不同建筑固废再生骨料取代率下粗粒土填料永久变形特性及安定行为研究

为探究城市建筑拆除固废再生骨料部分或全部取代天然骨料用于粗粒土路基填料的可行性,开展不同再生骨料取代率、含水率、围压和剪应力比等组合下的室内大型静动三轴试验,定量研究土性参数和应力状态对试样抗剪强度和累积塑性应变特性的影响规律。基于半对数坐标下累积塑性应变发展的多阶段特征,分别考虑不同阶段塑性变形累积速率以及相邻两阶段的塑性变形累积速率的差异,提出适用于建筑固废再生骨料路基填料的新型安定行为判定准则。研究结果表明:再生骨料路基填料试样的累积塑性应变随含水率和剪应力比的增大而增大,当再生骨料路基填料试样在剪应力比为0.3和0.5时,抗累积变形性能与天然骨料路基填料试验所得的抗累积变形性能接近,综合考虑抗剪强度和累积塑性变形特性的再生骨料路基填料最优取代率为85%;新安定行为判定准则具有较高的准确性,可为相似路基填料的长期路用性能评定提供理论依据。

考虑道砟嵌入作用的有砟轨道基床表层变形行为研究

为研究有砟轨道道砟嵌入现象及其对基床表层变形行为的影响,开展以道砟碎石-基床粉土双层试样为研究对象的动三轴试验,分析道砟嵌入对基床表层变形行为的影响,探讨基于道砟嵌入指标的基床表层变形行为标准。试验结果表明,道砟嵌入使得道砟碎石-基床粉土试样的粉土表层出现道砟槽痕并发生侧向变形,同时承受动荷载的能力降低;提高动应力水平和增加粉土含水率会加剧道砟嵌入程度;道砟碎石-基床粉土试样的破坏模式可分为剪切破坏型和软化破坏型;基床粉土含水率较低时,道砟碎石-基床粉土试样整体变形主要源于道砟和粉土的压缩变形,而当粉土含水率较高时,道砟嵌入引起的轴向和侧向变形则较为显著;当粉土处于最优含水率时,道砟嵌入速率为2.9×10^(-5) mm/s时道砟碎石-基床粉土试样达到塑性安定极限,而当粉土处于天然含水率和饱和含水率时,塑性安定极限对应的道砟嵌入速率则为1.4×10^(-4) mm/s。

复杂循环应力路径下冻结粉质黏土的变形特性与安定性行为研究

复杂循环应力路径下冻土的变形特性与安定性行为研究对寒区工程的长期稳定性具有重要作用。为分析不同复杂循环应力路径对冻土变形特性与安定性行为的影响,设计不同温度同一水平下的5种循环应力路径,即三轴循环应力路径(TCSP)、定向循环应力路径(DCSP)、圆形循环应力路径(CCSP)、椭圆循环应力路径(ECSP)和心形循环应力路径(HCSP),分析了粉质黏土的轴向累积塑性应变,同时利用3种安定性评价准则对结果进行评估。研究结果表明:不同温度5种循环应力路径下的轴向累积塑性应变满足DCSP>ECSP>HCSP>CCSP>TCSP。安定性评价结果表明,定向循环应力路径对土体的安定性行为影响最大,在3种准则下都属于增量破坏。在-15℃时,心形循环应力路径与椭圆循环应力路径试验结果在Chen-准则评估下也属于增量破坏。

循环荷载下路基红黏土临界应力水平分析

根据设计改装的循环动单轴压缩试验,研究不同含水率、不同轴向应力水平、不同循环加载次数、不同应力加载路径条件下路基土的塑性力学行为,并结合shakedown概念,界定了循环动荷载作用下红黏土的安定界限(shakedown limit)和临界应力水平,系统地分析了影响循环动荷载作用下路基土力学行为的因素和永久变形的发展趋势,以及路基土在循环载荷作用下的力学行为发展规律。通过试验结果的分析,把红黏土的塑性变形分为稳定、破坏和临界3个阶段,并按3个阶段划分出可接受状态和不可接受状态,由此确定路基红黏土在循环荷载作用下的临界应力水平为41.8%。

