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关键词： 饱和红黏土   动力特性   团粒尺寸   排水条件   加载频率   细观结构  

摘要： 红黏土广泛分布于中国南方的热带和亚热带地区,是一种区域性特殊土。红黏土具有高强度、低压缩性等相对良好的力学特性,也被作为一种不错的天然填料,应用于红黏土地区的道路路基填筑工程中。因此,红黏土在循环荷载作用下的动力响应,则吸引了国内外学者的极大关注。目前,研究人员对排水条件、超固结比和加载频率等因素对红黏土动力特性的影响,已开展了卓有成效的研究。然而,团粒尺寸对红黏土动力特性的影响研究,则研究成果相对较少。事实上,红黏土中游离的氧化铁往往使土粒胶结成大小不一的团粒结构,对土体在循环荷载作用下的动力响应具有重要影响。基于上述研究现状,本论文以不同团粒尺寸制备的红黏土压实样为研究对象,用GDS动三轴仪对不同试样开展不同循环应力比、排水条件和加载频率的长期循环荷载试验,分别探究上述因素对红黏土压实样动力特性的影响。随后,用弯曲元设备测定不同试样的初始剪切波速,分析团粒尺寸对土体剪切模量的影响,确定团粒尺寸影响压实样力学特性的内在机理。最后,通过核磁共振仪测定了不同团粒尺寸压实样,在不同应力条件下的弛豫时间曲线,分析了土体孔径分布随团粒尺寸和应力状态的演化规律,探究了团粒尺寸影响红黏土动力特性的细观机理。具体研究成果如下: (1)不同团粒尺寸压实样的动力试验结果表明:不同团粒尺寸试样的动力特性在容许循环应力比前后的变化规律明显不同。小于容许循环应力比时,越小团粒尺寸制备压实样的累积动轴向应变越小。相应地,试样的动弹模量越大,初始阻尼比越小;大于容许循环应力比后,,越大团粒尺寸制样压实样的累积动轴向应变越小。相应地,试样的动弹模量越小,初始阻尼比越大。但是,不同试样的最终动弹模量和阻尼比趋于一致。 (2)不同排水条件下的动力试验结果表明:除极小循环应力比外,在相同的循环应力比下,试样在部分排水条件下产生的累计动力轴向应变明显小于不排水条件下的累计动轴向应变。相应地,部分排水条件下的动弹模量也越大,阻尼比越小。这主要是由于部分排水试验过程中,试样中孔隙水的排出使得土体的有效应力增加和孔隙比减小,土体抗剪强度明显增加,抵抗动荷载的能力增强所引起。 (3)不同荷载频率的动力试验结果表明:相同循环应力比作用下,土体的动轴向累计应变随荷载频率的增大而减小。相应地,这主要是由于土体抵抗动荷载的能力越好。加载频率的增大,使得土体在振动中的固结程度增加,土体变得更加密实,另一方面,在较大加载频率下,土体中的孔隙水压力没有足够的时间充分发展,对比加载频率较低时孔隙水压力显著降低。 (4)不同团粒尺寸试样的弯曲元试验结果表明:试样的初始剪切模量随团粒尺寸制备的增大而逐渐减小。土体团粒尺寸越小则表明土颗粒的总表面积越大,因此,土颗粒间的相互接触面积越大,越利于振动波在土体中的传播。可合理的解释,在小于容许循环应力比时,团粒尺寸对土体动力特性的影响。 (5)不同团粒尺寸的核磁共振试验表明:团粒尺寸越大的土体,细观孔径受动荷载的影响越大。动荷载作用后,团粒尺寸较大的土体,波峰位置有明显的右移趋势,且弱势峰的峰值信号强度显著增加,表明土体中产生了新的大孔径,且大孔径含量明显增多,导致土体力学性质发生劣化,而团粒尺寸较小土体在动荷载作用前后的细观孔径分布则基本不变,表明土体受动荷载的影响较小。 图62表10参125

