碾压沙漠砂贫混凝土的饱水软化及耗散能特征研究

为了研究碾压沙漠砂贫混凝土饱水软化后的物理力学特征,开展了不同配合比下的饱水软化试验,结果表明:(1)质量吸水率约为10%~22%,体积吸水率约为18%~40%;(2)饱水软化后抗压强度下降约50%~60%,故软化系数约为0.4~0.5;(3)试块的耗散能系数随水泥含量的增加而增大,延性系数则相反,与干燥时相比,饱水后两者均略有下降。

碾压沙漠砂贫混凝土的物性特征及工程应用研究

将沙漠砂用于土木工程具有潜在的工程应用价值,而水泥的掺入量则影响其强度和经济指标,为了探索这两个指标之间的平衡,寻求符合强度和刚度要求的最低水泥掺入量,制备了不同配合比下的碾压沙漠砂贫混凝土试块,结果表明:(1)单轴抗压强度和弹性模量随着水泥掺入量增大而近似线性增大,但弹性模量的增速要小于强度的增速;(2)从强度角度可将其归于软岩一类,而从刚度角度可将其归入硬土一类;(3)与传统的压实土路基相比,其具有更高的强度和刚度,水稳性好、抗冲刷能力强,并且高孔隙率高透水性的特点有利于界面水的排放,较高的空间刚度和整体性能可以减缓软弱等不良地基的不均匀沉降。

自密实沙漠砂贫混凝土饱水软化后的力学特征与工程应用

基于饱水软化试验,对不同配合比下自密实沙漠砂贫混凝土饱水后的力学性能及变形特征进行了试验研究,结果表明:(1)饱水软化后抗压强度降低了约30%~40%,弹性模量降低了约12%~29%,与传统的压实土相比,饱水后的强度和刚度参数依然保持在较高的水平;(2)随着水泥含量的提高,其峰值应力对应的轴向应变略有增加,说明其延性在增强;(3)用自密实沙漠砂贫混凝土对沙湖750 kV变电站地面塌陷进行了灌注浆处理,现场试验取得了成功。

自密实沙漠砂贫混凝土的力学特征及其工程应用研究

基于室内模型试验,对不同配合比下自密实沙漠砂贫混凝土的强度和刚度参数进行了标定,结果表明:(1)自密实沙漠砂贫混凝土中水泥含量与单轴抗压强度和弹性模量近似呈线性增长关系;(2)水泥含量在11.9%~21.3%时,单轴抗压强度为1.5~7 MPa,弹性模量为120~360 MPa;(3)与普通混凝土相比,自密实沙漠砂贫混凝土峰值应力处的应变约为普通混凝土的10倍,表明其延性较好;(4)与传统压实土相比,自密实沙漠砂贫混凝土具有强度高和变形模量大的优势;(5)在适宜的水灰比下,沙漠砂贫混凝土可实现自密实,提高了施工速度和机械化水平,可用于公路快速拓宽、管廊回填、桥台台背快速回填和高边坡整体式路基等工程。

自密实沙漠砂贫混凝土饱水冰冻后的力学及耗散能特征研究

为了研究自密实沙漠砂贫混凝土饱水冰冻后的力学性能,开展了饱水后的低温冰冻试验,并与干燥状态和饱水状态下的试验结果进行了对比,结果表明:(1)单轴抗压强度较干燥时提升了2.6~5.2倍,较饱水时提升了3.8~8.9倍,弹性模量较干燥时提升了1.2~1.8倍,较饱水时提升了1.7~1.9倍,强度的提升幅度要大于弹性模量的提升幅度,延性系数及耗能系数都略有提高;(2)随着水泥掺入量的增大,强度逐渐增大,但是峰值应变逐渐减小,说明强度在提高的同时其脆性也在增强,延性在下降,与相同配合比的干燥试块和饱水试块相比,饱水冰冻试块的峰值应变较大,说明在低温下其延性有所提高;(3)饱水冰冻后强度和刚度提升的内在机理是冰贡献了一部分强度和刚度,可能是微孔隙中的水结冰后成为了试块的一部分,相当于提高了混凝土的密实度,并且水冻结后提高了骨料颗粒间的黏聚力和咬合力。

