聚丙烯纤维增强橡胶砂固结不排水剪切试验

鉴于橡胶砂作为回填材料时承载力低和变形量大的问题,采用加入聚丙烯纤维(PPF)的方法提高橡胶砂的力学性能,提出了聚丙烯纤维增强橡胶砂的半干拌式制备方法,通过48组聚丙烯纤维增强橡胶砂、普通橡胶砂和纯砂试样的固结不排水剪切试验,探究了聚丙烯纤维掺量和橡胶掺量等参数对聚丙烯纤维增强橡胶砂主要力学变形特征参数的影响.结果表明:聚丙烯纤维对橡胶砂弹性模量的影响较小;聚丙烯纤维增强橡胶砂具有先剪缩后剪胀破坏的特征,其偏应力与轴向应变关系为应变硬化型;聚丙烯纤维可有效提高橡胶砂的内摩擦角和黏聚力;聚丙烯纤维增强橡胶砂破坏偏应力的提升效果十分显著,最高可提高3倍.

基于相似性原则的橡胶颗粒-砂混合物热导率理论模型

为准确定量评价人工隔热材料橡胶颗粒-砂混合物的导热性能,突破现有经验关系模型适用性较差的局限性,以Wiener土体热导率模型为框架,基于相似性原则,通过对混合物中各介质的导热性能进行分析,建立用于计算混合物热导率的理论模型,分析模型中计算参数的意义和确定方法,根据文献报道热导率测试数据,对比验证模型的有效性,并探讨模型进一步完善和拓展的研究方向。研究结果表明:橡胶颗粒和孔隙液的导热能力相似,可将两者归属为相似类传热介质应用于Wiener串、并联模型中;模型综合考虑了橡胶掺量、粒径比、饱和度和孔隙率等对橡胶颗粒-砂混合物结构和导热性能的影响,准确描述了混合物热导率和橡胶掺量、粒径比的相关关系,与实测数据的对比结果显示了较高的精确度。探明复杂应力状态和极端气候条件对刚-柔性颗粒混合物导热性能的作用规律,是进一步完善和拓展本文模型的重要研究内容。

纤维增强橡胶砂复合土动力学特性室内试验研究

针对橡胶颗粒与土混合而成的散粒体作为地基回填材料时承载力可能下降和变形较大的缺点,本文提出在该混合料中加入聚丙烯纤维进行改良,通过共振柱试验研究了橡胶含量、纤维含量和有效围压对混合复合土动剪切模量和阻尼比的影响。结果表明:随着橡胶含量R_(C)、纤维含量F_(C)和固结围压σ_(3)的增大,复合土动剪切模量的衰减及阻尼比的增长均有所减缓。复合土的最大动剪切模量G_(max)受R C和σ3的影响较大,受F C的影响较小,提出了G_(max)与R_(C)、F_(C)、σ_(3)的经验拟合公式。同时,本文给出了复合土G/G_(max)~γ曲线在Davidenkov模型中参数A和B的建议值,及参数γ_(0)与F_(C)的线性增长公式。并对复合土的阻尼比增长曲线进行拟合,给出了不同工况下λ_(min)、λ_(0)、β与F_(C)线性拟合公式。

橡胶砂最小干密度测定及其经验公式

橡胶砂可作为公路路基、边坡、挡土墙和垃圾填埋场的回填材料,也可作为耗能隔震材料,在土木工程中具有广阔应用前景,但关于橡胶砂基本物理性质的研究较少。采用慢速量筒慢转法,对不同比例的橡胶砂最小干密度进行研究,获得橡胶砂最小干密度,并分析各因素对其影响规律。研究结果表明:随着橡胶含量的增加,橡胶砂的最小干密度随之减小;随着胶砂粒径比的增大,橡胶砂的最小干密度呈逐渐增大趋势;在黏粒含量范围为0~20%时,随着橡胶砂中黏粒含量的增加,橡胶砂最小干密度呈逐渐减小趋势;提出了最小干密度与橡胶含量、胶砂粒径比、黏粒含量之间的关系式,可据此推求出橡胶砂的最小干密度。

橡胶-砂混凝土耗能特性智能预测模型研究

研究目的:减震层结构设计是保障西部强震区地下工程结构稳定的重要措施,而减震材料的发展和应用是丰富减震层结构设计和保障其性能的关键,全面认识橡胶-砂混凝土耗能特性为其有效应用于地下工程减震层奠定基础。本文通过霍普金森压杆试验测试橡胶-砂混凝土的耗能性能,并基于试验结果,以反向传播神经网络为基础算法,通过四种不同的群体智能优化算法分别对其进行优化,从而构建四种集成反向传播神经网络-群体智能优化算法的混合智能预测模型。研究结论:(1)影响橡胶-砂混凝土耗能特性的重要程度从高到低依次为:橡胶含量>水泥含量>橡胶粒径;(2)四种混合智能预测模型的最佳种群数量为150(PSO-BPNN)、75(FOA-BPNN)、75(LSO-BPNN)和80(SSA-BPNN);(3)对橡胶-砂混凝土透射能占比预测精度最高的是LSO-BPNN混合智能模型,其他模型预测精度从优到劣依次为:PSO-BPNN、FOA-BPNN、SSA-BPNN;(4)本研究成果可用于研制适用于铁路隧道等地下工程减震材料的橡胶-砂混凝土,为保证铁路隧道安全建造和稳定运营的减震设计提供理论指导依据。