关键词： 腐蚀钢筋   钢筋混凝土   价值成本   模糊评价   力学性能  

摘要： 随着经济的不断发展，我国建筑业企业生产和经营规模也在不断扩大，建筑业总产值还在不断上升。钢筋混凝土工程作为房建工程的分部分项工程之一，承担着重要的任务和使命，而钢筋腐蚀问题一直是关注的一个重点，腐蚀钢筋与混凝土的结合无疑会造成力学性能的下降，因此对腐蚀的钢筋进行除锈。评价钢筋混凝土工程在整个工程中的作用也很重要，可以提高工程的质量和节约成本。鉴于此，本文通过XRD、SEM和电化学腐蚀试验分析海洋环境HRB400钢表面腐蚀产物;采用正交实验、单因素分析、层次分析法、模糊评价法等开展对HRB400钢钢筋混凝土工程中腐蚀钢筋力学性能、钢筋混凝土工程评价、钢筋混凝土管理控制措施研究。主要研究内容和结论如下：　　选用热轧带肋钢筋HRB400，通电达到短时间内快速腐蚀钢筋，采用室内试验研究不同直径、不同通电时间、不同Nacl溶液中Cl离子浓度对锈蚀钢筋屈服强度、抗拉强度、腐蚀率的影响。结果表明：通电时间每增加一天，腐蚀钢筋的屈服强度和抗拉强度降低7.3%，钢筋的腐蚀率增加约12%。Nacl溶液中Cl离子浓度每增加1%，腐蚀钢筋的屈服强度降低2.5%，腐蚀钢筋的抗拉强度降低4.3%，钢筋的腐蚀率增加4.2%。通电时间、Cl离子浓度、钢筋直径对腐蚀钢筋的抗拉强度影响依次减小，其中通电时间和Cl离子浓度对腐蚀钢筋的抗拉强度影响极为显著，钢筋直径对腐蚀钢筋的抗拉强度影响显著。　　采用室内试验对未腐蚀的钢筋、电解质除锈的钢筋、化学除锈的钢筋、角磨机除锈的钢筋、未除锈的钢筋与混凝土进行浇筑，开展不同措施对钢筋混凝土的极限粘结强度、电阻率和极化率的研究。结果表明：不同措施下对钢筋混凝土的粘结力影响的先后顺序依次是未腐蚀的钢筋混凝土＞电解质除锈的钢筋混凝土＞化学除锈的钢筋混凝土＞角磨机除锈的钢筋混凝土＞未除锈的钢筋混凝土。化学除锈和电解质除锈的钢筋混凝土电阻率接近，钢筋除锈后明显提高了混凝土的电阻率。未腐蚀的钢筋混凝土极化率最小，化学除锈和电解质除锈的钢筋混凝土极化率接近，钢筋除锈后明显降低了钢筋混凝土的极化率，发生钢筋腐蚀的几率减小。　　采用价值成本的概念，分析价值成本在未腐蚀钢筋的混凝土工程的优势，研究价值成本在未腐蚀钢筋的混凝土工程的应用，对未腐蚀钢筋的混凝土工程进行定义，引入层次分析、模糊评价、结构熵权等方法，并以J项目的钢筋混凝土工程作为案例。结果表明：价值成本在未腐蚀钢筋的混凝土工程有着巨大的优势，不仅意味着完工后的建筑能耗的降低，还意味着合理利用少的资源去完成项目的升级。以J项目的钢筋混凝土工程作为案例，分别得到腐蚀钢筋的混凝土价值系数为0.692、0.681，相差约1.6%，结果一致，发现J项目需要对腐蚀钢筋进行除锈，并采取措施进行防护。　　基于价值工程理念研究J项目钢筋和混凝土工程，针对突出问题详细开展研究，提出相应的工程管理控制措施，以期提高钢筋混凝土的工程质量。结果表明：提出钢筋混凝土价值工程中进度、质量和效益在事前规划方面、事中控制方面和事后应对的对策，可有效减小材料浪费和人工费用。提出的混凝土全过程管理控制措施，具有优化资源配置，有效的管理和控制施工风险，也可以指导现场工人施工，保证工作顺利进行。

