颗粒级配和表面纹理对饱和砂-钢界面剪切强度的影响

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散方式的不同,常法向应力(CNL)下剪应力-位移曲线出现明显的应变软化现象。变法向应力(VNL)下,界面剪切强度随法向应力的增大不断提高。对于光滑和凸起构造,界面摩擦角随不均匀系数C_(u)的增加基本呈线性增长。对于凹槽构造,界面摩擦角随C_(u)的增加而减小。饱和砂-粗糙度钢板界面剪切效能的发挥受水的影响显著,砂与钢板之间水膜的存在减弱了砂颗粒和钢界面的摩擦,使得界面摩擦性能不能完全发挥。

膨胀土-混凝土界面剪切特性研究及界面系数修正

为对不同含水率下与不同法向应力下的膨胀性土的界面抗剪强度-界面剪切位移曲线进行分析,通过设计室内膨胀土-混凝土界面直剪试验,研究各含水率对膨胀土-混凝土界面各力学性质的影响。结果表明:不同含水率条件下的应力应变曲线均无应变软化现象,基本符合应变硬化模型;含水率的增长,对界面抗剪强度有较为明显的劣化影响,应力应变曲线的峰值也随之愈发滞后;同一含水率的界面抗剪强度与法向应力较好地符合摩尔-库伦强度准则,随着含水率的逐渐增长,界面抗剪强度也呈现递减态势;界面黏聚力先呈增长态势,后呈逐渐减小态势;界面等效剪切模量呈现下降趋势,同时通过微观角度对界面黏聚力和界面内摩擦角引起的界面强度变化规律进行了机理性的分析。界面内摩擦角则随着含水率增加逐渐地呈现反比例函数降低态势,引入界面摩擦系数,进一步细致分析界面摩擦力学性质,同时修正了界面黏聚力和法向应力对界面摩擦带来的较大影响,针对于浅层边坡土体与桩基础的摩擦估算,考虑到法向荷载对于界面摩擦系数影响较为合理。

基于Kelvin-Helmholtz不稳定性和界面剪切作用的扰动波高预测模型

环雾状流广泛存在于天然气等工业环境中,深入探究扰动波特性对了解环雾状流的演化规律有着重要意义。本文在内径为15mm的垂直管路中进行了不同工况条件下的环雾状流实验,分别利用电导环传感器和液膜收集系统测量了液膜厚度和夹带率,并通过双阈值方法从液膜时序信号中提取了扰动波高数据。探究了扰动波高和夹带率随气、液相流量和工况压力的变化规律,发现两者均随着液相流量的增大而增大,而随着气相流量和工况压力的增大,扰动波高呈下降趋势,夹带率呈上升趋势,验证了两者之间存在密切关联。然后分析了影响扰动波高的尺度参数,建立了基于Kelvin-Helmholtz不稳定性和界面剪切作用的扰动波高预测模型,相对均方根误差rRMSE为4.05%,且98.7%的数据点都在±10.0%的误差以内,预测效果良好。最后,将新模型与现有的扰动波高关系式进行比较,预测精度和可扩展性都有了较大提高。

碳化复合桩内外芯界面剪切特性试验研究

为了探究碳化复合桩内外芯界面的剪切特性,采用直剪试验研究不同法向应力条件下碳化黏土-透水混凝土界面的摩擦特性,得到不同参数对界面剪切特性的影响规律,并建立了基于无侧限抗压强度的界面剪切强度预测模型.结果表明:界面剪切强度、黏聚力、内摩擦角和界面摩擦角等指标先随碳化时间、氧化镁掺量和初始含水率的增加而增大,随后减小或趋于平稳;碳化黏土-透水混凝土界面剪切强度最高达399 kPa;界面剪切应力-剪切位移曲线有双曲线型和软化型2种类型,同时界面剪切强度与无侧限抗压强度呈线性关系,界面剪切强度约为碳化黏土无侧抗压强度的0.17~0.30倍.

