Interfacial Shear Strength Measurements of SiC Fiber-Reinforced Titanium Composites

A continuous loading push-out test technique was used to measure the interfacial shear strength of SiC fiber reinforced Ti matrix composites. The interfacial shear strength of samples as-fabricated and after heat exposed at 700 and 800℃ for 50 h was successfully determined. It has been found that the interfacial shear strength of the specimen exposed at 700℃ was higher than that of as-prepared and exposed samples at 800℃. The shear strength of the as-prepared samples was about 112.45 MPa, and increased to about 153.77 MPa after heat-treating at 700℃ for 50 h, but decreased to 133.11 MPa after treating at 800℃ for 50 h. Scanning electron microscope （SEM） was used to investigate the interfacial morphology of the samples. The brittle phase was the main products of interface for samples exposed at 800℃, and the interface was easily peeled off.

Shear-resistant behavior of light composite shear wall

Shear test results for a composite wall panel in a light composite structure system are compared with test results for shear walls in Japan.The analysis results show that this kind of composite wall panel works very well,and can be regarded as a solid panel.The composite wall panel with a hidden frame is essential for bringing its effect on shear resistance into full play.Comprehensive analysis of the shear-resistant behavior of the composite wall panel suggests that the shear of the composite shear wall panel can be controlled by the cracking strength of the web shearing diagonal crack.

不同膨胀潜势等级的膨胀土残余强度环剪试验研究

为探讨不同膨胀潜势等级的膨胀土残余强度与其成分特征的相关性,采用经自主改装的环剪仪开展Denver强膨胀土、荆门中、弱膨胀土环剪试验研究,并与排水反复直接剪切试验结果进行系统对比分析,在此基础上,用实测结果探讨残余强度与土成分特征相关关系的适用性。结果表明:(1)环剪试验测得Denver强膨胀土、荆门中、弱膨胀土有效残余强度内摩擦角分别为11.3°,12.3°,23.7°,比排水反复直接剪切试验测得的低1.7°~3.3°,并无应力相关性且具很好精度,更适于在工程中应用。(2)相关经验关系和公式存在高估或者低估膨胀土有效残余强度内摩擦角的情况。(3)残余强度与土成分特征间定性关系非常明确,上述经验关系对一般土性状况下残余强度预测较为准确;但在土成分复杂状况下,定量准确预测较为困难,这也反映出实测的重要性与必要性。

基于现场原型测试的乔木覆盖滑坡区根-土复合体力学性能研究

为揭示乔木根系力学特性及其对斜坡的力学效应,选取福建武平高植被覆盖区滑坡为研究点,对研究区典型乔木根系按径级分类后进行根系抗拉力学特性测试,并在滑坡现场进行不同根系横截面积比(rootcross-sectionalarearatio,简称RAR)、含水率下的根-土复合体原位直剪试验以及剖面根系分布特征调查,对根系在浅层滑坡的力学效应展开探究。研究结果表明:(1)1~7径级下马尾松、杉木抗拉力范围为12.45~673.09 N,抗拉力与根径呈幂函数正相关;抗拉强度范围为7.16~60.95MPa,抗拉强度与根径呈幂函数负相关。杉木根系平均抗拉力与抗拉强度均大于马尾松。(2)乔木根系显著提高了土体抗剪强度,根系对土体提供的附加黏聚力与剪切面RAR显著正相关。杉木根系构型更接近R型,马尾松为VH型,相近RAR下杉木对土体的加固作用优于马尾松。(3)随着含水率增加,马尾松、杉木根-土复合体抗剪强度显著下降,水分入渗使根系对土体提供的附加黏聚力受到削减。(4)基于Wu模型,考虑水分对土体黏聚力与根系附加黏聚力的影响,建立了考虑含水率的根-土复合体抗剪强度值估算模型,经检验,精度高于Wu模型,结果较为合理。(5)根系对浅层滑坡虽然具有加固作用,但受到根系分布深度、密度以及降雨等因素限制,强降雨作用下根系对浅层滑坡稳定性贡献具有局限性。

