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关键词： 废轮胎橡胶骨料   废轮胎钢纤维   表面改性   孔隙结构   力学性能  

摘要： 废旧轮胎作为固废中的“黑色污染”,给我国的生态环境带来了巨大压力。将废旧轮胎橡胶以水泥混凝土集料的形式回收处理再利用,不仅有助于提升普通水泥混凝土的韧性、抗裂性能及多项路用性能,而且能够减少对天然资源的依赖,降低环境危害。然而,橡胶骨料因其表面较为光滑且具有憎水性,导致其与水泥基体间存在明显的微观界面孔缝,橡胶集料与水泥石间界面性能薄弱。针对这一问题,本文采用三种界面改性溶液对橡胶集料进行微表面共聚接枝“整形”,显著改善其表面微观构造和亲水特性,增强橡胶-水泥石之间的界面粘结性能。 首先,采用聚乙烯醇(PVA)溶液、聚乙二醇-200(PEG)溶液和羟丙基甲基纤维素(HY)溶液在不同反应温度(20℃、50℃、80℃)和处理时长(30min、60min、120min)下对废轮胎橡胶集料进行微表面改性。利用傅里叶红外光谱、接触角等试验分析废轮胎橡胶集料改性前后羟基(-OH)官能团、接触角、表面自由能的变化,验证三种改性溶液对废轮胎橡胶集料的改性效果,探究其改性作用机理。研究发现:PVA溶液、PEG溶液和HY溶液能有效地在废轮胎橡胶集料表面引入大量羟基(-OH)官能团,其与C-S-H表面的羟基(-OH)在相互靠近时能产生强分子间作用力并相互形成氢键。改性后的废轮胎橡胶集料表面与蒸馏水的接触角显著减小,特别是经PVA溶液和PEG溶液改性后的平均接触角分别为38.4°、79.0°,远小于普通废轮胎橡胶集料的接触角139°,使其由表面疏水性转化为亲水性,同时其表面自由能提升,证实表面润湿性得到显著改善。综合考虑红外光谱羟基(-OH)官能团吸收峰面积变化规律和表面润湿性分析结果,结合改性过程中的能耗,确定橡胶骨料最佳改性条件50℃、60min。 其次,通过环境扫描电镜(ESEM)观察改性前后废轮胎橡胶集料表面的微观形貌,并利用能量色散X射线光谱(EDX)技术对废轮胎橡胶集料表面元素含量进行分析,比较不同改性方式下废轮胎橡胶集料表面O元素与C元素的含量分布变化。通过水银侵入孔隙度(MIP)试验测定水泥石微孔隙在废轮胎橡胶集料改性前后的分布特征演变规律,探究橡胶改性处理方式及掺量对水泥石微观孔隙组成变化规律的影响。研究发现:经三种溶液改性处理后,废轮胎橡胶集料的表面形貌发生极大变化,经PVA溶液改性的废轮胎橡胶集料的表面粗糙度显著降低,表面更加致密,三种改性溶液改性的废轮胎橡胶集料表面的O元素原子百分比和质量百分比均高于普通未改性废轮胎橡胶集料。同时,孔隙率也进一步降低,PVA溶液改性的橡胶混凝土的孔隙率最低,无害孔的含量占比最高,为44.84%,显著优化其孔隙尺寸分布。 最后,将经不同改性溶液处理的橡胶集料按0%、15%、20%、25%等体积取代普通混凝土中的细骨料,并采用废轮胎处理过程中得到的回收钢纤维以1%的体积掺量掺入橡胶混凝土,制备了废轮胎钢纤维复合改性橡胶混凝土试件,对其工作性能、力学性能及干缩特性开展研究。研究发现:废轮胎橡胶集料经三种溶液改性处理后,其工作性能得到明显改善;废轮胎钢纤维复合改性橡胶混凝土破坏时未出现脆性断裂,其韧性得到一定提升,经PVA溶液改性的橡胶混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度及超声波速均高于普通废轮胎橡胶混凝土,证明改性过程显著改善其力学性能;改性后的废轮胎橡胶砂浆具有良好的抗干缩性能,同时与回收废轮胎钢纤维产生协同作用,进一步减少了橡胶砂浆的干燥收缩率。