饱和橡胶砂抗剪强度和动变形特性试验研究

将废旧轮胎作为道路工程填料是一种有效的处理废旧轮胎的措施。为了研究废旧轮胎橡胶颗粒与砂混合土在道路工程中的应用潜力,文章以橡胶砂为研究对象,通过直接剪切试验和动三轴试验讨论橡胶颗粒含量对饱和橡胶砂的抗剪强度及动变形特性的影响。研究结果表明,饱和橡胶砂的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着橡胶含量的增加而增大;饱和橡胶砂的最大动剪模量值随橡胶颗粒含量的增大而减小;橡胶颗粒含量增大时,橡胶砂动模量比衰减变慢。研究结果可为橡胶砂的工程应用提供借鉴。

不同细度石粉对胶砂性能的影响及碳排放分析

为实现平凉地区石灰石粉的高效资源化利用,探明不同细度石灰石粉对水泥基材料性能的影响,对平凉地区的机制砂石粉进行粉磨得到不同细度的石灰石粉,将不同细度的石粉以不同比例等质量取代水泥,对比研究石粉粒径、石粉掺量等对胶砂性能的影响,并基于碳排放计算标准计算分析了利用石粉制备混凝土带来的碳减排效益。结果表明:石灰石粉替代水泥可缩短胶砂凝结时间;随石粉掺量增加,胶砂流动度逐渐下降,抗压强度逐渐减小;石粉比表面积是水泥比表面积的1.5倍时,胶砂的流动性较好,石粉细度变细有利于胶砂抗压强度的增加;石灰石粉替代水泥可有效降低混凝土碳排放,不同强度等级的混凝土碳减排百分比与其掺量大致相等。

橡胶砂级配对混合土体剪切特性影响研究

为了研究橡胶砂的剪切特性,采用室内大型直剪仪,研究了4种橡胶砂级配(1种间断级配、2种连续级配、1种开级配)、3种橡胶掺入量(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)对橡胶砂强度特性和体变特性的影响;并在室内直剪试验的基础上,按照相同级配和橡胶掺量建立纯砂和橡胶砂的离散元数值模型,从颗粒接触状态和颗粒位移角度探讨橡胶砂内在力学机制。研究结果表明:在低橡胶含量下,橡胶砂的剪应力曲线趋势和纯砂一致,但其抗剪强度均低于纯砂;橡胶砂剪切应力随竖向应力的增大而增大,4种级配的橡胶砂中连续级配SR2抗剪强度最高;橡胶颗粒的掺入能有效抑制砂土的剪胀,其中间断级配SR1橡胶砂抑制土体剪胀效果最好,剪胀量相较于纯砂减少了37.6%;橡胶砂的内摩擦角随着橡胶掺入量的增大而减小,同一橡胶掺量下连续级配SR2橡胶砂的内摩擦角最大;橡胶颗粒在橡胶砂力链网络中主要参与弱力链的形成,橡胶砂剪切带宽度小于纯砂的剪切带宽度。

基于不同地基隔震体系的两层三跨地铁地下车站结构抗震性能分析

针对两层三跨地铁地下车站结构的地震破坏特征,采用水泥橡胶砂混合土作为地铁地下车站结构周围回填地基隔震层,建立三种不同地基隔震体系的土-隔震层-地下结构静、动力耦合非线性动力相互作用的二维有限元计算模型,分析了不同地基隔震层设置方案对地铁地下车站结构的相对层间位移角、加速度反应、震后残余变形和混凝土地震损伤破坏等地震反应的影响规律。结果表明:在地下车站结构周围地基设置水泥橡胶砂隔震层可以有效地减轻地下车站结构的地震侧向变形,尤其是在四周都采用隔震材料回填时效果最好;总体来看,在车站结构周围采用不同地基隔震的方法均可以有效地减轻地下车站结构的惯性力和混凝土地震损伤程度,提高了结构的整体抗震性能,从经济角度和施工方便出发,建议优先选用在地下车站结构两侧设置地基隔震层。