关键词： 冻融循环   膨胀土   静力特性   动力特性   微观分析   Comsol模拟  

摘要： 随着我国道路工程的不断发展,对路基结构强度和稳定性的要求日益提高。尤其是在季节性冻土区,对路基填料的物理、力学性质提出了更高的要求。吉林省延边地区经常面临边坡滑塌、路基沉陷、路面变形和构造物损坏等问题。这些地区拥有丰富的膨胀土资源,因此,研究膨胀土在冻融循环作用下的力学特性显得格外重要。通过深入了解膨胀土在冻融循环过程中的力学行为,可以为延边地区道路工程提供更科学、更可靠的设计和施工方案。这不仅有助于提高道路的抗冻融能力和稳定性,还可以减少路基填料的沉陷和变形,延长路面的使用寿命,从而促进当地交通运输的发展,改善生态环境,推动区域经济的健康发展。 本文通过颗粒分析、X射线能谱分析、比重试验、界限含水率试验、击实试验以及冻胀试验等研究方法,研究膨胀土的基本物理性质。通过静三轴试验研究了膨胀土的黏聚力、内摩擦角等力学指标,通过动三轴试验以及SEM电镜扫描试验研究膨胀土动力特性以及微观结构特征,最后通过Comsol软件对膨胀土静三轴试验进行模拟验证,并得出如下结论: （1）通过颗粒分析试验得出膨胀土表现为不良级配,界限含水率试验得到膨胀土的值为21.3,击实试验得到其最大干密度为1.612)/（88）3,最优含水率为25.8%。 （2）膨胀土的各项力学性能参数,包括剪切峰值强度、黏聚力和内摩擦角,以及抗剪强度,均随着围压的提高而增强。在冻融循环的过程中,这些参数会逐渐降低,随着膨胀土含水率的增加冻融损失率逐渐增加。 （3）膨胀土动弹性模量随着围压的增大呈现增大趋势,塑性变形随着围压的增大而减小,动弹性模量在往复荷载作用过程中小幅度增加后趋于稳定,随着冻融循环次数的增加,动弹性模量逐渐降低。 （4）借助扫描电子显微镜拍摄土样微观照片,图像中可以看出随着冻融循环对土体的作用,土体形貌发生变化,在经过1次冻融循环后,土体内部出现少量孔隙,并且小颗粒数量增多,经过7冻融循环后孔隙的数量明显增多。这些变化反映了土体在冻融循环过程中的微观结构变化,通过图像处理软件对这些变化进行定量分析,并得出与土体相关的参数,为工程建设和环境保护提供重要参考。 （5）基于COMSOL软件进行了静三轴试验模拟,并对土体在不同加载条件下的应力分布、变形情况进行了仿真。可以通过模拟结果分析土体的强度特性、变形行为等参数的变化。这些模拟结果有助于深入理解土体的力学行为,并为工程实践提供参考。