含碎石芯软黏土复合试样大三轴试验研究

以拟建的某水电站碎石桩地基处理为背景,研发了能提高重塑软黏土固结效率、减小试样扰动的含碎石芯软黏土复合试样的室内试验制样方法,开展了不同围压和碎石芯置换率的复合试样室内大三轴试验研究.研究表明,复合试样在较小围压下表现出应变硬化特性,在较高围压下则基本呈现软化特征,且碎石置换率越小,软化特征越明显,相同围压时,复合试样的初始变形模量随试样面积置换率的增大而增大;在高围压和低置换率时,软黏土碎石芯复合试样的剪切破坏面明显,在低围压和高置换率时,复合试样中部出现较明显的鼓胀现象,碎石芯最大鼓胀量总体随着围压和置换率的提高而增大.规范方法高估了复合试样(地基)的内摩擦角,面积置换率越大,规范计算值与试验结果的差值越大.高围压下传统应力叠加法高估了软黏土振冲置换碎石桩复合地基的承载能力,低估了复合地基的沉降,置换率越高,相同轴向应变时与复合试样大三轴试验的偏应力误差越大.

钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪性能试验研究

为研究高强螺栓作为钢-预制UHPC组合梁剪力键的抗剪性能,共设计15个推出试件,探究螺栓间距和螺栓数量对试件的破坏模式、荷载-滑移曲线、极限承载力、延性和初始抗剪刚度的影响。试验结果表明,推出试件的主要破坏模式为螺栓剪力键剪断,同时在螺栓剪切面下端有局部UHPC受压剥落,UHPC预制板只在剪力槽四周出现细微裂缝。减小螺栓间距会导致试件的抗剪性能降低;而增加螺栓数量可以有效地提高试件的抗剪性能,但也会导致单栓初始抗剪刚度下降。分析国内外现行钢-混凝土组合梁中剪力键的抗剪承载力计算公式,并以此提出一条更适用于钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键群的抗剪承载力计算公式。对比提出公式的计算值与试验值,两者的平均比值、标准差和变异系数分别为1.02、0.02和0.02。

根直径及干湿循环对根土复合体抗剪强度影响的试验研究

探究植被根系对土体的加固效应及干湿循环对根土复合体强度的劣化机制,为边坡生态治理及灾害防治提供帮助。开展了不同根直径及干湿循环的根土复合体三轴试验,利用电子显微镜对根土复合体的微观结构进行分析。研究结果表明:新鲜根、饱和根和干燥根的抗拉强度随直径的增大呈幂律减小。干燥根的抗拉强度最大,其次是新鲜根和饱和根。根土复合体的应力—应变曲线表现为持续硬化。随着应变的增大,偏应力先迅速增大后缓慢增加,最终保持稳定。随着根直径的增大,根土复合体的抗剪强度先增大后减小。根直径过小或过大,根对土壤的加固效果减弱。根系显著改变土壤黏聚力,对内摩擦角影响较小。抗剪强度随围压的增加而增大,随干湿循环的增加而减小。随着干湿循环次数的增加,抗剪强度和黏聚力呈线性下降,土颗粒团聚体分解,土体裂缝和孔隙面积呈指数增长。根土复合体的破坏形式为剪胀破坏。考虑干湿循环,修正的根土复合体强度预测模型是有效的,预测结果与试验数据吻合较好。

根土复合体增强矿区排土场边坡抗剪强度试验研究

为研究矿区排土场边坡沙柳根—土复合体的固土护坡机理,对根系如何增强土体的抗剪强度进行了量化分析。以内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇矿区排土场作为研究区,设置了试样主根含量为0根、5根、10根和15根共4个梯度,对沙柳根—土复合体进行50 kPa、100 kPa和150 kPa垂直应力下的大型直剪试验。结果表明:(1)随着主根含量的逐渐增加,根—土复合体的抗剪强度也相应提高,剪切破坏时,含根试样的黏聚力相较素土增大了3.28~5.43倍;(2)对主根含量、垂直应力、黏聚力和内摩擦角进行Pearson相关分析,并构建回归方程,结果显示根—土复合体的黏聚力与主根含量呈显著正相关关系(P<0.05,r=0.953),主根含量和垂直应力与内摩擦角均不存在显著相关关系(P>0.05);(3)由于根系与土颗粒之间的摩擦力与根系周围大量土颗粒团聚体的积聚,共同形成一种锚固加筋结构,使得黏聚力显著增大。研究结果为矿区排土场边坡通过种植植物来进行生态修复,以及有效地预防浅层滑坡和水土流失等灾害提供了理论基础。

