循环荷载下双裂隙砂岩弹性模量及裂纹动态演化

为研究不同岩桥倾角砂岩在循环荷载作用下的弹性模量变化和裂纹动态演化规律,对裂隙倾角固定为45°,岩桥倾角分别为15°,45°,75°,90°,105°的砂岩试件开展了单轴循环加、卸载试验和PFC^(2D)模拟.结果表明,不同裂隙砂岩的弹性模量随循环荷载作用得到了明显的强化;在循环荷载作用下,应力-应变曲线与离散元模拟得到的试件瞬时微裂纹演化曲线存在对应关系;岩桥倾角对砂岩的破坏模式有影响,PFC^(2D)模拟的裂纹动态演化可以合理地反映岩石中裂纹的萌生位置、扩展方向.基于微裂纹数目所定义的损伤与破坏模式很好地对应,岩桥倾角为45°时原始损伤是最大的.

单轴循环荷载下冻结土石混合体动弹性模量和累积塑性应变研究

在寒区工程建设中,研究含块石冻土的动力学特性是保证重大工程建设安全的前提。为了揭示冻结土石混合体在循环荷载下的力学行为,通过开展不同低温(-5℃、-10℃、-15℃)条件下的单轴循环荷载试验,获取了冻结土石混合体的动应力-应变关系,讨论了温度与含石量对动弹性模量的影响,探究了累积塑性应变的变化规律,并提出了相应的演化模型。结果表明:(1)冻结土石混合体的动应力-应变曲线呈现由松到紧再到松的趋势。另外,总结了不同阶段下滞回环的变化特征,发现随着循环次数的增加,首先呈现不闭合的椭圆形,接着是柳叶形,最后是扁长椭圆形。(2)随着温度的增大,动弹性模量有明显的增大趋势。当温度降至-15℃,动弹性模量呈现先增大后减小的趋势。随着含石量的增大,动弹性模量呈现增大的趋势。(3)累积塑性应变与循环次数存在明显的阶段性,可划分为初始变形阶段、稳定变形阶段和快速变形阶段,在此基础上提出了累积塑性应变与循环次数的改进Monismith模型,与Monismith原模型对比,可较好地拟合试验结果。并通过斯皮尔曼相关分析和偏相关分析发现,改进Monismith模型中参数b值与含石量呈显著正相关,参数a与温度呈现显著负相关性。

重载铁路基床级配碎石动弹性模量及颗粒破碎试验研究

针对级配碎石的动力特性以及颗粒破碎性质,采用室内动三轴试验,研究其在循环荷载作用下循环应力比(cyclic stress ratio,CSR)、围压以及加载次数对累积动应变、动弹性模量、颗粒形状系数和颗粒破碎的影响。研究结果表明,不同CSR条件下,加载次数达到10000次时,累积动应变基本完成。随着加载次数的增加,不同CSR下的动弹性模量逐渐减小,滞回圈面积逐渐增加后保持稳定。低围压下,CSR对动弹性模量影响不显著,动弹性模量增加幅度较少;高围压下,动弹性模量随着CSR的增加而增长较大。循环荷载作用下,颗粒破碎方式主要为研磨;颗粒粒径越大,试验后的颗粒形状系数球度越大,颗粒越靠近球形,其轮廓线越圆滑。当CSR小于0.3时,影响颗粒破碎的主要因素为动应力大小,而围压影响不显著;当CSR大于0.3时,颗粒破碎主要因素受动应力和围压共同影响。

长期循环荷载下冻结粉质黏土的临界动应力与动回弹模量的试验研究

冻土路基在长期循环荷载下的稳定性一直是研究人员关注的重点。对青藏铁路沿线冻结粉质黏土开展了一系列的循环三轴试验,重点研究了在长期动力荷载作用下与冻土承载性能密切相关的两个指标:临界动应力与动回弹模量。首先提出了一种基于变形控制的临界动应力确定方法,进而研究了围压水平对冻结粉质黏土临界动应力和动回弹模量的影响。结果表明:提高冻土的围压水平可以显著强化其长期动力强度;随着围压的增大,冻土的动回弹模量呈现出上升的趋势。冻土的动回弹模量随振动次数的增加呈现出先减小后增大再趋于平稳的发展规律,而在本文试验加载范围内,动应力幅值对动回弹模量的影响并不显著。

