热解炭黑与沥青相容性的分子动力学模拟

为了探索废轮胎热解炭黑(PCB)与沥青的相容特性,选取PCB外层灰分的主要组分SiO_(2)和ZnO作为其代表,以含缺陷的石墨烯层(D-Graphene)作为炭黑表层,使用Materials Studio软件构建沥青与这些组分的界面模型.通过分子动力学研究发现:ZnO与沥青的黏附能密度最高,其次为D-Graphene,SiO_(2)最低;D-Graphene/沥青界面的沥青分子活性极高,显示出最大的均方位移和扩散系数;ZnO对沥青各组分均表现出较强的吸附性,而SiO_(2)与D-Graphene对沥青不同组分的吸附表现出选择性.基于模拟结果可推测,提高PCB与沥青黏附性的关键在于尽可能消除PCB中的酸性矿物灰分,并暴露其表层活性点.

基于分子模拟的生物油再生沥青-集料黏附性研究

为明确再生剂对老化沥青黏附性的影响规律,对3种生物油再生剂再生沥青各组分在集料表面的空间分布特点进行研究。使用分子动力学方法,通过建立沥青-集料界面模型,模拟不同沥青和集料之间的黏附行为,计算了再生沥青-集料分子之间的相互作用能,定量评价了再生沥青-集料之间的黏附性。结果表明:老化过程会削弱沥青与SiO_(2)集料的黏附性,再生沥青与SiO_(2)集料的黏附性与集料表面的轻组分浓度有关。腰果酚再生剂与沥青中的极性分子存在竞争吸附作用,抑制了集料表面再生沥青极性分子的吸附,使老化沥青与集料间的相互作用能提高了7.1%,提高了再生沥青和集料的黏附性。研究生物油再生沥青-集料间的纳观黏附机理,对于生物基沥青再生剂的应用与推广,提高再生沥青混合料的整体路用性能具有借鉴意义。

考虑格栅水力特性的柔性支护处治膨胀土边坡的数值模拟分析

运用Plaxis软件进行流固耦合分析,探讨了格栅水力特性对膨胀土边坡稳定性的影响,并在此基础上分析了不同降雨条件下柔性支护处治膨胀土边坡的原理。结果表明,随着雨水持续入渗,加筋边坡各层土工格栅轴力不断增加,呈中间大、两端小的“凸”型分布,忽略格栅的水力特性会低估格栅所受轴力、高估边坡稳定性。柔性支护结构可有效提高边坡抵抗降雨入渗的能力,维持膨胀土体抗剪强度,同时也能限制边坡变形和位移增长,是一种处治膨胀土边坡的有效方式。

脱硫石膏-粉煤灰活性掺合料设计及水化特性

针对电厂两大工业废渣——烟气脱硫石膏及粉煤灰,通过试验研发用于混凝土的活性复合矿物掺合料。以适当比例复合后的脱硫石膏及粉煤灰等量取代水泥掺入到水泥砂浆中,通过活性激发措施,以胶砂流动度、早期强度以及强度发展规律等作为控制指标探索脱硫石膏及粉煤灰的最优配比,同时通过微细观结构的SEM观测评价脱硫石膏-粉煤灰活性矿物掺合料在水泥基材料中的作用效应。结果表明,脱硫石膏及粉煤灰以1:2的比例复合等量取代水泥30%掺入水泥砂浆中,可获得较为优异的胶砂流动度、早期强度,而后期强度能赶上甚至超过基准水泥胶砂;SEM表明由于脱硫石膏及其它外加组分的活性激发效应,粉煤灰的活性得到有效激发,早期有明显的钙矾石生成。脱硫石膏-粉煤灰复合矿物掺合料的研发可大量消纳燃煤电厂的工业废渣,且在水泥基材料体系中具有优异的水化及低成本特性,具有显著的"绿色"效应,符合中国"可持续发展"的战略要求。

集成VISSIM、Excel VBA和MATLAB的仿真平台研究

本文提出了利用Excel VBA作为主控程序将VISSIM与MATLAB进行集成构建仿真平台的方法,解决了直接对VISSIM二次开发编程难度大、耗时长的问题.该方法综合Excel VBA与VISSIM、MATLAB的接口编程容易,且MATLAB具有强大的工具箱、库函数和擅长处理矩阵的优点,其中VISSIM和MATLAB作为Excel VBA的调用对象,利用MATLAB编制新建交通控制模型的代码,利用VISSIM模拟车流运行和提取各种交通运行性能指标.具体地,VISSIM与Excel之间采用COM数据通讯接口进行集成,Excel与MATLAB之间采用Excel Link扩展接口进行集成.采用这种方法建立的交通控制仿真平台为研究验证新型的交通控制模型提供了有效途径,最后给出了一个基于该控制仿真平台建立的Q学习配时优化模型的实例.