基于不同根截面比的根-土复合体室内直剪试验

植被根系可显著提升土体抗剪强度。为量化小叶女贞根系对土体抗剪强度的贡献,以直径为2mm的小叶女贞根系-土复合体为研究对象,对不同根系分布形式与RAR(根截面比)的根-土复合体采取一系列直剪试验,并基于Mohr-Coulomb准则建立根-土复合体剪切力学模型。结果表明:根-土复合体的主体仍为土体,可适当忽略根-土界面摩擦角带来的土体内摩擦角变化;根系可明显提高根-土复合体抗剪强度,且法向应力和RAR较小时增强抗剪能力更显著;黏聚力随着RAR的增大呈现出相同的变化趋势,而内摩擦角受RAR影响较小,与模型预测一致。研究成果可为根系固土植被选择提供参考。

寒旱环境灌木植物根–土复合体强度模型试验研究

在自行设计、加工的原位剪切试验装置中分别种植灌木植物霸王和柠条锦鸡儿,通过对2种坡度的素土、霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体进行原位剪切试验,测得素土和根–土复合体抗剪力、抗剪强度的动态变化,评价灌木植物护坡的时间效应,并采用室内直剪试验方法检验原位剪切试验结果的合理性。试验得出以下结论:(1)根–土复合体的抗剪力和抗剪强度均大于同种坡度的素土,即植物根系可显著提高边坡土体的抗剪能力,且霸王根–土复合体抗剪力和抗剪强度主要体现在剪切面处断裂根系的抗拉或抗剪作用、拔出根系的根–土摩擦力及滑移根系的锚固、摩擦作用,柠条锦鸡儿根–土复合体主要体现在根系的锚固和根–土摩擦作用,同时,素土和灌木根–土复合体的抗剪力和抗剪强度随着坡度的增加而减小;(2)素土的剪切力在3 s左右达到峰值,而根–土复合体的剪切力峰值时间为69.8～168.2 s;素土试样在剪切位移为1 mm内抗剪强度均达到峰值,而剪切位移为23.13～83.13 mm时霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体抗剪强度达到峰值,即根–土复合体的剪切力峰值时间、抗剪强度峰值位移均较素土相对滞后,这反映了在剪切过程中根系的抗拉能力、根–土界面的摩擦作用逐步转化为根–土复合体的抗剪能力,从而延缓坡面变形破坏的时间;(3)为了验证原位剪切试验结果的准确性,对素土和灌木根–土复合体进行室内直剪试验,其抗剪强度值与原位剪切试验值接近,反映原位剪切试验及其结果的合理性。上述研究成果对于开展研究区西宁盆地及其周边地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害的防治,以及对青藏高原东北部黄土地区边坡生态工程建设、区域生态环境保护具有重要的理论指导价值和现实意义。

寒旱环境灌木根系增强边坡土体抗剪强度特征

为深入研究根系与剪切面呈不同夹角α条件下,边坡土体中根系对土体抗剪强度的影响,以及定量分析评价植物根系对边坡土体抗剪强度的增强作用,该项研究以生长期为150 d的柠条锦鸡儿、霸王根系及其组成的柠条锦鸡儿根-土复合体、霸王根-土复合体为研究对象分别进行室内单根拉伸试验和复合体剪切试验。通过对2灌木根系进行单根拉伸试验,得到2种灌木根系单根的抗拉强度,并对根系与剪切面夹角α分别为45°、60°、75°、90°等4种条件下的根-土复合体进行剪切试验,得到4种α角度条件下的根-土复合体试样抗剪强度;在此基础上,分析探讨了单根抗拉强度与根-土复合体试样粘聚力值之间的关系。结果表明:柠条锦鸡儿根系的单根抗拉强度较霸王根系的单根抗拉强度略高;柠条锦鸡儿根-土复合体、霸王根-土复合体试样,在4种不同α角度条件下的黏聚力均显著大于素土黏聚力;当α角由45°增大至90°时,2种灌木根-土复合体的黏聚力值呈逐渐增大的趋势,且黏聚力的增长率亦表现出一致性变化规律,即2种灌木根-土复合体试样的黏聚力的增长率均随着α角的增大而呈增大趋势;根-土复合体黏聚力值与单根抗拉强度存在正相关关系。由上述复合体黏聚力值的变化规律反映出,试验区2种灌木根系对边坡土体抗剪强度具有显著增强作用,同时亦反映出随根系的单根抗拉强度的增大,根系对土体粘聚力值的增强效果相对愈加显著,且随根系与剪切面间夹角不同,根系增强边坡土体抗剪强度贡献具有不同的变化规律,即表现在根系与剪切面之间的夹角趋于垂直时,根系具有相对最大限度地增强土体抗剪强度的作用。该研究结果为定量评价植物根系增强边坡土体抗剪强度的贡献,提供了试验方面的数据支撑,这为进一步深入探讨植物根系增强边坡土体抗剪强机理提供参考。