橡胶沙漠砂混凝土的力学性能及其本构模型

为研究橡胶和沙漠砂对混凝土力学性能的影响,试验采用沙漠砂(替代率为0%~60%)和改性橡胶集料(替代率为0%~15%)掺入混凝土中部分替代河砂,通过单因素试验,共设置16组配合比,分别通过混凝土立方体力学性能试验、混凝土棱柱体单轴压缩试验对橡胶沙漠砂混凝土的力学性能进行研究。试验结果表明:混凝土的立方体抗压强度及劈裂抗拉强度伴随沙漠砂替换率增加先增长后下降;当沙漠砂替换率一定时,橡胶集料替换率增加,混凝土的立方体抗压强度持续降低、峰值应变与极限应变小幅度增加、劈裂抗拉强度呈先降后增再降的规律;基于过镇海模型以及CEB-FIP拟合取得的橡胶沙漠砂混凝土应力-应变曲线与试验获得的曲线契合良好。就有效再利用废物资源来说,建议取用沙漠砂替代率为20%或40%,橡胶集料替代率为10%的橡胶沙漠砂混凝土。

橡胶-砂混合土动力学研究进展

橡胶-砂混合土是由废旧橡胶轮胎经机械破碎得到的碎块或颗粒与砂土按一定比例配合而成的混合土。橡胶-砂混合土具有密度小、弹性变形能力强、模量低、阻尼大等特点,是一种优良、环保的新土工材料,可作为土木工程中的减隔震材料。为加快推进橡胶-砂混合土这一新土工材料在减隔震方面的工程应用,迫切需要对橡胶-砂混合土动力学相关理论与实践问题的研究给出解答。通过归纳和总结,阐述了橡胶-砂混合土动力学在动力学参数、动强度、动力特性经验模型3个方面的研究进展及成果,指出了现有研究成果的不足,并就未来的研究方向进行了展望,可为橡胶-砂混合土的工程应用及后续研究提供参考。

橡胶砂液化特性的动扭剪试验研究

为研究橡胶砂的液化特性,在不同的橡胶质量掺量、循环应力比、相对密实度、频率和有效围压工况条件下对橡胶砂进行动扭剪试验,分析橡胶砂的动力剪切应力-应变关系、动弹性模量和阻尼比的发展趋势.结果表明:橡胶颗粒质量掺量越高,橡胶砂越不易液化,广义剪切应变越小,橡胶砂越不易破坏;在橡胶颗粒掺量一定的情况下,试样破坏周次随循环应力比增大而减少;相对密实度和有效围压增大时,试样的剪切应变降低、抗液化能力增强,而剪切频率增大时,抗液化能力减弱;随着剪切应变和橡胶颗粒掺量的增加,试样弹性模量逐渐降低,阻尼比逐渐增大.

土工袋中橡胶砂的隔震效应数值模拟分析

利用计算平台MSC.Marc建立三维整体结构的有限元分析模型,对土工袋隔震效应进行数值模拟计算,研究了坚硬场地土工袋中橡胶砂配比和土工袋隔震层高度对上部结构隔震效果的影响。结果表明:土工袋中橡胶颗粒配比越大,隔震效果越好,但是随着橡胶含量的持续增加,隔震效果减弱,并发现橡胶颗粒作为隔震材料的最佳添加质量分数为30%;随着土工袋隔震层厚度的增加,隔震效果越明显,但是考虑到工程造价等问题,土工袋隔震层在本实验工况条件下的最佳高度为500 mm。研究表明,土工袋橡胶砂隔震层是一种具有良好隔震效果、廉价环保的新型基础隔震方法,适用于建筑成本较低的村镇房屋。

稠油热采防砂封隔器的研制及应用

渤海油田稠油油藏占比达50%以上,然而由于稠油本身黏度大、开采难度大,通常做法是往井筒中注入高温高压蒸汽来降低稠油黏度,这就要求蒸汽到达油藏后热损失小,而且稠油油藏埋藏浅,储层胶结疏松易出砂、高温吞吐加剧出砂,常规封隔器不能满足稠油热采所需的长效密封要求。为了解决业内这一世界级难题,结合稠油开发开采现状,通过结构设计、有限元理论分析及室内测试,研制成功了耐冷热交变八轮次的稠油热采防砂封隔器,测试结果表明,其能够满足油田稠油开发开采对热采长效防砂工具的苛刻性能需求。目前,研究成果已经在现场成功应用,对于稠油油田的规模化开采及渤海油田上产4000万t意义重大。

橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量的试验研究

橡胶与土的混合物已经广泛用于边坡、挡土墙以及路基回填中,将其当作一种隔震材料用于基础隔震中去,从基础隔震的角度来研究橡胶颗粒-砂混合物的动力性能。利用循环单剪仪测出不同固结压力下不同配比的橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量,绘出动剪模量随动剪应变的变化曲线,并对其进行比较,研究表明:橡胶颗粒的存在可以有效地降低橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量,橡胶颗粒-砂混合物的动剪模量随固结压力增大而增大。