水泥-粉煤灰-脱硫石膏干混抹面砂浆制备及变形性能

以粉煤灰(FA)及脱硫石膏(FGD)取代部分水泥,制备了水泥-粉煤灰-脱硫石膏干混抹面砂浆,并对胶凝材料体系进行了试验优选。在材料制备基础上,对优选砂浆进行了力学性能、和易性及体积变形性能测试。结果表明,优选的三组干混砂浆力学性能分别满足M7.5、M10的强度要求;新拌砂浆的流动性、保水性满足规范要求,其中粉煤灰掺量越大,流动性越好;硬化砂浆表现出较好的"收缩补偿"效应,且脱硫石膏掺量越大,减缩效应越明显,28d干缩率最大仅为110×10-6;圆环法加速开裂试验表明,优选出的砂浆具有较低的开裂敏感性,水泥掺量不超过15%时,砂浆28d均未见肉眼可见裂纹。综合试验结果,推荐干混砂浆配比为:水泥:粉煤灰:脱硫石膏:砂=0.15:0.60:0.25:3。

含软弱夹层板岩抗剪强度试验及表征方法

在微机控制岩石剪切试验机上,针对预裂的含薄层黏土充填结构面板岩试件,进行不同法向应力下的结构面直剪试验,发现:结构面直剪试验中,并不是整个结构面都参与抗剪工作,只有部分结构面发挥抗剪作用,而且发挥抗剪作用的有效摩擦面积随法向应力的增大而增大,但是增大速率逐渐减小。基于整个结构面发挥抗剪作用的假设,获得了结构面表观剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面表观抗剪强度指标;同时基于每次直剪试验中结构面部分区域发挥抗剪作用的假设,获得了结构面有效剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面有效抗剪强度指标。对比两者发现:结构面抗剪强度指标中,内摩擦角与发挥抗剪作用面积的选取无关,黏聚力则受发挥抗剪作用面积选取的影响;基于结构面有效摩擦面积计算得到的有效黏聚力,相比表观黏聚力,提高了95%。本文研究成果对于滑坡工程治理方案的评估与选择具有重要的意义和价值。

应变水平对沥青混合料动态模量及黏弹性的影响分析

为了研究应变水平对沥青混合料动态模量的影响及弯拉作用下的沥青混合料动态力学性能,使用两点弯曲试验方法对两种沥青混合料进行了不同应变水平下的动态模量试验。结果表明:应变水平越大,沥青混合料的动态模量越小,相位角越大。根据时温等效原理,计算了主曲线的移位因子lg(αT),绘制了动态模量和相位角主曲线,分析了沥青混合料的动态力学性能。通过二元二次多项式回归把主曲线扩展至三维主曲面。研究结果表明:应变水平对沥青混合料的动态模量和黏弹性有显著影响,超载将加速沥青路面的损害。

新疆岩沥青改性沥青混合料疲劳性能的试验研究

为了揭示岩沥青改性沥青混合料的疲劳耐久性,利用MTS-810材料试验系统,分别对普通重交沥青混合料、SBS改性沥青混合料和岩沥青改性沥青混合料等3种混合料进行了不同应力比下的疲劳试验,建立了3种沥青混合料的S-N疲劳方程,并对3种沥青混合料的疲劳试验结果进行了比较.在相同的应力比试验条件下,岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命最大,普通重交沥青混合料的疲劳寿命最小.岩沥青改性沥青混合料S-N疲劳方程参数k最大,n最小.研究结果表明:两个疲劳方程参数k和n均证实了岩沥青改性沥青混合料具有较好的抵抗疲劳荷载的能力.在荷载水平增加相同幅度的情况下,岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命衰减量最小.在相同的级配、油石比和荷载条件下,其疲劳耐久性最好.

超疏水涂层对沥青路面防冰性能的影响

采用有机硅橡胶与表面改性过的微米/纳米粉末制备了超疏水涂层,研究了该涂层对于沥青路面防冰性能的影响.接触角测试结果表明,该超疏水涂层的接触角达到了160°;沥青混合料表面结冰温度试验结果表明,在同样降温条件下,相比于无涂层的沥青混合料试件,涂有超疏水涂层沥青混合料试件的表面水滴结冰时间延长了1.5倍;沥青混合料表面冰层黏结力试验结果表明,相比于无涂层的沥青混合料试件,涂有超疏水涂层沥青混合料试件的表面冰层黏结力在-5℃时减小了84%.