纤维加筋土中单根纤维的拉拔试验及临界加筋长度的确定

纤维加筋土物理力学性质主要受纤维与土界面之间作用力大小的控制,了解界面的微观力学行为对研究纤维加筋土的机制及工程应用具有重要意义。首先,利用自行设计的纤维拉拔试验装置,对不同含水率和不同干密度的土样进行了单根纤维的拉拔试验,测试并计算了单根纤维与土接触面之间的剪切强度和残余剪切强度,分析了含水率和干密度大小对它的影响。结果表明,设计的试验装置和试验方法能较好地进行单根纤维的拉拔试验,具有较高的准确性和精度。获得了纤维加筋土中界面剪切强度和残余强度与土样含水率和干密度之间的定量关系;分析拉力-位移曲线表明,加筋土中纤维的拉拔特性取决于筋土界面的力学行为,曲线的形状受含水率和干密度的影响不明显。最后,利用测得的筋土界面强度导出了纤维加筋的临界长度。

花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模拟与验证

为深入了解花棒(Hedysarum scoparium)根系在增强土壤抗剪强度中的作用机理,同时减少试验成本和挖掘根系对环境的破坏,该文采用有限元数值模拟的方法研究了宁夏毛乌素沙地5 a生人工种植花棒根系的根截面积比(root area ratio,RAR)和垂直荷载对根-土复合体抗剪强度的影响,并对模拟结果进行了试验验证。研究表明:花棒根-土复合体的抗剪强度与垂直荷载的关系符合摩尔库伦(Mohr–Coulomb)屈服准则,花棒根系对土壤的抗剪强度有显著的提高作用。随RAR的增加,花棒根系表观黏聚力(root apparent cohesion,SR)呈线性增加(R2>0.9)。在相同的RAR下,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率随垂直荷载的增加逐渐降低,符合对数函数变化规律(R2>0.9);在相同的垂直荷载下,随RAR的降低,花棒根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增长率呈线性递减(R2>0.9);在较低垂直荷载的情况下,花棒根系提高土壤抗剪强度的作用更明显。研究发现与素土相比花棒根-土复合体的剪应力峰值出现较晚,当土壤出现明显塑性变形时,花棒根系的固土能力才能体现出来。数值模拟结果和室内试验结果显示:利用该文所建立的花棒根-土复合体直剪试验的有限元数值模型,模拟计算的根-土复合体抗剪强度与室内试验结果基本一致,相对误差绝对值的平均值1.87%,花棒根-土复合体的直剪试验可以通过该研究所建立的有限元数值模型来模拟。研究结果对于深入了解植物根系加固土壤的作用机理和推进根-土相互作用的数值模拟研究具有重要参考意义。

GFRP/CFRP-混凝土界面剪切性能

设计GFRP／CFRP-混凝土搭接双剪试验，研究了界面糙化方式、界面剂种类以及界面形成过程中的压力和温度对GFRP／CFRP层间混杂纤维复合材料-混凝土界面剪切性能的影响，并分析了各种因素的影响机理．结果表明：界面化学糙化（酸化）方式可提高界面的机械锚固性能，但降低了固化剂活性，界面剪切强度较物理糙化方式降低29％；1．5％（质量分数）KH550（硅烷偶联剂）界面剂能显著改善GFRP／CFRP-混凝土界面粘接性能，用其粘接的界面剪切强度较用普通E44环氧树脂界面剂提高66％；GFRP／CFRP-混凝土界面剪切强度随固化压力的增加先增加后减少，0．05MPa固化压力下界面剪切强度最优；常温范围内（15～45℃），固化温度对GFRP／CFRP-混凝土界面剪切强度影响不大，但当温度低于15℃时界面的剪切性能急剧降低，且升温后界面剪切强度仍较常温固化试件差．

林木根系与黄土复合体的抗剪强度试验研究

为了深入了解林木根系在增强黄土抗剪强度中的作用机理,该文用三轴压缩试验方法研究了林木根系与黄土构成的复合体的应力--应变及强度特性,探讨了不同根系直径、根系分布方式、复合体含水量和围压下的土体抗剪强度.试验证明,根系--土壤复合体抗剪强度τf与法向正压力σ的关系符合库仑定律,即τf=σtan+C.由试验结果可知,根系直径相同时,复合体含水量从12.72%增至15%,水平根系的根土复合体的抗剪强度减小,垂直根系和复合根系的复合体抗剪强度增加;复合体含水量一定时,3种分布方式的根土复合体的抗剪强度都随根系直径的增加而增大;根系直径和复合体含水量一定时,复合根系的根土复合体的抗剪强度最大,垂直根系次之,水平根系最小.