不同地域沙漠砂贫混凝土的抗压性能及单轴压缩本构模型

选取毛乌素沙漠砂、三沙源沙漠砂和宁夏沙湖附近沙漠砂,分别配制了三种不同配合比的沙漠砂贫混凝土,并对其抗压性能进行了研究,结果表明,随着水泥含量的提高,沙漠砂贫混凝土的强度和刚度随之提高,峰值应变也逐渐增大;在相同配合比下,宁夏沙湖沙漠砂贫混凝的强度和刚度相对较大,三沙源沙漠砂贫混凝土的峰值应变和耗能系数相对较大,毛乌素沙漠砂贫混凝土峰后曲线较为平缓,说明其在破坏后仍具有一定的延性特征。通过与三种普通混凝土本构模型的对比,并利用Origin对实验数据进行拟合,提出了适用于沙漠砂贫混凝土的本构模型。

混凝土面层与贫混凝土基层的层间作用对荷载应力和弯沉的影响

采用层间接触模型进行了三维有限元分析,并根据弯沉结果提出了用弯沉盆形状系数表征的结合系数,比较了应力有限元解和等刚度法的差别。研究了层间剪应力的分布和摩阻系数对路面状态的影响,最后分析了板的翘曲变形和尺寸效应的影响。初步分析结果表明:混凝土面层与贫混凝土基层之间为半结合状态,并非理想的结合式或分离式,建议对贫混凝土基层的应力进行20%～40%的修正。

贫混凝土透水基层材料渗透性能室内试验

渗透系数和孔隙率是表征贫混凝土透水基层渗透性能的主要指标。利用垂直和水平渗透仪分别测试了多孔贫混凝土的渗透系数,并分析了其满足达西定律的水头范围,得出孔隙率与渗透系数的关系。结果表明:多孔贫混凝土只要保证水力梯度小于0.04,就能满足达西定律的要求;有效空隙率和全孔隙率之间呈相关性良好的线性关系,有效孔隙率和渗透系数之间满足相关性良好的幂指数关系,贫混凝土透水基层的临界排水有效孔隙率为14.4%。

采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面厚度优化

采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面是解决重载交通的一种理想路面形式。贫混凝土基层与水泥混凝土面层的不同厚度组合会对路面荷载应力产生较大的影响,考虑实际路面的各种要求,提出了厚度优化的数学模型。利用三维有限元模型,根据在不同结构形式下的合理目标函数,分析了最佳的厚度组合比。

贫混凝土基层沥青路面温度-荷载耦合应力分析

为了分析贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度-荷载耦合应力状况,通过三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量及基层缩缝宽度对沥青路面温度-荷载耦合应力的影响.研究表明:沥青面层厚度和基层缩缝宽度对路面温度-荷载耦合应力有显著影响;基层厚度和模量对耦合应力的影响不显著.适当增加沥青面层厚度对预防反射裂缝十分有效;改变贫混凝土基层的厚度和模量对预防反射裂缝作用不大;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著.

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明:在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。

贫混凝土基层材料强度与龄期关系

通过室内试验,研究了不同粉煤灰掺量、不同龄期对贫混凝土基层材料强度的影响规律,并与不掺粉煤灰贫混凝土的强度特性进行了对比研究。试验显示,贫混凝土粉煤灰掺量为20%时,早期强度接近甚至超过不掺粉煤灰的;粉煤灰掺量为40%和50%时,贫混凝土的强度随龄期而增长的幅度最高;当粉煤灰掺量≤40%时,可改善贫混凝土的脆性。结果表明,当贫混凝土中掺入40%以下粉煤灰时,其后期的强度与抗裂性能均可得到改善。

贫混凝土透水基层的排水能力

为研究路面内部排水能力的计算方法、基层渗透系数取值方法以及路面内部退水时间,采用较大尺寸的试验板进行了透水基层排水能力的模拟试验研究,并通过研究变水头时不同坡度、不同孔隙率下的路面退水时间,建立了退水时间、退水百分比、孔隙率和坡度之间的回归公式。研究结果表明:在恒水头条件下,当基层底面水平时,基层的排水能力为达西定律计算值的1/2;当基层底面坡度为s时,基层的排水能力q可近似为q=kh1s;试件的垂直渗透系数和基层渗透系数的概念及数值不同,可以通过修正试件室内垂直渗透系数来获得路面基层渗透系数。建立的回归公式为最终确定路面内部的排水时间标准提供了依据。