考虑率效应的低应力下黏土-钢界面剪切试验研究

管-土界面的摩擦特性对海底管道在位稳定性影响极大。软黏土在我国海域分布广泛,为探究管-黏土在低应力时的界面剪切特性,自主研发了一套可以考虑低应力、率效应的界面剪切设备,并开展了一系列黏土-钢界面剪切试验,着重分析了法向应力和剪切速率对黏土-钢界面剪切行为的影响。试验结果表明,界面峰值剪应力和残余剪应力均随着法向应力的增大而增大;界面峰值剪应力和残余剪应力均随着剪切速率的增大而降低;剪切速率最大时的界面峰值摩擦角和残余摩擦角均小于试验土体内摩擦角,剪切破坏发生在界面上而非土体内部。本文探明了低应力下法向应力和剪切速率对黏土-钢界面强度的影响规律,可为海底管道设计提供参考。

FRP开孔板连接件界面剪切性能研究

为研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)开孔板连接件与混凝土的界面剪切性能,对3组不同开孔个数的FRP开孔板与混凝土连接件进行了拔出试验,基于试验数据建立了有限元模型,进一步研究了开孔直径对界面剪切性能的影响。对比分析了试验结果和数值模拟结果,提出并验证了FRP开孔板界面抗剪极限承载力计算公式。结果表明:增大开孔个数和开孔直径可有效提高界面的抗剪能力;简化公式的计算结果与试验和模拟结果吻合较好。

RPC-NC界面剪切力学性能分析

采用玄武岩纤维在活性粉末混凝土基体中随机投放的方法,将活性混凝土看作由玄武岩纤维和素混凝土组成的两相非均质复合材料。基于二次开发将玄武岩纤维实体模型导入有限元软件中,建立可分析活性粉末混凝土-普通混凝土界面抗剪性能的有限元模型探索不同侧向应力和不同玄武岩纤维掺量下的活性混凝土-普通混凝土界面剪切力学性能,并观察其破坏特征。研究结果表明:在玄武岩纤维掺量为0.2%,侧向应力为0~5 MPa时,RPC-NC的抗剪强度为5.32~9.11 MPa;在侧向应力为2 MPa,玄武岩纤维掺量为0~0.2%时,RPC-NC的抗剪强度为5.25~7.65 MPa。玄武岩纤维可有效阻断RPC键槽根部裂纹的扩展,且纤维掺量的增加可以提高活性粉末混凝土-普通混凝土界面抗剪强度。相对于玄武岩纤维掺量的影响,侧向应力的大小对RPC-NC界面剪切力学性能有更加显著的影响。

加筋土挡墙墙趾界面剪切刚度计算模型研究

在硬质墙面加筋土挡墙数值模拟中,墙趾界面参数的选取对模拟结果的正确性至关重要。然而,墙趾界面剪切刚度仅能通过混凝土界面剪切试验获取,其过程繁琐、周期长。开展大型剪切试验研究混凝土界面剪切刚度与界面摩擦角、正应力的关系,在此基础上提出墙趾界面剪切刚度计算模型,该计算模型的输入参数为墙高和墙趾界面摩擦角,其中墙趾界面摩擦角可通过简单的混凝土斜板试验获得。采用该计算模型为3组不同墙趾约束条件的加筋土挡墙数值模型选取了墙趾界面剪切刚度值。3组挡墙数值计算得出的筋材应变均与实测值相吻合,筋材拉力分布随墙趾约束条件的变化规律与已有的模型试验结果一致,证明了墙趾界面剪切刚度计算模型的可行性。

粉质黏土-混凝土界面剪切特性研究

文中通过开展混凝土与粉质黏土接触面的直剪试验和数值模拟,分析了干密度和法向应力对粉质黏土-混凝土界面剪切特性的影响。试验结果表明,粉质黏土-混凝土接触面的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度均受土体初始干密度的影响;接触面的抗剪强度与法向应力存在较强的线性关系且接触面的剪切破坏形势符合Mohr-Coulomb破坏准则;通过对试验的数值模拟发现Clough-Duncan接触面模型能够较好的模拟接触面的剪切应力-位移关系。为工程中进一步研究结构物与土体界面的力学特性提供了参考。