循环荷载下软土动弹性模量衰减规律研究

为了研究循环荷载作用下软土动弹性模量的衰减规律,通过室内动三轴试验,详细研究了循环荷载作用下初始偏移应力、荷载频率、超固结比以及循环应力比等对软土动弹性模量衰减的影响.试验结果表明,随着应变的增大,不同频率荷载作用下土样的动弹性模量逐渐减小,但频率的变化对动弹性模量的衰减规律影响很小;在相同的动应变水平下,随着初始偏移应力的增加,土体动弹性模量有较大幅度的增加;对于超固结比较大的土体,其动弹性模量衰减较小,超固结比较小的土体,其动弹性模量随应变增大衰减较大.通过对试验结果进行回归分析,得到了软土在循环荷载作用下动弹性模量衰减的经验公式.

干湿循环条件下风化红砂岩粗粒土动弹性模量研究

干湿循环作用对风化红砂岩粗粒土动力特性产生较大影响。通过不固结不排水动三轴试验得到风化红砂岩粗粒土干湿循环条件下的滞回曲线,基于Hardin-Drnevich模型建立动骨干曲线的双曲线模型,以及模型参数与干湿循环次数的关系;基于动骨干曲线模型分析风化红砂岩粗粒土最大动弹性模量E_(dmax)与干湿循环次数、围压σ_(3)的关系;建立动弹性模量E_(d)与动应力σ_(d)之间的关系表达式,分析动弹性模量值与干湿循环次数的关系。研究表明:①Hardin-Drnevich模型能较好地描述风化红砂岩粗粒土动骨干曲线的双曲线特性,建立的动骨干曲线模型、最大动弹性模量E_(dmax)、动弹性模量E_(d)等的回归方程能较好地描述随干湿循环次数、围压σ_(3)的变化规律;②在一定干湿循环次数条件下,风化红砂岩粗粒土的最大动弹性模量E_(dmax)、动弹性模量E_(d)值都随围压σ_(3)增大而增大;在一定围压σ_(3)条件下,风化红砂岩粗粒土的E_(dmax)、E_(d)值都随干湿循环次数增加而减小;③土体的E_(d)值随动应变εd的增大而非线性增大;引入的参数β可定量反映干湿循环次数对风化红砂岩粗粒土体E_(dmax)值的影响。

交通荷载作用下高温冻土动弹性模量影响因素研究

高温冻土的动弹性模量是对土层进行动力反应分析的相关参数之一,对高温冻土的动弹性模量影响因素进行研究,可以为深入研究高温多年冻土场地的动力特性提供基础的理论参考。应用室内动三轴试验,研究了频率(4、5、6 Hz)、动应力幅值(30、40、50 kPa)对高温冻结粉质黏土动弹性模量的影响规律:相同累积动应变下,频率越大,动弹性模量越大,且动弹性模量随着累积动应变的增加,逐渐增大;同一累积动应变下,幅值越低,动弹性模量越大;动应力幅值为50 kPa(-1.5℃)、频率较高时,高温冻土的动弹性模量随着累积动应变的发展先增大后减小;动应力幅值为30、40 kPa时,高温冻土的动弹性模量随着累积动应变的发展而增大。

对基于动弹性模量的海工混凝土抗冻损伤评价

为分析冻融环境下海工混凝土性能的退化规律,对三种配合比的海工混凝土进行了快速冻融试验,并对其物理力学性能及氯离子渗透性能进行分析与评估.试验结果表明:当冻融循环分别超过25次和50次后,海工混凝土的内部损伤和表面损伤先后出现明显的加剧;总掺量不变但矿粉含量较多时,海工混凝土的抗冻性较优,且掺入适量纳米SiO_(2)能进一步有效提高混凝土的抗冻性;以动弹性模量损伤度为依据,对冻融循环作用下海工混凝土的抗压强度损失率及氯离子迁移系数增长率进行分析;并对动弹性模量损伤度与冻融循环次数的直接关系进行了探讨.分析结果表明经历冻融作用的海工混凝土,其动弹性模量损伤度与抗压强度损失率、氯离子迁移系数增长率之间存在较好的线性关系,且幂函数能有效地反映动弹性模量损伤度与冻融循环次数之间的关系.