垃圾填埋场复合衬垫剪切特性单剪试验研究

针对垃圾填埋工程中复合衬垫的界面抗剪特性,利用改进的叠环式单剪仪,对由砂土-无纺型土工布-土工网格-土工膜-夯实粘土组成复合衬垫进行了整体剪切试验研究。重点讨论了复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线、相同剪切应力下各个界面的位移大小与变化特征和强度特性。研究结果表明:复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线在低法向应力试验中没有呈现明显的软化特征,在高法向应力试验中有硬化现象;随法向应力增加剪切破坏面会发生转移;目前常用的把复合衬垫拆分为单个界面进行研究来确定最危险界面的方法不能够正确地反映填埋场中的复合衬垫在加载过程中的衬垫单元的实际受压变形情况和在剪切变形过程中最危险破坏面转移的情况;复合衬垫界面的抗剪强度包线呈现双曲线性质。

二氧化硅纳米颗粒增强炭纤维/环氧树脂界面性能

纤维与基体间的界面性能是决定纤维增强树脂基复合材料力学性能的关键因素。采用单纤维断裂实验方法研究二氧化硅纳米颗粒对炭纤维/环氧树脂复合材料界面的增强作用。实验结果表明,涂覆在炭纤维表面和均匀分散在环氧树脂基体中的二氧化硅纳米颗粒含量分别为4.9g/m2和25%(质量分数)时,复合材料界面性能均得到改善,界面抗剪强度相比纯树脂体系分别提高了10.0%和15.0%。通过对纤维断点处双折射光斑和样品断面形貌等信息分析,可知纳米颗粒均匀分散并镶嵌到炭纤维表面沟槽中形成的锁扣结构是界面性能提高的重要原因。

涂层断裂韧性的声发射辅助拉伸测量方法

涂层的断裂韧性与界面结合强度是表征涂层/基体材料体系力学性能的重要指标。但如何准确地测量涂层的断裂韧性和强界面结合的涂层/基体材料体系的界面结合强度至今仍存在困难。以铬涂层/钢基体材料为对象,采用声发射和显微镜实时动态检测技术与拉伸实验相结合的方法,探索了铬涂层的断裂韧性以及铬涂层/钢基体的界面剪切强度。根据相关力学模型和实验测量结果,得到铬涂层在室温下的断裂韧性为27.41 J/m2.同时,发现在铬涂层裂纹饱和后界面开裂都未发生,获得了该种材料体系界面剪切强度的一个下限值。

高强混凝土钢板组合剪力墙压弯性能试验研究

通过对9片不同形式的高轴压比高强混凝土组合剪力墙试件进行低周往复拟静力试验,研究钢筋混凝土剪力墙、两端暗柱设置型钢剪力墙和中部内藏钢板剪力墙等形式试件在压弯状态下的破坏机理、滞回特性、承载力特性以及变形能力等。试验结果表明,钢板的加入可以大幅提高剪力墙试件的抗弯承载力,当设计轴压比小于0.5时,高强混凝土钢板组合剪力墙的变形能力可以满足设计要求,当设计轴压比超过0.5时,高强混凝土钢板组合剪力墙试件在受弯状态下的变形能力较弱。根据试验结果,提出了高强混凝土钢板组合剪力墙抗弯承载力计算的建议公式。

C/C复合材料室温面内剪切强度分布

根据C/C复合材料室温面内剪切强度实验数据,以二参数Weibull分布为假设分布模型,采用图解法进行参数估计,探讨该复合材料的室温面内剪切强度分布规律。根据Kolmogorov非参数检验,对假设分布进行检验。结果表明,C/C复合材料室温面内剪切强度可以用二参数Weibull分布模型表征,求解的二参数Weibull分布能很好地预测该材料的室温面内剪切强度。