贫混凝土基层材料弯拉弹性模量的试验

通过对几种贫混凝土:碾压贫混凝土、振捣式贫混凝土、掺粉煤灰贫混凝土的弯拉强度与弯拉弹性模量的试验,研究分析了贫混凝土基层材料弯拉弹性模量的特性。试验采用小梁试件进行三分点加荷的方式,测定3kN至50%极限荷载处的割线模量,用跨中挠度公式反算求得。研究表明,贫混凝土弯拉强度与弯拉弹性模量的关系为指数式。试验结果显示:当弯拉强度相同时,碾压贫混凝土的弯拉弹性模量比振捣式贫混凝土的弯拉弹性模量高5%～12%;弯拉强度相同时,掺粉煤灰贫混凝土的弯拉弹性模量比不掺粉煤灰的低6%～10%。

贫混凝土基层强度与模量研究

作为路面基层材料,贫混凝土得到越来越多的应用。通过室内试验,研究了振捣贫混凝土与碾压贫混凝土的28d弯拉强度与抗压强度,得出二者之间的相关关系;进行弯拉弹性模量试验,得出贫混凝土28d弯拉弹性模量与弯拉强度之间的关系,据此得出对应关系表作为模量推荐值。

贫混凝土透水基层材料配合比设计方法研究

主要开展了贫混凝土透水基层配合比设计方法的研究.试验中试件采用圆柱状试件,试件采用上置式振动成型,通过试验提出采用体积法设计配合比;借鉴沥青膜的计算方法给出了水泥用量相应计算公式.通过试验得出合理的水灰比可控制范围在0.39～0.41之间.最后给出了配合比设计流程图.

沥青路面贫混凝土基层应力计算

为分析贫混凝土基层沥青路面新型路面结构的基层应力情况,通过有限元分析方法计算贫混凝土基层的荷载应力,并利用弹性层状体系理论分析沥青面层厚度对其影响,由此推导出基层荷载应力的计算公式.根据不同自然区划的温度场和最大温度梯度,得出贫混凝土基层沥青路面中的基层温度应力的有限元解,于此提出了基层温度应力的计算公式.上述两公式为贫混凝土基层沥青路面结构中基层厚度设计的重要依据.

路面免碾压贫混凝土基层路用性能研究

贫混凝土基层采用振动成型施工,易造成基层平整度不佳。提出一种免碾压贫混凝土基层,可有效保证基层的稳定性和平整度,同时可减少施工机械和施工工序及周期,改善施工环境。通过对免碾压贫混凝土的强度试验、干缩试验、抗冻试验以及疲劳试验研究,表明其具有较好的强度特性、收缩性能、抗冻性能及疲劳性能。

贫混凝土基层沥青路面温度应力数值分析

为了探讨贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度应力状况,利用三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量以及基层缩缝宽度对沥青路面温度应力的影响。结果表明:沥青面层厚度对路面温度应力有显著影响,但沥青面层模量对路面温度应力影响不明显;贫混凝土基层厚度和模量对温度应力影响不显著;基层缩缝宽度对路面温度应力有显著影响。适当增加沥青面层厚度对延缓反射裂缝十分有效,适当增加沥青面层模量对延缓反射裂缝只起到较小的作用;改变贫混凝土基层的厚度、模量对延缓反射裂缝作用不明显;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著。

贫混凝土疲劳方程的建立及其应用研究

贫混凝土用于水泥混凝土路面或沥青混凝土路面基层时,和面层一起受到荷载应力和温度应力的反复作用,路面应力分析和结构设计时应考虑其疲劳性能.在室内贫混凝土小梁弯拉疲劳试验的基础上,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出其疲劳寿命服从双参数威布尔分布,据此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程.根据此疲劳方程,得出贫混凝土的疲劳性能优于其他常用半刚性基层材料,并建立了贫混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数.