路基土动荷载下力学行为研究进展

从试验研究、模型和本构关系研究两大部分入手,介绍了路基土在动荷载作用下的塑性及回弹行为、安定行为与临界应力水准及其判别、应变速率、固结沉降与固结度、动力本构模型、孔压模型、应变软化、应变硬化等基本特征,对比分析了国内外对路基土动荷载下力学行为研究的最新进展,总结了当前路基土研究中存在的主要问题,并提出了今后研究的发展趋势。

交通荷载应力路径下K_0固结软黏土变形特性试验研究

交通荷载作用下,软黏土路基土单元体上所受主应力的大小和方向是同时变化的,即在剪应力幅值改变的同时主应力轴连续旋转。针对该问题,利用GDS空心圆柱系统对K_0固结天然温州软黏土进行不排水大数目(10000次)循环扭剪试验,分析了K_0固结软黏土在考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下的应变特性。试验结果表明:主应力轴旋转的存在将使土体内产生更高的孔压,并在轴向上产生额外变形,且随着扭剪应力的等幅增加,竖向应变和孔压的增加量将越来越大。考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下K_0固结软黏土的变形发展模式有所不同,可由安定理论进行解释。确定了考虑主应力轴旋转下K_0固结温州软黏土的临界动应力水平——即门槛循环应力比、容许循环应力比和临界循环应力比的范围。提出可将容许循环应力比作为道路工程沉降控制的准则。与三轴试验结果相比,考虑主应力轴旋转时,道路设计中对动应力的控制应更为严格。

半潜式钻井平台用钢DH36安定行为试验研究

为了给半潜式钻井平台的安全性和寿命评价提供可靠试验依据,在室温下对半潜式钻井平台用钢DH36钢进行了考虑加载波形、加载速率和应力比影响的多工况单轴棘轮安定试验。结果表明:循环硬化速率随循环周次的增加快速下降,在低于某一值的循环应力作用下,应变将最终趋于棘轮饱和状态;正弦应力波比三角波更快地趋于安定,采用较低的加载速率可以加速材料趋向饱和棘轮状态;峰值应力固定不变时,棘轮应变对应力比历史无明显的记忆性;波形和加载速率对饱和棘轮应变的影响有限,饱和棘轮应变随着应力峰值的增加而增大。

火箭用高转速氢泵叶轮的非线性结构分析与改进

为研究氢泵叶轮在高速离心载荷下的非线性力学行为,并对结构进行优化,建立了叶轮的有限元模型。采用理想弹塑性和线性强化弹塑性材料模型计算应力应变状态和极限转速,应用安定理论分析叶轮安定极限载荷。结果表明:在工作转速下原始结构最大等效应力超过屈服强度,但最大主应变并未超过最大容许应变;回流孔形状改为椭圆以及增大叶片根部圆角半径,均能够降低局部最大应力;安定极限转速以及理想弹性模型和线性强化弹塑性模型对应的极限转速均高于工作转速,表明叶轮的安全裕度较高,应当引入弹塑性设计理念。

列车间歇荷载作用下路基细粒土填料的塑性变形行为及临界动应力研究

铁路路基承受的列车长期荷载作用为列车通过时的振动加载和无列车通过时的加载间歇,即间歇性动荷载。为探究列车间歇性动荷载作用下路基填料的塑性变形行为及临界动应力,设计一系列考虑含水率、围压、动应力条件等因素的连续加载与加载–停振的动三轴试验,对比分析加载间歇对路基土变形行为的影响,并重点分析间歇加载条件下路基土的塑性变形行为。试验结果表明,试样在间歇阶段的排水和卸载使得加载阶段积累的超孔隙水压力消散、土体内部颗粒及结构发生调整,降低了塑性变形在后续加载阶段的累积,并提高了试样的临界动应力;间歇加载条件下粉土的塑性变形行为可划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏;基于塑性应变速率,建立间歇加载条件下粉土变形行为的划分标准;引入静强度对安定理论进行修正,提出考虑含水率和围压等因素的间歇加载条件下粉土临界动应力经验公式。研究结果对于认识实际运营条件下路基的变形行为及动力稳定性具有重要意义。