循环荷载作用下土工格栅加筋黄土动力特性研究

【目的】由于黄土所具有的结构疏松、抗剪性低,以及对水、力及震动都十分敏感等工程特性,故探究采用双向土工格栅对西宁地区黄土加筋前后土体动力性能的改善效果。【方法】采用GDS双向动三轴测试系统开展不同加筋层间距、不同围压、不同动应力幅值工况条件下加筋黄土的动三轴试验,分析循环荷载作用下加筋层间距对黄土动强度、动剪切模量、阻尼比等动力响应特性的影响,探讨分析加筋黄土动力响应特性的演化规律。【结果】结果显示:黄土动应变随着动应力的增大而增大,骨干曲线呈现应变强化型,并且骨干曲线随加筋层间距的减小逐渐由曲线型过渡为直线型;随着加筋层间距的减小,黄土强度随之增大,随着围压和加筋层间距的增加,黄土幅值剪应力明显增大,动剪应变减小,阻尼比明显减小。【结论】结果表明:围压和加筋层间距对加筋黄土的动力特性具有显著的增强作用,且存在一个最优加筋层间距。研究成果可为西宁地区加筋黄土道路设计提供参考依据。

干湿循环对压实红黏土动强度与动模量影响研究

采用自制一次成型模具制备压实度分别为90%、93%和96%的三轴试样,自制干湿循环试验装置对试样进行喷雾加湿和暖风干燥,定量模拟现场路基土含水率变化过程获得不同湿度和不同干湿循环次数的试样,通过常含水率动三轴试验测试其动强度与动模量变化规律。结果表明:累积应变随振次的变化分为塑性安定型、临界型和破坏型;临界动应力和最大动弹模随压实度的降低而减小,且减小幅度逐渐增大,随含水率的增大压实度的影响减弱;临界动应力和最大动弹模随含水率的增大而减小,临界动应力在含水率大于最优含水率时减小幅度相对较大;临界动应力和最大动弹模随循环次数的增多而降低,且降低幅度逐渐减小。

循环荷载作用下冻结灰砂岩强度特征与弹性模量演化规律

针对典型中生代富水弱胶结地层中的灰砂岩,利用TDW-200冻土三轴试验机对冻结饱水灰砂岩进行常规三轴压缩试验和循环加卸载试验,分析不同围压条件下的强度特征,重点研究了循环加卸载作用下冻结灰砂岩弹性模量的演化规律。试验结果表明:循环加卸载时,在低围压下峰值强度有所增加,而在高围压下峰值强度有"弱化"的现象;冻结灰砂岩试样加卸载全过程中弹性模量的变化规律与加卸载路径变化趋势具有一致性;单个滞回环内,切线弹性模量随着偏应力水平的增加呈现出先增加后减小的趋势,同一偏应力水平下,切线模量随循环次数的增加也表现为先增加后减小趋势。

冻融循环下砼力学性能与相对动弹性模量关系

研究冻融循环作用后混凝土受拉峰值应力、受压峰值应力、受拉峰值应变、受压峰值应变、受压极限应变及受拉初始弹性模量与相对动弹性模量之间的关系.对经过0,25,50,75,100和125次冻融循环作用的C20,C30,C40和C50抗拉试件进行单轴拉伸试验,对经过0,25,50和75次冻融循环作用的C20棱柱体试件进行抗压试验,得出各力学性能随相对动弹性模量变化的规律,回归得出相关的计算公式.结果表明:冻融循环作用后,随着相对动弹性模量的降低,混凝土的受拉峰值应力、受压峰值应力及受拉峰值应变等力学性能指标逐渐减小,而受压峰值应变及受压极限应变却逐渐增大.