关键词： 稻壳灰   纤维混凝土   力学性能   断裂性能   抗冻性能  

摘要： 随着中国城市化速度的加快,混凝土这种建筑材料在土木工程中的应用日益广泛,对于促进我国基础设施建设发挥了至关重要的作用。同时,我国正在大力发展“韧性城市”,以增强抵御灾害能力以及减轻灾害损失。然而,由于混凝土本身的低抗拉强度和较大脆性,这使得混凝土无法满足部分建筑和基础设施工程抵御灾害的需求。因此,本文加入聚乙烯醇纤维（Polyvinyl alcohol fiber,PVA）,旨在解决混凝土脆性大变形能力低的问题,来满足未来建筑和基础设施发展的要求。为了促进环保型混凝土材料的发展并提升水泥产品中的“绿色”成分,当前研究重点转向了采用低碳胶凝材料来替代部分水泥的策略。其中,焚烧稻壳得到的稻壳灰（Rice husk ash,RHA）含有大量无定形Si O2,因为其火山灰效应以及微集料效应较强、粒径小、比表面积大等特点,被认为是混凝土添加剂中的理想选择。 本文通过用RHA取代水泥,其取代率分别为10%、20%、30%以及PVA纤维体积掺量为0.5%、1%、2%,设计了9组不同配合比的PVA纤维-稻壳灰混凝土（PVA Fiber-Rice Husk Ash Concrete,PRC）。对PRC进行了基本力学性能试验、三点弯曲断裂试验、循环受压动力性能试验以及抗冻性能试验。主要结论如下: （1）分析了RHA取代率、PVA纤维掺量对PRC的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、轴心抗压强度等基本力学性能的影响。试验结果表明:PRC试件的立方体抗压强度、抗折强度和轴心抗压强度随着RHA取代率的增加逐渐减小,其劈裂抗拉强度在RHA取代率为20%时强度最高;试件的立方体抗压强度随着PVA纤维掺量的增加逐渐减小,劈裂抗拉强度、抗折强度和轴心抗压强度PVA纤维掺量为1%时强度最高。 （2）基于《混凝土结构通用规范》（GB 55008-2021）中所建议的普通混凝土单轴受压本构方程,本文建立了适用于PVA纤维-稻壳灰混凝土应力-应变受压本构模型。 （3）PRC缺口梁断裂试验研究。以RHA取代率、PVA纤维掺量为变量,研究PVA纤维-稻壳灰混凝土断裂时的破坏形态和荷载-开口位移（CMOD）曲线的特点,通过试件的抗弯强度、峰值强度、残余抗弯强度、断裂能以及基于双K断裂准则分析PVA纤维-稻壳灰混凝土断裂性能。 （4）PRC单轴循环压缩试验研究。以稻壳灰取代率、PVA纤维掺量为变量,研究PVA纤维-稻壳灰混凝土在循环荷载作用下的破坏形态和应力-应变曲线的特点,具体分析PRC试件的塑性应变、刚度退化,通过分析发现由于PVA纤维的桥接作用,试件表现出更好的韧性。 （5）PRC抗冻性能试验研究。以稻壳灰取代率、PVA纤维掺量为变量,进行了PVA纤维-稻壳灰混凝土试件抗冻性能试验。探究了PVA纤维-稻壳灰混凝土冻融后质量、相对动弹性模量和立方体抗压强度的变化,基于Exponential指数增长模型建立冻融损伤模型。根据Weibull脆性破坏统计理论,建立了冻融-荷载耦合损伤模型,并通过与试验结果进行对比验证了模型的可行性。

关键词： 自密实混凝土   粒径   抗压强度   分布规律   破坏形态  

摘要： 随着人类对自然资源的探索,各种大型的矿山工程、水利工程陆续开发,然而在岩石和混凝土破裂的过程中,由于缺陷的存在,裂纹的萌生和发展都与非均质性有关,这严重影响着矿山工程,水利工程等结构的安全;同时,岩石、混凝土结构的失稳和破坏很大程度上是由非均质性引起的,针对岩石、混凝土非均质性的研究显得尤为迫切。混凝土在外力作用下的损伤和破裂过程较为复杂,这种复杂性包含加载行为的非线性和材料组成的随机性,然而这两者都与材料细观组成的非均质性有关。在研究材料的非均质性时,由于室内试验条件的局限,常常采用数值软件进行建模分析,相关参数的取值与实际情况是否相符有待进一步研究。为研究骨料粒径、颗粒均匀程度等相关因素对混凝土力学特性的影响,本研究通过对自密实混凝土的砂子和碎石进行粒径筛选,浇筑了具有不同粒径特征的单元尺寸试件。本文研究内容如下: (1)通过对具有不同粒径特征的自密实混凝土小试件进行单轴抗压试验,研究骨料粒径对混凝土破坏形态和力学行为的影响。 (2)利用物理试验得到的数据,结合数学统计手段,分析了抗压强度的满足的分布规律,并讨论了相关分布中随机性参数的取值范围。研究发现:Weibull分布中形状系数取值范围在4.67-14.29之间。 (3)在获得形状系数的取值范围后,建立了具有不同均质度、骨料粒径、压拉比和压坏残余系数的模型,分析破坏形态的影响因素。