Shear modulus and damping ratio of sand-granulated rubber mixtures

Recycled waste tires when mixed with soil can play an important role as lightweight materials in retaining walls and embankments, machine foundations and railroad track beds in seismic zones. Having high damping characteristic, rubbers can be used as either soil alternative or mixed with soil to reduce vibration when seismic loads are of great concern. Therefore, the objective of this work was to evaluate the dynamic properties of such mixtures prior to practical applications. To this reason, torsional resonant column and dynamic triaxial experiments were carried out and the effect of the important parameters like rubber content and ratio of mean grain size of rubber solids versus soil solids(D50,r/D50,s) on dynamic response of mixtures in a range of low to high shearing strain amplitude from about 4×10-4% to 2.7% were investigated. Considering engineering applications, specimens were prepared almost at the maximum dry density and optimum moisture content to model a mixture layer above the ground water table and in low precipitation region. The results show that tire inclusion significantly reduces the shear modulus and increases the damping ratio of the mixtures. Also decrease in D50,r/D50,s causes the mixture to exhibit more rubber-like behavior. Finally, normalized shear modulus versus shearing strain amplitude curve was proposed for engineering practice.

沥青及橡胶沥青沙漠砂混合料路用性能研究

为了验证沙漠砂作为细集料应用于道路工程的可行性,对具有不同沙漠砂替代率的沥青及橡胶沥青混合料的路用性能进行试验研究,并得出2种混合料的沙漠砂最大替代率。试验结果表明:沙漠砂可以应用于沥青混凝土路面中。

橡胶集料风积沙混凝土柱抗震性能试验研究

为研究橡胶集料风积沙混凝土柱的抗震性能,制作了4根相同尺寸的混凝土柱试件,其中包括普通混凝土柱、风积沙混凝土柱、橡胶集料混凝土柱和橡胶集料风积沙混凝土柱。通过低周反复荷载试验,分析各试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和延性等抗震性能指标。在试验的基础上,根据能量耗散原理建立累积损伤评价模型,并对结构进行了累积损伤分析。研究结果表明:10%橡胶集料的掺入能够改善混凝土柱的变形能力,但混凝土柱的承载力有所降低;30%风积沙的掺入可以改善混凝土柱的抗震性能;橡胶集料风积沙混凝土柱具有较好的滞回性能,且耗能能力和延性性能明显高于其余试件,柱的抗震性能得到提高;通过累积损伤分析表明:适量掺入橡胶集料和风积沙的可以有效减缓试件的损伤,且该累积损伤模型能够较好的反映出各试件的损伤程度。

橡胶砂动剪模量和阻尼比循环单剪试验研究

对7种不同配比的橡胶颗粒-砂混合物(简称橡胶砂)进行了循环单剪试验,得出了4种不同竖向固结压力p下不同配比橡胶砂的动剪模量和阻尼比的变化规律。研究表明:同一固结压力下,橡胶颗粒的增多使得应力-应变曲线明显降低,动剪模量衰减,阻尼比和隔震消能能力提高;同一配比下,橡胶砂的应力-应变曲线和动剪模量随固结压力的增大而增大,而阻尼比则随着固结压力的增大略有降低;橡胶颗粒含量的增加,会使得动剪模量归一化G_d /G_(d max)-y_d曲线衰减更早,更有利于橡胶砂的隔震应用;与已有研究的对比分析表明,该试验结果与已有文献的试验结果吻合良好,橡胶砂混合物的动剪模量和阻尼比受试验方法的影响不大。

橡胶掺量对格栅-橡胶砂界面宏细观剪切特性影响

为了研究土工格栅–橡胶砂界面的剪切特性,通过室内大型直剪仪,分析了不同橡胶掺量、相对密实度和竖向应力下界面的剪应力–剪切位移关系及体变特性;并基于室内试验,建立关于PFC^(3D)的纯砂和橡胶砂直剪模型,揭示土工格栅加筋橡胶砂在直剪过程中的细观力学机理。研究表明:在相同密实下橡胶砂剪切强度随着橡胶掺量增加先增大后减小,其最优橡胶掺量为10%,且越松散由橡胶掺量引起的剪切强度差(|τ0-τ50|)越大;在纯砂中掺入一定量橡胶颗粒能增大其似黏聚力和内摩擦角,但影响其剪切强度以内摩擦角为主;橡胶颗粒掺入致使剪切带相对厚度变小,橡胶颗粒对砂颗粒的转动起抑制作用,使得橡胶砂的孔隙率的变化量小于纯砂;橡胶砂组构分布能够反映接触力的分布,整体上颗粒间接触点数量比纯砂的略多,法向接触力和切向接触力比纯砂小;橡胶颗粒掺入增大了体系的阻尼耗能,提高了混合物的弹性。