水泥掺入量对劲性复合桩界面剪切特性的影响

劲性复合桩是将刚性桩与柔性桩或散体桩经复合施工形成的具有互补增强作用的桩,但其水泥土水泥掺入量与界面剪切位移等指标的相互关系尚不够明晰。对此,开展劲性复合桩内界面(混凝土水泥土)、外界面(水泥土桩周土)的界面剪切试验,研究水泥掺入量对劲性复合桩界面剪切特性的影响,得到不同水泥掺入量下的界面性能参数。结果表明:内界面和外界面的剪切强度与法向应力关系符合库仑定律,两个界面因为水泥的黏结效应,都拥有一定黏聚力,提高水泥土水泥掺入量可以提高界面的剪切强度与黏聚力,两个界面的极限剪切位移随水泥掺入量与法向应力的提高近似线性增大,且外界面处极限剪切应力相较内界面受施加的法向应力影响更甚。

3D土工格栅-砂界面剪切性状研究

相比于传统土工格栅,基于3D打印技术制作的立体格栅具有易制作、力学性质稳定的优势。文中利用改进的室内直剪仪,开展了不同横肋数量的土工格栅与不同粒径的钙质砂间的界面剪切试验,建立了合理的本构关系。结果表明界面抗剪强度及其指标随着横肋数量的增多、粒径的增大而增加,界面摩擦角集中在38°~45°范围内;构建了考虑初始剪切刚度、峰值剪切应力对应的剪切位移和表征材料损伤演化材料参数等3个因素的损伤本构模型,模型适用性较好,可用于预测界面剪切应力-剪切位移关系。

基于单纤维压出实验分析硼纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度

界面剪切强度是复合材料设计的重要指标,如何通过试验方法测定复合材料的界面性能是复合材料研究的一个重要领域。本文以硼纤维/环氧树脂叠层板(0/90)复合材料为载体,利用S-3400扫描电镜(SEM)与Gatan公司的拉伸台Microtest 2000组合,且在电镜上安装了自行设计制作的单纤维压头,测定界面的剪切强度。得知:在室温负荷作用下硼纤维呈阶梯式脱粘,当压出硼纤维长度为总压出长度约一半时,界面剪切强度达到最大值,并估算出界面的剪切模量,为进一步有限元法模拟研究复合材料的界面的力学行为提供依据。

油包水乳状液中胶质和沥青质的界面剪切黏度和乳状液稳定性的关系

采用红外和紫外光谱分析了胜利原油中胶质和沥青质的结构,采用界面剪切黏度对其油、水界面膜强度进行了表征,测定了胶质和沥青质模拟油油包水乳状液的稳定性。结果表明,沥青质和胶质的结构和平均相对分子质量不同,沥青质含有更多的芳环结构,平均相对分子质量比胶质大,界面膜强度也比胶质强,其乳状液更稳定。

界面剪切黏度对原油乳状液稳定性的影响

对孤东一号联合站及孤东四号联合站(简称孤东1#及孤东4#)两种原油及其分离组分(饱和分、芳香分、胶质、沥青质)配成模拟油,测定了模拟油与碱水〔w(Na2CO3)=1 2%〕体系的界面剪切黏度。原油浓度越大,界面剪切黏度越大;沥青质模拟油/碱水界面剪切黏度最大,在油/碱水间形成了一定强度的界面膜,膜的强度大于饱和分、芳香分、胶质的界面膜强度;孤东4#沥青质模拟油/碱水的界面剪切黏度大于孤东1#沥青质的界面剪切黏度。在剪切速率为0 3rad·s-1时,原油及胶质的油/碱水界面剪切黏度不随时间变化。