关键词： 超高性能混凝土   轴心抗压强度   立方体抗压强度   力学性能   GA-BPNN  

摘要： 超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)以超高的抗压强度和优异的耐久性能,逐渐在土木工程领域推广应用。目前针对UHPC的制备技术和常温下力学性能研究取得较多成果,但对UHPC高温后力学性能变化和损伤过程分析缺乏深入研究。基于此,本文通过试验对高温后UHPC试样损伤过程和力学性能变化过程进行了深入分析,尤其是采用数字图像相关技术、声发射监测技术和扫描电镜对UHPC内外部损伤、微观结构变化进行了多尺度研究。此外,通过搭建遗传算法优化反向传播神经网络(Genetic Algorithm-Back-propagation neural network,GA-BPNN),建立了UHPC高温后力学性能计算模型。本文主要研究内容和取得的成果如下: (1)研究高温后UHPC试样表观变化及质量损失规律。设计制作180个立方体试样和180个圆柱体试样进行高温试验,结果表明:温度不断升高后,UHPC立方体试样和圆柱体试样的外观颜色均呈现出由深青色变为浅灰白色或浅红色的过程,试样表面裂纹宽度增大、孔隙数量增多,质量损失率增大;混杂纤维UHPC高温后未发生爆破,外表面破损现象较掺入单一纤维UHPC少,混杂纤维UHPC耐高温抗火性能优于单一纤维UHPC; (2)研究温度变化和纤维掺量等参数对UHPC受压破坏形态和力学性能的影响。设计制作不同钢纤维掺量和PP纤维掺量的UHPC立方体试样和圆柱体试样,开展不同温度影响试验,对高温后的试样进行立方体抗压和轴心抗压试验,结果表明:UHPC立方体试样和圆柱体试样的抗压强度均呈现出随着温度等级提高,先上升后下降的趋势;钢纤维掺量2%与PP纤维掺量0.15%的组合在提高UHPC高温后力学性能方面表现出最优的正向协同效应; (3)研究高温后UHPC圆柱体试样轴心受压损伤过程。通过数字图像相关技术(DIC)对试样轴心受压下的外部损伤过程进行监测,通过声发射技术(AE)对试样轴心受压下的内部损伤过程进行分析,结果表明:高温后UHPC试样轴心受压损伤过程可分为早期裂纹、裂纹扩展、裂纹贯穿和试样失效四个阶段;DIC应力云图和AE监测指标均能较好地描述试样不同受力阶段的轴压损伤过程; (4)研究高温后UHPC内部结构和物理性能变化过程。对高温后UHPC试样进行吸水试验和SEM电镜扫描,分析高温后UHPC内部结构和物理性能变化,结果表明:随着温度升高,试样吸水率和粗算孔隙率逐渐增大,从而导致UHPC力学性能逐渐退化;PP纤维高温后逸出,增加了UHPC内部微观孔隙结构,为自由水高温蒸发逸出提供通路,从而降低了UHPC高温爆破的机率; (5)建立高温后UHPC立方体抗压强度和轴心抗压强度等预测方法。搭建GA-BPNN,基于UHPC立方体和圆柱体试样力学性能与物理性能试验数据,选择温度参数、纤维参数和试样类型等作为目标输入参数,建立UHPC高温后立方抗压强度预测公式、轴心抗压强度预测公式、UHPC立方体抗压强度和轴心抗压强度转换公式,以及试样质量损失预测公式。公式相关系数均大于0.95,预测准确率均大于80%。

关键词： 土力学   传感光纤   光频域反射技术(OFDR)   光纤–砂土界面   评价模型   拉拔试验  

摘要： 光纤与砂土界面的耦合性研究对于促进光纤传感技术在岩土体监测中的应用具有重要意义。为了解光纤与土体间的作用机制，提出一种评价纤土界面耦合性的新型弹塑性模型，采用光频域反射技术开展考虑含水率、光纤种类、拉拔速率、上覆荷载等因素的室内精细化光纤拉拔试验。研究结果表明：该模型计算简便且可准确描述光纤与土体之间的耦合过程；获得光纤监测土体变形失效的临界应变参考值；模型中的耦合系数ζ可有效评价纤土耦合性能。模型参数灵敏度分析进一步明确光纤–土体相互作用机制，为分布式光纤在土体监测中的应用提供重要参考依据。

