橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔隙比e_(sk)对混合土的最大动剪切模量G_(max)进行评价。结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比e_(sk)增大,G_(max)降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,e_(sk)增大,G_(max)升高。在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比e_(sk)提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_(max)表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土G_(max)提供依据。

超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案设计研究

为对超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案进行合理设计,以计算跨径600 m的劲性骨架拱桥——天峨龙滩特大桥为背景,围绕模型缩尺比、结构设计、材料及加载系统等关键环节,开展主拱圈缩尺模型试验方案设计研究。最终确定模型拱缩尺比为1∶10,劲性钢骨架采用单肋形式,采用与实桥主拱圈性能相近、便于施工的材料,采用阵列式滑轮组加载系统实现模型拱和实桥主拱圈的应力等效,还原外包混凝土分环分段浇筑施工,并简化劲性钢骨架与管内混凝土施工。将模型拱外包混凝土应力实测值、ANSYS建模计算得到的模型拱理论值及实桥主拱圈理论值进行对比,结果表明:模型拱和实桥主拱圈外包混凝土在施工阶段的应力变化趋势基本相同,最大绝对误差在2 MPa以内,模型拱应力实测值和理论值也吻合较好,缩尺模型试验方案设计合理。

饱和珊瑚砂体应变发展模式与预测模型试验研究

珊瑚砂具有较好的排水条件,地震、波浪荷载作用下饱和珊瑚砂产生的排水变形易引起海床和附近结构物的破坏。利用GDS循环三轴仪,针对南沙岛礁饱和珊瑚砂试样进行了一系列循环排水加载试验,以探究细粒含量FC、相对密度D_r及循环应力比CSR对饱和珊瑚砂变形特性的影响。试验结果表明,饱和珊瑚砂的累积体应变ε_(vp)的发展速率和变形程度随FC、CSR的增大而增大,随D_(r)的增大而减小。饱和珊瑚砂ε_(vp)-N关系曲线呈现出循环平稳和循环蠕变两种发展模式。引入潜在破坏系数DP表征FC对ε_(vp)发展模式的影响,建立了DP×CSR-D_(r)框架的饱和珊瑚砂体应变发展模式评价方法。为表征FC及D_(r)对饱和珊瑚砂ε_(vp)-N关系曲线的影响,引入了骨架孔隙比e_(sk)*,发现两种发展模式下ε_(vp-s)与e_(sk)*均存在良好的相关性,遂建立了排水循环加载条件下饱和珊瑚砂的体应变发展模型,可以较好地预测饱和珊瑚砂的累积体应变发展规律。

7A04-T6铝合金矩管柱抗震性能研究

为研究7A04-T6铝合金矩管柱的抗震性能,在验证有限元模型可行性的基础上,对12根7A04-T6铝合金矩管在低周反复荷载下的加载过程进行模拟。根据模型计算结果分析长细比、轴压比及截面形式对7A04-T6铝合金矩管抗震性能影响,得出随着长细比、轴压比的增大,构件抗震性能变差,与加载方向对应的矩管柱腹板尺寸对其抗震性能起着主导作用。同时提出了可用于预测7A04-T6铝合金矩管抗震性能的骨架曲线模型,并验证了模型的准确性。

基于密实骨架的面板混凝土配合比优化

面板混凝土抗裂一直是水电行业关注的重点,许多学者对其养护措施、膨胀剂以及抗裂纤维进行了大量、系统的研究。笔者阐述了新疆阿尔塔什水利枢纽工程现场材料通过致密正填配合比试验获得混凝土密实骨架:按粗骨料、细骨料和粉煤灰逐级优化和填充用以寻求混凝土最小孔隙率以及最低水泥浆体用量、进而提高面板混凝土体积稳定性以及降低温度裂缝风险的过程。

木质素改良粉土无侧限抗压强度特性

为了研究木质素改良粉土的力学性能,通过无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验研究了木质素改良土的无侧限抗压强度,分析了木质素掺量、养护龄期、孔隙率及骨架孔隙比的影响.研究结果表明:改良土的无侧限抗压强度随木质素掺量的增大呈先增大、后减小的趋势,随着养护龄期的增大呈逐渐增大的趋势;建立了双曲线模型,预测改良土的无侧限抗压强度与养护龄期、木质素掺量的关系;在粉土中因添加木质素而生成的胶结物质改变了粉土的孔隙率和骨架孔隙比,改良土无侧限抗压强度随着骨架孔隙比的增大而减小;木质素掺量为8%时,孔隙率和骨架孔隙比达到最小值,而无侧限抗压强度达到最大值.