循环荷载作用下斜长花岗岩弹性模量演化规律

通过MTS815岩石力学试验机开展斜长花岗岩循环荷载试验,揭示循环次数、围压、含水率对斜长花岗岩弹性模量变化规律的影响,分析饱和与天然试样应力功、弹性应变能、耗散能随循环次数的演化规律。根据能量演化规律将岩石压缩变形破坏过程划分为4个阶段,研究各阶段切线模量与耗散能之间的关系。试验结果表明:(1)同一个应力水平切线模量随循环次数呈先增大后降低的趋势,其降低幅度随循环次数与应力水平增加而增大。(2)围压抑制了裂纹扩展,随围压增加切线模量弱化幅度减小。(3)饱和试样比天然试样切线模量弱化幅度大,说明水的存在加剧饱和试样内部结构损伤。(4)耗散能增加是引起切线模量弱化的内在因素,两者的变化规律呈现出很好的相关性。

循环荷载下含双裂隙砂岩弹性模量的演化规律

以含预制裂隙砂岩单轴循环加卸载试验结果为基础,探究裂隙几何参数对试样弹性模量的影响规律;结合PFC 2D颗粒流程序,对试样裂纹发育状态与弹性模量演化规律的关系进行深入分析.研究结果表明:随着循环周数增加,多数试样的弹性模量呈现出强化现象,且第一次加卸载循环对弹性模量的强化作用最为显著,这与试件内部细观结构的调整有关;然而少数试样的弹性模量则呈现出弱化现象,结合PFC 2D颗粒流程序得出,弱化现象与裂纹发育状态密切相关.

单轴循环加卸载条件下矽卡岩弹性模量研究

为了探究循环荷载下不同应力路径和不同加卸载速率对矽卡岩弹性模量的影响规律,利用YAW-2000微机控制电液伺服刚性试验机,对矽卡岩进行了常规单轴压缩试验和两种不同方案的五级循环加卸载试验。循环加卸载试验方案选择荷载控制,加卸载速率设置为1 kN/s、2 kN/s和3 kN/s,循环应力上限比为60%、70%、80%、90%和100%,单级应力幅值为六个振动循环。研究结果表明:矽卡岩应力-应变曲线中滞回环在不同循环路径下分别表现为条带形和针尖形,变化趋势均为由密到疏,即循环过程中残余变形逐渐增大;峰值强度随加卸载速率增加而增大;循环加卸载全过程弹性模量演化规律为先增大后减小,卸载弹性模量则是稳定增大。由此得出结论:矽卡岩弹性模量变化受应力路径影响较大,曲线呈典型的波浪形,加卸载速率对其影响并不显著。加卸载响应比基本在1附近波动,能够准确反映循环过程中试样的损伤发育程度。

循环荷载作用下绿泥石千枚岩弹性模量演化规律试验研究

对取自四川西北部典型的绿泥石千枚岩进行常规单轴压缩试验和循环加卸载试验,分析不同加载速率下的强度特征,研究循环加卸载条件下千枚岩弹性模量的演化规律。研究结果表明:千枚岩峰值强度表现出明显的速率依赖性,即峰值强度随加载速率的增加而增大;循环加卸载时,峰值强度表现出明显的“弱化”特征;随着循环次数增加,裂纹损伤强度阈值呈现先增大后降低的变化规律,这种变化不受加载速率的影响;千枚岩弹性模量的变化规律与加卸载路径的变化规律一致,呈现出有规律的“波浪形”;单个滞回环内切线弹性模量随应力水平增加呈现出先增大后减小的趋势;在同一应力水平下,切线模量随循环次数增加呈现出增大—平缓—降低的变化规律。