关键词： 贵阳地区重塑红黏土   轴向加卸载   宏-微观变化规律   压硬-软化模型  

摘要： 红黏土在我国贵州地区广泛分布,具有较差的物理性质,但力学性质良好,在边坡、地基、基坑等工程中是不可避免的土类之一。而红黏土具有遇水软化、失水开裂、上硬下软以及不均匀沉降等特殊性质,为工程的建设和后期运行维护带来了诸多麻烦。现有研究表明,红黏土的宏观物理力学特性与其地质环境、微观组成密切相关,同时,在我国各类土体理论的研究中,红黏土的研究深度与广度还远远不够,其复杂的地质成因与力学强度变化的规律仍是当今研究的热点与难点。因此,本文考虑不同应力路径与地质环境下红黏土的宏观力学特性与微观结构的变化规律,尝试对红黏土力学强度变化机理进行探究。具体研究内容如下: （1）研究了固结不排水（CU）试验中,不同干密度与围压条件下贵阳地区重塑红黏土的宏观力学强度特性。研究结果表明,试样初始含水率越大,产生的孔压越高,而体应变的变化与干密度呈负相关关系。重塑红黏土的应力-应变曲线呈应变硬化特性,干密度越大,试样的强度越高,有效粘聚力随干密度的增加而增加,而有效内摩擦角受其影响较小,同时试样强度随围压增大而增大。根据孔压变化规律将剪切过程分为三个阶段,即:孔隙压密阶段、稳定变形阶段和破坏阶段。 （2）研究了轴向加卸载条件下贵阳地区重塑红黏土宏观力学强度特性。孔压在加卸载作用下循环变化,在加卸载完成后迅速降低,表明循环加卸载作用下试样受损伤作用。随着循环次数与循环应力比的增加,试样的峰值强度小幅度增大,但是残余强度降低,应力-应变曲线表现出压硬-软化特性。试样在循环过程中产生累积应变,在循环至第5次后累积应变量开始趋于平稳。在低应力比0.7条件下,随着循环次数增加土体的回弹变形量逐渐增大,而在高应力比0.85与0.95条件下,随着循环次数的增加回弹变形量逐渐降低。 （3）探究了不同初始条件下重塑红黏土内部结构的差异性与循环全过程试样微观结构变化特性。贵阳红黏土内部颗粒主要以絮状粒团的形式存在,粒团之间通过镶嵌、重叠等形式排列在一起,随着干密度的增大,试样孔隙率变化为48.92%、47.31%、43.35%,内部孔隙直径主要分布在0.002μm～0.126μm与0.667μm～300μm之间,占比41.36%～45.04%与3.28%～3.88%。在循环过程中,试样内部小孔含量减少,大孔含量增多,孔隙形状由球状向狭长、扁平状变化,粒团之间由面接触向线接触、点接触发展,裂隙朝着孔隙发育方向发展、贯通后形成宽大的贯通性裂隙。 （4）研究了红黏土应力-应变曲线的数学关系特征,建立了压硬-软化模型。压硬-软化模型共包含4个未知系数,其中3个未知系数可根据试验曲线的峰值应力（σ1-σ3）p、峰值应变（ε1）p以及残余应力（σ1-σ3）fr计算得出,而修正因子λ则根据土体的试验曲线特征可在0～1范围内适当取值。该模型可适用于应变硬化型与应变软化型应力-应变曲线,可为土体非线性弹性模型的发展提供理论参考。

摘要： 《岩土力学》是中国科学院武汉岩土力学研究所主办的综合性岩土力学与工程学术期刊。为全国中文核心期刊，《中国知网》《中文科技数据库》《万方数据》全文收录。被中国科学引文数据库（CSCD）、中国科技论文统计源期刊(CSTPCD)、中国学术期刊综合评价网数据库（CAJCED）等国内数据库，以及EI、ESCI、SCOPUS、CA、JST、DOAJ等国际重要数据库检索收录。