骨架孔隙比对粗粒土强度变形特性的影响研究

粗粒土强度变形特性与初始级配和制样干密度密切相关。为研究不同级配和密度组合的粗粒料强度变形特性,提出了一种计算简便、易于推广的粗粒土骨架孔隙比计算方法。开展的室内试验结果表明,该计算方法所得的骨架孔隙比与粗粒土力学特性之间存在较为明显的单调性变化规律。当试样尺寸一致时,随着骨架孔隙比减小,破坏剪应力增大,破坏摩擦角增大,黏聚力减小;平均初始切线弹性模量增大,平均初始切线泊松比减小。整体而言,骨架孔隙比越小,粗粒土强度、刚度越大。基于该结论,笔者提出了一种等骨架孔隙比粗粒土缩尺方法。

基于剪切应变特征的饱和珊瑚砂超静孔压发展模型试验研究

利用空心圆柱扭剪仪,针对南沙岛礁饱和珊瑚砂试样进行了一系列不排水循环扭剪试验,以探究细粒含量FC、相对密度D_(r)及循环应力比CSR对饱和珊瑚砂超静孔压比R_(u)增长特性的影响。试验结果表明:R_(u)-N曲线发展速率随FC及CSR的增大而增大,随D_(r)的增大而减小;饱和珊瑚砂的R_(u)-N曲线发展速率明显超出了陆域石英砂,传统的Seed孔压模型对珊瑚砂孔压发展规律的表征不完全适用。相同的FC和D_(r)下,不同CSR作用下的珊瑚砂R_(u)与剪应变幅值γ_(a)具有唯一性关系。建立了基于剪应变特征的孔压发展预测模型,分析表明,孔压模型参数A为土性相关的常数,密度修正的孔压模型参数的B/(D_(r))^(1.5)与等效骨架孔隙比e_(sk)^(*)具有单一的负幂函数关系。

非饱和橡胶粉土土水特征曲线及颗粒接触状态

将废旧轮胎与土混合作为建筑材料应用于土木工程领域是处理废旧轮胎最有前景的措施之一。为了研究废旧轮胎橡胶颗粒改良粉土的效果,以橡胶颗粒与粉土的混合土为研究对象,采用滤纸法测定橡胶粉土的土水特征曲线,分析含水率、橡胶含量对土水特征曲线的影响。结果表明:同一橡胶含量下,混合土的基质吸力随含水率增大非线性减少,呈现出典型的3阶段特征;在同一含水率下,基质吸力随橡胶颗粒含量呈先增大后减少的趋势,当橡胶含量为20%时,混合土的基质吸力最大;基于Van Genuchten模型建立混合土的土水特征曲线模式;基于颗粒接触理论,考虑颗粒比重不同,建立混合土的接触状态模式,构建骨架孔隙比描述混合土的非饱和特性,混合土的基质吸力随着骨架孔隙比的增加呈先增加后减小的趋势。

非饱和橡胶粉土抗剪强度特性研究

为研究非饱和橡胶粉土的抗剪强度特性,对具有不同橡胶颗粒掺量、含水率的橡胶粉土开展了一系列直剪试验。基于颗粒接触状态理论,构建了橡胶粉土的细观接触模式,建立了基于不同橡胶掺量的橡胶粉土骨架孔隙比计算方法。试验结果表明:在低含水率下,橡胶粉土的抗剪强度随骨架孔隙比增大而减小,在高含水率下,橡胶粉土抗剪强度随骨架孔隙比增大而增大;基于橡胶粉土的土-水特征曲线,得到了基质吸力与含水率的对应关系,在低骨架孔隙比下,橡胶粉土的抗剪强度随着基质吸力的增大而增大,在高骨架孔隙比下,橡胶粉土的抗剪强度随着基质吸力的增大先降低后增大;基于骨架孔隙比及含水率对内摩擦角、黏聚力的影响提出了非饱和橡胶粉土的抗剪强度发展机制,并建立了抗剪强度预测公式。研究结果可为橡胶粉土的实际设计施工提供理论支撑。

基于Motion Skeleton的2K-H型轮系速比计算方法研究

对2K-H型轮系机构进行了运动学仿真。对机构模型进行了介绍和简化处理,借鉴齿轮系机构理论,得到机构的数学模型并求解;借助Creo软件的Motion Skeleton模块,对不同的轮系状态进行运动学仿真分析,得到了2K-H型轮系的速比变化曲线。验证了独特的2K-H型轮系速比求解的正确性。