间歇性循环荷载下冻融风积土变形特性及分数阶预测模型

列车运营对路基的长期作用由振动加载、荷载间歇交替组成,已往研究多只考虑振动加载周期对路基土体强度和变形特性的影响,而忽略了间歇期的影响。为研究间歇性循环荷载作用下风积土路基变形特性,利用GDS DYNTTS冻土动三轴仪,开展不同有效固结围压σ_(3c)、冻融循环次数FT、动应力幅值σ_(d)^(ampl)和振动频率f的间歇性循环荷载下风积土动三轴试验,研究间歇性循环荷载下冻融风积土变形特性及其影响因素。试验结果表明:间歇性循环荷载作用下风积土累积塑性应变曲线呈稳定型、发展型和破坏型三种形态。间歇阶段能够在较大程度上削弱土体的应变累积,从而使其较连续荷载作用下变形减小。基于极差方法,确定动应力幅值是影响风积土累积塑性应变的最重要因素,其余依次为有效固结围压、冻融循环次数、振动频率。采用双Abel黏壶建立考虑间歇性循环荷载作用的冻融风积土分数阶累积塑性应变预测模型,并与试验结果进行了对比分析,二者吻合度较高,说明该文建立的分数阶累积塑性应变数学模型可合理预测间歇性循环荷载作用下风积土路基长期变形特性。研究成果可为季节性冻土地区路基工程设计和灾害防治提供科学依据。

循环荷载下TDA掺量对一级道砟动力性能的影响

掺和废旧轮胎橡胶颗粒(TDA)改良道砟具有降低道砟磨耗、缓解废料处置压力、便于施工等诸多优点,是一种具有发展潜力的道床改良措施。采用动三轴试验和激光扫描方法,进行循环荷载作用下TDA掺量(体积比)对TDA一级道砟混合集料动力性能的影响及道砟颗粒几何形状变化规律的研究。结果表明:随着TDA掺量的增加,混合料试样轴向应变增加、动弹性模量降低、阻尼比增加,且道砟破碎率降低;TDA掺量为10%时,可在保证混合料动弹性模量和阻尼比满足要求的前提下,有效降低道砟颗粒破碎率;循环荷载作用下道砟主要在尖角、棱边及表面发生局部破坏,颗粒整体形状特征变化较小;与不含TDA试样相比,TDA掺量为10%试样的道砟颗粒局部特征综合系数减小16%,TDA可有效降低道砟颗粒局部破坏程度。

硫酸盐环境混凝土动弹性模量及微观研究

针对西部重盐渍土地区混凝土的耐久性问题,以内掺复合掺合料制成的高性能细石混凝土和普通硅酸盐水泥以及抗硫酸盐水泥制成的高性能细石混凝土作为研究对象,在硫酸钠溶液中进行干湿循环后,通过对动弹性模量的测量以及对混凝土SEM形貌分析,结果表明,在干湿交替的恶劣环境中,抗硫酸盐水泥混凝土的抗侵蚀性能并不比普通水泥混凝土好;掺加复合掺和料的高性能细石混凝土对硫酸盐侵蚀有较好的抵抗性能;掺加矿物掺合料能够与混凝土内部的不利成分Ca(OH)2发生二次水化反应,生成有利的C-S-H凝胶,有效改善混凝土的微观结构;并给出了在盐渍土地区拌制混凝土的建议.

冻融作用下粉煤灰引气混凝土动弹性模量的衰减规律研究

针对我国西北寒旱区水工混凝土结构长期遭受冻融循环作用导致耐久性能衰减的问题,以研究冻融作用下混凝土力学性能变化规律为目标,依据实际工程,采用室内加速试验与理论分析方法,以试块相对动弹性模量为评价指标,研究了混凝土水胶比、粉煤灰掺量、引气剂掺量及冻融循环次数对混凝土耐久性衰减的影响规律,采用回归分析法建立了混凝土动弹性模量损失的衰减模型,并基于该模型构建冻融循环作用下混凝土的寿命预测模型。结果表明:以初始动弹性模量的60%(2.424×10~4MPa)为破坏条件,甘肃省景泰川提灌工程二期总干渠5#渡槽的混凝土能经历1 502次快速冻融循环,渡槽材料耐久性安全运行年限为153年。研究成果为冻融环境下混凝土结构的寿命预测提供了参考和依据。