考虑拉压模量不同的沥青路面力学计算方法与分析

现行沥青路面设计理论为传统的线弹性理论,设计时采用抗压回弹模量作为材料刚度参数,并未充分考虑道路材料拉压模量具有显著差异的特点。为此,文章将双模量理论(即拉压模量不同弹性理论)引入到路面力学分析中,基于迭代思想建立考虑材料拉压模量不同的沥青路面结构数值计算方法,且利用ABAQUS二次开发平台UMAT编制计算子程序,对典型沥青路面结构进行力学分析。结果表明:路面关键点位的力学响应,基于双模量理论与传统线弹性理论的计算结果之间的偏差高达30%~50%,应引起高度重视;沥青路面表面存在着较大的拉应力和拉应变,应为沥青路面破坏源之一,建议将沥青面层的设计点位从层底移至路表轮隙区;应用双模量理论对路面结构进行力学分析可有效地解决道路材料弹性模量的不唯一性问题。

不同模量理论广义弹性定律的深入研究

传统不同模量理论中基于主应力方向建立的本构方程,仅能表述主应力方向的应力应变关系,并未体现出其他方向的应力应变特性,不能有效表征拉压不同模量问题的力学本质.基于此,在主应力方向的本构方程基础上,利用应力及应变的转轴公式,推导了基于不同直角坐标系下的拉压不同模量本构方程的具体形式,也即广义弹性定律.经理论验证,此广义弹性定律揭示了拉压不同模量问题既是非线性问题也体现出各向异性的力学性质;并且在拉压模量相等时可以回退到经典弹性理论本构方程,而基于主应力方向建立的本构方程是广义弹性定律中的特例.针对不同模量理论中不甚明晰的剪切模量和泊松比-弹性模量比值的假设,应用所得到的广义弹性定律对纯剪应力状态进行了力学分析,分析表明:在基于最大或最小剪应力方向的直角坐标系下,剪应力与剪应变成线性关系,剪切模量保持不变;并结合微元体纯剪变形的几何关系,证明了假设即拉泊松比与拉模量之比等于压泊松比与压模量之比在纯剪受力状态下是自然满足的.

降雨-蒸发循环作用下柔性支护处治膨胀土边坡的渗流及稳定性研究

为探究土工格栅柔性支护处治膨胀土边坡的机理,基于广西百色地区的气候数据资料,运用Plaxis有限元软件分析了实际大气降雨-蒸发循环作用下柔性支护处治膨胀土边坡的温度、渗流变化及边坡稳定性。结果表明:边坡土体温度变化随着深度的增加而减小,在浅层温度变化最显著,最后逐渐趋于平缓。温度场的影响范围远大于渗流场,温度的改变很难对碎石层后部土体造成影响,深部土体温度在降雨-蒸发循环下仍保持稳定,土体中基质吸力、边坡安全系数与天气条件之间变化规律一致。柔性支护结构的存在能有效阻挡雨水渗入膨胀土边坡,保持膨胀土边坡含水率的长期稳定,有效阻隔蒸发蒸腾作用对膨胀土边坡的影响,维持了膨胀土体较高的抗剪强度,起到防渗保湿效果。

反倾岩质边坡块状-弯曲复合倾倒破坏分析方法研究

由于岩石的脆性和节理的不规则性,块状–弯曲复合倾倒破坏是反倾岩质边坡最常见的倾倒失稳类型。首先通过离心模型试验揭示块状–弯曲复合倾倒的破坏机制,建立块状–弯曲复合倾倒破坏的力学模型,其次基于极限平衡理论,分别推导出了完整岩层和块状岩层稳定性的力学解析公式,并提出一种块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面搜索算法,最后,通过Matlab编程实现稳定性分析过程。研究结果表明:发生块状–弯曲复合倾倒破坏的边坡可以划分为倾倒区、裂缝区、变形区及无影响区,块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面呈台阶状,且破坏面的台阶高度等于块状岩层内块体高度的倍数;理论分析方法的计算结果与离心试验结果相互吻合;采用理论计算方法进行了影响因素分析,发现缓倾节理倾角及边坡坡角对倾倒Ⅰ区的破坏面范围影响较大,岩层厚度、抗拉强度及缓倾节理倾角对临界失稳高度影响较大。研究成果可为该类边坡的灾害防控提供理论支撑。