不同粒径比下含细颗粒砂土液化特性的试验研究

利用带有弯曲元的GDS动三轴仪,对3种不同粒径比下含细粒砂土进行不排水循环三轴和弯曲元试验,分析了细颗粒含量、密实度、初始有效围压、制样方法以及粗细颗粒粒径比对砂土液化特性的影响,探讨了等效骨架孔隙比e能否合理统一表征不同初始状态以及不同粒径比下含细粒砂土的抗液化强度。研究结果表明:等效骨架孔隙比e可以合理解释低塑性粉粒含量对各种砂性土抗液化强度CRR15和小应变剪切模量G0的影响,两者均呈负幂数关系,且G0通过e与CRR15呈现一一对应关系,为含细颗粒砂土液化判别提供了一种新的经验性方法。其次,通过e表征砂性土抗液化强度时应当考虑初始围压和制样方法的影响,特别对于孔隙比较小和细颗粒含量较低时。粒径比χ在小于9.9时对CRR15与e的关系影响较大,而当χ大于9.9时,关系曲线几乎重合一致,且发现等效相对密实度Dr与3种砂性土的抗液化强度呈单调递增线性关系,不受细颗粒含量和粒径比的影响。

不同硅铝比缺陷型HZSM-5沸石物化性质的表征

ZSM-5沸石普遍存在不同程度的骨架缺陷,这些骨架缺陷会使ZSM-5沸石产生不同数量和形式的羟基窝缺陷位,然而关于羟基窝对缺陷型ZSM-5沸石物化性质(包括结晶度、亲水性、孔结构、酸性等)影响的研究却鲜有报道。因此,选用4种不同硅铝比的缺陷型HZSM-5沸石(300 nm,硅铝比为55、100、480、950)和六氟硅酸铵((NH_(4))_(2)SiF_(6))修复上述缺陷型HZSM-5沸石得到的参比样品,围绕沸石结晶度、亲水性、孔结构和酸性等基本物化性质开展系统的表征研究,考察缺陷型ZSM-5分子筛的羟基窝对其物理化学性质的影响。研究结果表明:缺陷型ZSM-5沸石具有大量的羟基窝缺陷,羟基窝缺陷位对ZSM-5沸石的物化性质具有较大影响。相比于常规ZSM-5沸石,缺陷型ZSM-5沸石具有更多的弱酸性位、更大的孔体积和比表面积。

贝雷法参数CA比对沥青混合料性能的影响

通过贝雷法选择5种不同CA比的沥青混合料级配,对其进行马歇尔试验、粗集料松装空隙率试验、车辙试验和旋转压实试验,分析了CA比对沥青混合料各项性能的影响.结果表明:CA比对沥青混合料的空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架的形成、抗车辙性能和压实性能具有显著影响;CA比在0.4～0.6之间的沥青混合料具有较好的稳定性;CA比同沥青混合料中整个集料骨架的形成之间并无较好的规律性关系.

细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响研究

利用GDS循环三轴试验系统,进行一系列不同细粒含量砂土的不排水动三轴试验,研究细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响。试验结果表明,砂土的动弹性模量随细粒含量的增加而减小,但当超过细粒含量的临界值30%后,变化趋势则相反;阻尼比随着细粒含量的增加呈现先增大后减小的趋势,其细粒含量的临界值也为30%。当细粒含量小于30%时,砂土的动力特性主要由粗粒决定,粗粒间形成的骨架孔隙比随细粒含量的增加而增大,相同应变水平下抵抗变形的能力随之减弱,从而使动弹性模量减小。同时,土颗粒间接触点的减少使应力波在土中传播速度变慢,使得土体对动荷载反应的滞后性增强,阻尼比随之增加;当细粒含量大于30%后,砂土的动力特性主要由细粒决定,细粒间孔隙比随着细粒含量的增加而减小,从而使砂土的动弹性模量与阻尼比呈现出相反的变化趋势。

利用骨架特征信息的粘连谷粒图像分割方法

针对长宽比大的粘连谷粒图像精确分割问题,提出利用图像骨架粘连点位姿信息的粘连谷粒图像分割方法,相比常规分水岭算法提高了准确性和可靠性。在图像平滑、二值化的基础上提取谷粒的骨架信息,采用SPT算子定位骨架粘连点位姿并进行粘连点延展闭合。针对不同粘连程度的谷粒图像,将本文算法与传统分水岭算法进行了对比测试,结果表明本文算法对于复杂粘连情况具有较强的适应性。当谷粒为长宽比在1.5以内的大豆和玉米时,本文方法和分水岭算法效果类似。然而,当谷粒长宽比大于1.5,分水岭算法出现大量欠分割和过分割现象,识别错误率达到75%,本文算法依然可控制在10%以内。