关键词： 微波固化   煤矸石混凝土   早期强度   力学性能   水化产物   界面过渡区   微观结构   增强机理  

摘要： 煤矸石的堆填导致了资源浪费和自然灾害。内蒙古乌海市的煤矸石含碳量高、高岭石成分多、遇水易液化以及呈层片状结构,这些特性导致将其作为粗骨料制备的混凝土的早期强度较低。本研究以微波功率、微波固化时间和循环次数为研究变量,对成型30min后的煤矸石混凝土试件进行微波固化。通过测试煤矸石混凝土的微波升温特性,设计采用不同功率和固化时间的微波固化煤矸石混凝土,并与标准养护的煤矸石混凝土进行了对比。对微波固化下煤矸石混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度进行了测试,并分析了其破坏形态。此外,还对微波固化后煤矸石混凝土的应力应变曲线进行了研究,并探讨了其早期强度与后期强度的关系。通过观察抗压破坏时的裂纹发展情况,煤矸石混凝土的形态、裂缝、骨料特征以及微波辐射过程中混凝土表面的湿润情况和粗糙程度,提出了微波固化煤矸石混凝土表层水化壳对抗压强度的影响机理。同时,对抗压和劈裂破坏后的煤矸石骨料内部裂缝和孔隙状况进行了研究,并利用光学显微镜对固化28天的煤矸石混凝土切片中煤矸石骨料内部进行了测试,提出了微波增强煤矸石骨料的机理。采用XRD对不同龄期下微波固化煤矸石混凝土的水化情况和水化产物的物相组成进行了研究,并结合SEM扫描电子显微镜对混凝土水化产物及界面过渡区进行了观察,明确了微波对C-S-H形貌及界面过渡区宽度的影响。通过核磁共振仪表征了不同微波固化制度下的孔隙结构,研究了孔隙的分形特征,并采用灰熵模型对28天强度进行了预测。此外,对微波固化煤矸石混凝土的抗冻性能进行了初步研究。综上所述,试验结果表明,微波固化技术可以提升煤矸石混凝土的早期强度,而且后期强度不会降低。将其应用于煤矸石堆填场预制混凝土护坡的生产中,有望实现煤矸石的大规模原位利用。 本研究得出的主要结论如下: (1)120W,260w功率下,微波循环加热3～5次的W1～W6组均能提高煤矸石混凝土的早期强度,在微波的热效应作用下,1d抗压强度较基准组最高提升98.80%,28d抗压强度较基准组最高提升73.76%。460W功率会导致煤矸石混凝土28d强度下降。微波对煤矸石混凝土的早期劈裂抗拉强度提升作用较大,对煤矸石混凝土的后期劈裂抗拉强度提升作用较低。 (2)与标准养护煤矸石混凝土相比,抗压和劈裂抗拉破坏过程中,微波养护煤矸石混凝土试件出现较少横向裂纹,且水泥石中裂纹较少,试件破坏面紧实,破坏后试件整体及煤矸石骨料保持相对完整。 (3)对其应力应变曲线分析研究发现,随着功率与循环加热次数的增加,其弹性模量大于基准组,呈现先上升,后降低的变化趋势。并且微波后,煤矸石混凝土的脆性有所增大。结合破坏过程的裂缝发育及表面粗糙程度,提出了煤矸石混凝土强度增长机理,即微波使混凝土内部水分向表层迁移,促进了混凝土的表层水化,形成的致密水化壳抑制了混凝土受压破坏时的横向变形,提高了混凝土的强度。 (4)提出了微波固化增强煤矸石骨料的机理。微波后,煤矸石骨料的裂缝及孔隙被水泥浆体填充,且与水泥石(硬化水泥浆体)形成了嵌合作用,影响了破坏过程中骨料的受力情况,改善了煤矸石混凝土的薄弱点,提高了整体性能。微波影响了早期水泥的水化速率,加速了水泥的水化,没有生产新产物。微波后,水化产物形貌优良,空间致密程度高,界面过渡区被水化产物填充,裂缝减小并消失。优化了界面过渡区的传力。高功率会扩大界面过渡区裂缝,使水化产物结构疏松。 (5)微波在早期极大的降低了混凝土的孔隙率,降低了混凝土的最可几孔径,其孔隙度变化随着功率及微波循环加热次数的提升,呈现先降低后升高的趋势。微波后,混凝土无害孔的比例增加,有害孔及多害孔的比例降低。其过渡孔与毛细孔,大孔的分形特征高于基准组。孔隙度及束缚流体饱和度对抗压强度的关联性最高,对混凝土抗压强度预测值的拟合误差为2.99%。 (6)对微波固化煤矸石混凝土的抗冻性能初步研究发现,低功率的微波有助于煤矸石混凝土抗冻性能的提高,高功率微波造成的混凝土内部损伤,降低了煤矸石混凝土的抗冻性能。