基于非线性疲劳损伤的沥青路面轴载换算

为了建立沥青混合料的非线性疲劳损伤演化方程,同时为完善沥青路面的轴载换算方法,首先进行沥青混合料的配合比设计,确定矿料级配及最佳油石比,然后从损伤力学基本理论出发,定义模量衰减为其疲劳损伤参量,由此推导得到了疲劳损伤方程,并以此方程对小梁直接拉伸疲劳试验结果进行拟合,得到了模型参数和损伤随应力比的变化规律,建立了沥青路面轴载换算新方法。结果表明:沥青混合料的疲劳损伤演化具有明显的非线性,用Miner线性疲劳损伤理论来描述沥青路面疲劳损伤演化过程不合适,由此推导得到的轴载换算方法偏不安全,建立在非线性疲劳损伤演化基础上的轴载换算方法考虑了加载历史和损伤历史的影响。

考虑加载速度影响的沥青混合料疲劳方程

为了建立沥青混合料强度与疲劳行为之间的联系,通过不同加载速率下的沥青混合料直接拉伸强度试验,揭示了强度随加载速率的幂函数变化规律;基于不同加载速率下的强度值,得到了与疲劳加载速率对应的沥青混合料疲劳真实应力比;通过疲劳试验,创建了基于名义应力比和真实应力比的沥青混合料疲劳方程,基于名义应力比的疲劳方程后延后与横坐标的交点远比1大,不具有后延性,而基于真实应力比的疲劳方程可以后延到疲劳寿命为1的强度破坏点,统一了强度破坏与疲劳破坏行为;据此推导了沥青路面抗拉强度结构系数计算新方法;研究结果可为我国公路沥青路面设计规范的修订提供理论依据。

SBS改性沥青老化模拟及再生研究

为研究不同再生方式对老化SBS改性沥青性能影响情况,首先通过常规试验、SHRP试验选择恰当的SBS改性沥青老化模拟方式;然后对4种再生方式:Ⅰ、掺加SK-90号基质沥青;Ⅱ、掺加SBS改性沥青;Ⅲ、掺加再生剂;Ⅳ、掺加再生剂+90号基质沥青展开探讨,确定了各再生方式的最佳条件,比较了各再生方式的优劣差异.试验结果表明:采用RTFOT试验进行老化模拟更加方便、科学,RTFOT试验5 h获得的改性沥青指标与服务年龄为7 a的SBS改性沥青一致;4种再生方式对老化沥青性能均有改善作用,且每种方式的新、旧沥青最佳比例及添加剂最佳掺量均不相同,在各自最佳条件下比对4种再生方式知,最优再生方式为Ⅱ,然后依次为Ⅲ、Ⅳ、Ⅰ.

沥青路面不同厂拌热再生方案经济环保性量化评价

为了对4种不同厂拌热再生方案的经济环保性进行合理、客观的评价,以旧苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymer,SBS)改性沥青路面为再生对象,借助大量计算及清单分析方法,对不同热再生方案的经济成本及环保效益进行了系统的量化分析。结果表明:4种方案中,先使用SK-90^(#)新基质沥青和再生剂恢复旧料表面沥青性能、然后添加SK-70^(#)基质沥青以满足再生料最佳油石比的再生方案,不仅有益于提高沥青混合料回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的利用率、保证再生料性能优异,而且在经济和环保效益方面同样具有显著优势。以陕西省每年使用30万t厂拌热再生沥青混合料计算,相比于常用的添加新SBS改性沥青再生的方案,该方案可以节省经济成本和能源消耗分别约为924万元、1.0×10^(9)MJ。

老化SBS改性沥青混合料再生方式及RS因子可行性研究

选择3种沥青、1种改性剂组成4种再生方式对老化SBS改性沥青混合料进行再生研究,通过车辙、小梁弯曲、冻融劈裂试验比较4种再生混合料路用性能变化情况,确定不同再生方式下RAP的最大掺量及不同再生料性能优劣差异;利用汉堡试验进行性能验证,对汉堡试验性能评价指标进行分析,探讨其存在的不足,提出新的评价因子。结果表明:不同再生方式制备的再生混合料随着RAP掺量的增加,路用性能变化趋势差异较大,其中添加新SBS改性沥青与新集料对再生料的低温性能最有利,添加新基质沥青、再生剂及新集料对再生料的水稳性能最有利。车辙稳定度RS作为汉堡试验时高温性能的评价因子具有一定的可行性,可以用来直观比较不同方式下RAP掺量对再生沥青混合料性能的影响程度,确定各方式下高温性能的优劣。