基于等效骨架孔隙比指标的饱和砂类土抗液化强度评价

为探讨各类饱和砂类土的物理特性对其抗液化强度CRR的影响,将具有不同细粒含量FC的福建、南京和南通砂类土分为3组：（1）相同的相对密度Dr;（2）相同的孔隙比e;（3）相同的骨架孔隙比esk。对具有不同物理特性的三类饱和砂类土进行了一系列均等固结不排水循环三轴试验,结果表明：e或Dr相同的饱和砂类土的CRR随FC的增加而降低;但esk相同的砂类土的CRR随FC的增加而增大。结合文献中十类砂类土的CRR试验数据,分析表明：各类饱和砂类土的CRR随其等效骨架孔隙比＊ske的增大而单调地降低,且两者呈现较好的幂函数关系。这表明能综合反映砂类土颗粒组成,密实状态和粗细粒接触状态的＊ske是表征饱和砂类土CRR的一个有效物理特性指标;并首次发现饱和砂类土的CRR–＊ske关系曲线的最佳拟合参数A和B值由砂粒和细粒的物理特性共同决定。据此,饱和砂类土的CRR可仅由其物理特性指标较好地预测。

细粒含量对细粒–砂粒–砾粒混合料动强度的影响

从现有文献可以发现,含砾量、制样方法、相对密度和固结比等因素对饱和砂砾土动强度CRR的影响已有较多研究,但鲜有文献涉及细粒含量FC对砂砾土CRR的影响。通过一系列不排水循环三轴试验,研究了FC对细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的影响。基于颗粒接触状态理论,将细粒–砂粒–砾粒混合料分为类粗粒土、类细粒土和中间性态土;引入"循环流动"和"循环液化"描述类粗粒土和类细粒土的循环破坏过程,提出了适用于混合料的循环破坏标准。试验结果表明:随着FC的增大,混合料的CRR呈现出先降低后增大的特征,当FC=30%时,混合料的CRR最低。通过分析发现,细粒–砂粒–砾粒混合料的CRR随骨架孔隙比e_k的增大而降低,且当FC<25%或FC>35%时,两者有较好的指数关系,说明e_k是合理地表征细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的一个物理指标。

掺砂率对膨润土与砂混合物膨胀特性的影响

膨润土与砂混合物的膨胀特性是评估核废料深层地质处置工程长期性能的重要指标。对比不同膨润土及其与砂混合物的膨胀试验结果可知,对纯膨润土及其低掺砂率混合物,浸水膨胀完成后蒙脱石孔隙比e_m与竖向应力δ_v在双对数坐标内呈惟一的线性关系,利用该线性关系可预测浸水完成后不同竖向应力下的体积变化量及不同初始状态对应的膨胀力;对高掺砂率混合物,在砂骨架形成之前,e_m-δ_v线性关系成立,随着竖向应力的增大,砂骨架形成,对应的e_m值脱离e_m-δ_v线性关系,混合物中掺砂率越大,脱离该线性关系时的竖向应力就越小。砂骨架形成前,砂颗粒被蒙脱石包围,外力由蒙脱石承担,最终变形量由试样中单位体积蒙脱石的含量决定;砂骨架形成后,竖向应力最终由砂骨架和蒙脱石共同承担。利用砂骨架孔隙比的概念可确定各种不同掺砂率混合物形成砂骨架时的应力起偏点。同时,还可确定混合物能够形成砂骨架的掺砂率范围。

细粒含量对饱和砂类土液化强度的影响

为研究细粒含量FC对不同密实状态饱和砂类土液化强度CRR的影响,将不同FC的砂类土试样分为3组:(1)相同的相对密实度Dr=50%;(2)相同的孔隙比e=0.90;(3)相同的骨架孔隙比e_(sk)=1.20,对不同FC和密实状态(Dr、e和e_(sk))的砂类土进行了一系列不排水循环三轴试验。试验结果显示:e或Dr相同的砂类土CRR随着FC的增加逐渐降低;具有相同e_(sk)砂类土的CRR随FC的增加迅速增大,砂类土的CRR与D_r、e或e_(sk)都没有较好的相关性。分析表明:不同FC和密实状态砂类土的CRR随等效骨架孔隙比e_(sk)~*的增大而降低,两者呈现较好的负幂函数关系,这表明考虑细粒影响程度的e_(sk)~*是合理表征不同种类砂类土CRR的一个物理状态指标。通过对比已有的砂类土的试验结果发现:砂类土中的砂粒是影响CRR的重要因素,且随着砂粒的形状从圆状向角状变化,砂类土的总体CRR逐渐增大。