关键词： 非饱和压实黄土   水力耦合   本构模型   结构性  

摘要： 随着中国西部开发的加快,越来越越多的工程实践建立在非饱和压实黄土的基础上。在快速施工的条件下,非饱和压实黄土地基几乎处在不排水的条件下受载,非饱和黄土受荷过程中的体变行为对地基和结构造成严重的破坏,这伴随着水-力条件的改变。因此量化分析非饱和压实黄土这种水力耦合作对其力学特性的影响,对于揭示水-力作用机制,乃至指导非饱和压实黄土基础的工程实践均具有重要意义。 为研究非饱和压实黄土在不排水条件下水力耦合效应对其力学特性的影响,首先,本文对非饱和压实黄土进行了不排水条件下的等向固结试验,将其压缩系数定义为饱和度的函数,并预测了高饱和度下试样的压缩曲线。其次本文研究了不排水条件下非饱和压实黄土在三轴剪切下的力学特性,采用压力板仪测得的土-水特征曲面计算剪切过程中基质吸力的变化,对剪切试验结果使用GCM(Glasgow coupled model)模型及BBMx(expanded Barcelona basic model)模型进行拟合。根据剪切过程中的力学特性,构建了结构性参数η,改进了GCM模型,并使用其预测了不排水三轴剪切试验。经过上述研究,本文主要得出以下结论: (1)常含水率等向固结过程中饱和度的力学升高提高了黄土的压缩性,压缩指数可以定义为饱和度的函数,这意味着饱和度将对非饱和压实黄土的应力-应变行为产生直接影响; (2)三轴剪切中,初始含水率对应力-应变曲线的形态有影响,随着初始含水率的增加,应力-应变曲线由应变硬化逐渐转为弱应变硬化;围压与干密度的增加提高了试样的抗剪强度;基质吸力随体积压缩而增大,初始含水率越低,初始基质吸力越大;基质吸力、含水率、饱和度以及颗粒排列对抗剪强度起到综合作用,水力耦合效应在剪切过程中显著影响试样的强度表现。水力耦合作用对试样的力学特性具有重要影响,尤其是在不排水条件下,饱和度的增加将是影响试样强度的关键因素; (3)在非饱和压实黄土的本构模型中考虑饱和度在力学影响下变化的水力耦合效应的影响,能更好的反映黄土受荷条件下的变形与强度等力学特征,因此水力耦合模型(GCM)对描述不排水条件下非饱和压实黄土的力学特征有较好的优势; (4)在GCM模型中引入了可表征试样强度随剪切衰减的强度参数η,实现了同一试样的临界状态线的归一化,在此基础上构建了初始结构强度衰减的水力耦合模型。计算结果表明,结构性水力耦合模型能够很好地揭示非饱和黄土的比体积及饱和度随平均应力的变化规律。

关键词： 锂渣橡胶混凝土   力学性能   抗渗性能   拟合分析  

摘要： 随着工业固废产生量不断增加,锂渣和橡胶作为工业固废,若不加以利用必将造成环境的污染,如何处理成了亟待解决的问题。锂渣具有很好的火山灰活性,掺入适量锂渣可以有效改善混凝土的力学性能;橡胶作为难降解的高分子弹性材料,添加到混凝土中可以增加韧性。目前,关于锂渣和橡胶共同掺入混凝土当中的研究比较少。因此,本文主要研究锂渣部分等质量取代水泥(0%、10%、20%、30%、40%)、橡胶部分等质量取代河砂(0%、5%、10%、15%、30%)对于混凝土力学性能和抗渗性能的影响。 通过对于橡胶、锂渣、河砂进行紧实密度和表观密度的研究,了解材料的密度值,并根据相关规范对锂渣橡胶混凝土进行配合比设计,制备混凝土试块,通过试验研究力学性能和抗渗性能。 研究锂渣橡胶混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力应变曲线、劈裂抗拉及抗折强度。结果表明,随着锂渣的掺入量不断增加,混凝土的力学性能、弹性模量、峰值应变均呈现先增加后减少的趋势,在锂渣掺量20%达到最好;随着橡胶不断掺入,混凝土的力学性能、弹性模量、峰值应力持续下降,与其余掺量相比,橡胶掺量5%强度达到最优。 对锂渣橡胶混凝土进行抗渗试验,采用渗水高度法,通过各个试件的渗水高度和相对渗透系数分析抗渗性能。试验数据表明,随着锂渣和橡胶掺入,渗水高度和相对渗透系数均呈现先降低后升高的趋势,并且在锂渣掺量20%、橡胶掺量5%时,混凝土渗水高度达到最低,说明锂渣和橡胶的适量掺入改善了抗渗性能。 通过对锂渣橡胶混凝土试验数据进行拟合分析,并针对锂渣、橡胶取代率拟合出相应的公式,拟合度在0.9以上,验证了试验是可行的。提出了立方体抗压强度分别与轴心抗压强度、劈裂抗压强度、弹性模量的关系式,并验证了公式的可行性。使用过镇海提出的公式建立应力应变的拟合曲线,最后得出参数与锂渣、橡胶取代率的关系式。