坏。在地震过程中,衬砌结构压缩损伤主要出现在两侧拱角处,拉伸损伤主要出现在拱顶和拱底处,拱顶处先产生拉伸损伤,拱底后产生拉伸损伤。损伤值均随着隧道埋深的增大而增加,且压缩损伤大于拉伸损伤。地震结束时,衬砌结构虽然保持着总体上的稳定性,但拱顶与拱底可能会出现裂纹且拱角处可能会出现局部压损。建议对于震后埋深较大的隧道在顶部、底部及拱角处进行加固处理,以延长运营隧道的使用寿命。

考虑围岩蠕变和衬砌损伤的隧道结构变形时空效应研究

隧道建成后围岩蠕变是岩石变形的最主要的因素,但是在隧道设计中往往忽略了蠕变对二次衬砌产生的影响,当二次衬砌所受的应力超过其承载能力,损伤就会出现。鉴于此,通过研究隧道复合衬砌结构的变形和开裂机理与规律以及时间效应,对隧道复合衬砌在围岩蠕变作用下的损伤情况进行数值模拟与分析。研究发现,随着围岩高度的增加,损伤值的大小与损伤值的增量均在增加,损伤值随拉、压应变的增大而增长,损伤值的增长开始时较快,随后较为平缓。偏压的地形对于压缩损伤影响较大,但是对于拉伸损伤影响较小。建议在隧道结构设计中考虑衬砌变形的时空效应,以减少运营隧道病害的出现。由于损伤均为内部损伤,其值无法测得,故可通过建立衬砌表面应变与损伤值之间的关系,根据检测得到的表面应变值进而得到损伤值。