礁灰岩-混凝土界面剪切特性试验研究

为探究礁灰岩地层中钻孔灌注嵌岩桩的桩-岩界面剪切作用规律,试验选取南海某岛礁的块状结构、砾块结构、砾屑结构及砂屑结构礁灰岩岩芯,开展室内物理力学性质试验及常法向应力条件下的礁灰岩-混凝土界面剪切强度试验研究,探究桩-岩界面剪应力-剪切位移关系曲线的变化规律。开展红砂岩-混凝土界面剪切对比试验,揭示两种不同沉积作用类型的岩石与混凝土黏结面产生剪切强度差异的根本原因。试验结果表明:礁灰岩-混凝土界面的剪切强度受礁灰岩的结构类型、桩-岩强度比等因素影响;由于水泥浆在礁灰岩中的扩散填充作用,礁灰岩-混凝土界面的黏结力和内摩擦角均高于砂岩-混凝土界面;桩-岩强度比产生的界面剪切强度响应受礁灰岩结构类型的影响,低桩-岩强度比时,块状结构、砾块结构礁灰岩-混凝土界面的黏结力均高于高强度比条件;桩-岩强度比增大,块状结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角增加,而砾块结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角变化不大。

基于沥青与石料界面剪切的黏塑性流变模型研究

沥青与石料的界面强度是沥青混合料强度构成的基本单元之一,其流变模型或本构关系是沥青路面结构设计和性能评价的基础理论。论文研究分析介绍了几种黏塑性模型及其基本特性,自行设计一种界面剪切试验方法,对2种品质的沥青和2种性质的石料,在不同温度和不同加载速率下,进行界面剪切试验,考察界面剪切强度的变化规律及其影响因素;通过数值模拟和黏度计算,分析了界面剪切强度所服从的黏塑性流变模型,提出一个误差较小更加合理的一元非线性黏塑性模型。研究成果进一步深化了对沥青混合料强度构成的力学原理的认识,并为固体材料的黏度分析及其数值确定提供了一种参考方法。

复合体系各组分对油水界面剪切粘弹性的影响规律

为了探究复合体系各组分(碱、表面活性剂、聚合物)对油水界面剪切粘弹性的影响规律,利用Physica MCR301型流变仪测量了不同化学驱油体系与原油的界面剪切粘弹性。结果表明,原油和去离子水可以形成较坚固的界面膜,有较高的界面剪切粘弹性;少量表面活性剂(如质量浓度为100 mg/L)的加入就会大幅度降低油水界面剪切粘弹性,在考察的质量浓度范围内,表面活性剂溶液的质量浓度越大,界面剪切粘弹性越低,在较高的质量浓度(如3 000 mg/L)和较高的振荡角频率(如1 rad/s)下,界面储能模量超出仪器测量下限;碱会严重破坏油水界面膜,使界面的损耗模量大幅度降低,界面的储能模量超出仪器测量下限,但是有机碱对界面膜的伤害要小于无机碱;聚合物的加入也会对油水界面剪切粘弹性产生影响,形成的界面膜抗剪切性能减弱。

细编穿刺C/C复合材料不同层次界面剪切强度的测试分析

利用原位测试系统得到细编穿剌 C/ C复合材料纤维 /基体及纤维束 /基体两种不同层次界面的顶出实验数据 ,然后利用界面弹簧模型对纤维及纤维束的顶出实验过程进行有限元法计算机模拟 ,编制了分析程序 。

纳米TiO_2涂覆法改善PBO纤维/环氧树脂界面剪切强度

采用溶胶凝胶涂覆法对PBO纤维进行表面改性,以提高PBO纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度(IτFSS)。将PBO纤维用纳米二氧化钛溶胶进行涂覆处理,然后经过热处理,在纤维表面形成纳米粒子,增加纤维表面粗糙度,从而提高纤维与环氧树脂之间的IτFSS。通过对不同的涂覆处理条件进行了研究,并提出了纳米粒子对提高IτFSS的"楔子"效应机理。研究发现,当纳米二氧化钛溶胶中浸渍时间为3 min,热处理时间为4 min时,PBO纤维与环氧树脂基体的IτFSS最大,其IτFSS可提高56.4%。

加筋粘性土筋土界面剪切特性的试验研究

对加筋粘性土筋土界面的剪切特性进行试验研究 ,在试验的基础上对粘性土加筋土界面剪切特性及其影响因素进行分析。研究表明 ,粘性土筋土界面剪切特性与试验方法、剪切速率、填土的含水量和密实度紧密相关 。