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关键词： 土力学   模拟月壤   无机固化剂   固化体试件  

摘要： 采用CE–5号(嫦娥五号)模拟月壤为主要材料，通过掺入无机固化剂制作3种配合比的试验样品(YR–1,YR–2,YR–3)，采用万能伺服液压机(100k N)施加竖向荷载，获取应力–应变曲线，采用扫描电镜观测样品内部的形貌及微空洞的特征，研究月壤固化样品的破坏形态、变形性能及弹性模量等特性，通过分段分析的方法，得到CE–5模拟月壤固体样品的单轴受压本构模型。结论如下：(1)抗压强度与用水胶比及胶凝材料的用量有关，随着水胶比的降低抗压强度增大，随着固化剂用量的增大而增大。(2)固化体样品内部普遍存在较多的微空洞和微小的裂隙，当外界压力达到极限强度时，微空洞及微裂隙扩展贯通导致样品失效。(3)采用三次多项式及有理分式分别拟合应力–应变全曲线试验结果得到月壤固化体应力–应变全曲线上升段及下降段，提出月壤固化体试件分段式本构模型，模型计算结果与试验曲线吻合良好，为实现月壤工程的技术化分析提供理论基础。

关键词： 土力学   径向振动激励   饱和砂土   试验装置   扰动效应  

摘要： 为研究径向振动激励对饱和砂土的扰动效应，研发一种具有径向激振功能、频率可调的振动试验系统，利用该系统开展振动频率10～50 Hz条件下饱和砂土扰动试验，分析径向振动激励对饱和砂土扰动效应时空演变规律和分布特征。结果表明，在试验工况范围内，受振动激励作用，各测点孔隙水压力前期逐渐上升，达到峰值后逐渐下降并趋于稳定；随着振动频率的升高，饱和砂土受扰动程度更加剧烈，各测点超静孔隙水压力、超静孔隙水压力比、液化持续时间及振动加速度逐渐增大；振动频率为30 Hz时，部分测点达到液化状态，40和50 Hz时，所有测点进入液化状态；随着深度增加，振动过程中各测点孔隙水压力越大，达到峰值时刻越早，液化持续时间越短；振动器中部附近土体受扰动程度最剧烈，该位置测点最早进入液化状态，其孔隙水压力振荡幅度、相对振荡幅度和超静孔隙水压力比峰值均高于两端土体；沿径向与振动中心距离越近，测点振动加速度、最大超静孔隙水压力比越大，进入液化状态越早，液化持续时间越长。试验结果对注浆时机选择、出浆口位置设置、振动参数选取等具有指导作用，为进一步开展径向振动注浆试验研究奠定了基础。

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： 土力学   可燃冰   分解   含可燃冰砂土–开采井界面   界面弱化   统计损伤模型  

摘要： 可燃冰分解会导致含可燃冰砂土–开采井界面承载力降低，产生错位、滑动等非连续性变形，直接影响开采井的稳定性。为研究分解条件下含可燃冰砂土–开采井界面弱化规律，基于研制的低温–高压可燃冰生成及三轴测试设备，开展了分解条件下含可燃冰砂土–开采井界面剪切试验，构建了考虑分解效应的含可燃冰砂土–开采井界面统计损伤模型。研究结果表明，可燃冰分解前界面呈应变软化状态，界面抗剪强度和剪胀性随饱和度增加而增大；分解后界面呈应变硬化状态，界面强度亦随饱和度的增加而增大，但剪胀性受其影响略小。与分解前相比，分解后界面抗剪强度、黏聚力、剪胀性等均降低，呈显著的弱化特性。由此考虑界面微元强度服从MohrCoulomb屈服准则和双参数Weibull分布，构建了可较好描述分解引起的含可燃冰砂土–开采井界面变形破坏的界面统计损伤模型，分析模型中的参数m和F0与可燃冰饱和度、有效围压和分解条件的关系。相关成果可促进可燃冰勘探开发基础理论和关键技术研究。

关键词： 碱激发陶粒混凝土   基本力学性能   双K断裂参数   数值模拟   工程应用  

摘要： 普通硅酸盐水泥是使用最广泛的建筑材料,随着全球变暖的加剧及“碳达峰、碳中和”理念的制定与实施,普通硅酸盐水泥在生产过程中将导致大量不可再生资源的消耗,碱激发胶凝材料以其低耗能、低排放、高耐久性等优势引起人们关注。 本文中的碱激发剂由液态水玻璃和固体片状氢氧化钠组合而成,对固体废弃物粉煤灰和矿渣粉组成的胶凝材料进行激发,并在碱激发胶凝材料中加入陶粒轻骨料,拌合成新型、绿色环保的碱激发轻骨料混凝土。考虑到碱激发陶粒混凝土(AACC)在正常服役过程中,高温侵蚀对混凝土开裂及结构的耐久性造成不可估量的伤害,对高温侵蚀后AACC力学性能的研究迫在眉睫,本文主要研究内容如下: (1)确定碱激发轻骨料砂浆的最佳配合比。通过改变水胶比、水玻璃模数和碱掺量,研究了水胶比、水玻璃模数和碱掺量对碱激发轻骨料砂浆抗压强度和抗折强度的影响,进而确定出最佳配合比。 (2)研究高温侵蚀后碱激发陶粒混凝土的各项力学性能。对高温侵蚀后混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心抗压强度及抗折强度等基本力学性能进行了试验研究。随温度升高,AACC的各项指标逐渐降低,800℃AACC的各项指标几乎损失殆尽。 (3)研究高温侵蚀后碱激发陶粒混凝土的裂纹起裂和扩展情况,确定不同温度下AACC的断裂韧度。通过对125个尺寸为100mm×100mm×500mm的混凝土试件进行切割,预制出5种不同长度的初始裂缝,然后对混凝土梁进行了三点弯断裂试验。对高温后AACC的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度进行了计算,探讨了温度、缝高比对两种断裂韧度的影响。同时,采用Anderson-Darling(AD)检验方法对断裂参数的正态分布规律进行了验证。对高温后AACC梁三点弯断裂进行了有限元模拟,分析内容包括跨中截面应力、梁侧应力以及荷载-位移曲线,有限元模拟结果与试验结果基本吻合。 (4)碱激发陶粒混凝土的应用和评价。将实例中原普通混凝土改为AACC,对施工技术要点进行了阐述。在保证材料性能符合规范要求的前提下,对混凝土强度等部分指标进行了检测。结果证明AACC指标符合设计要求,且绿色环保,造价低廉。

关键词： 微波养护   混凝土   氧化石墨烯   抗压强度   微观分析  

摘要： 随着装配式建筑的迅速发展,为提高生产效率,对预制混凝土构件的早期强度提出更高要求。与传统养护方式不同,微波养护具有节能、快速、安全和环保等优点,有助于快速提升混凝土的早期力学性能。此外,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)作为纳米材料,在提升混凝土早期强度方面发挥着重要作用。为此,本文研究了不同影响因素下微波养护混凝土强度变化规律,明确了基于早期和后期抗压强度协调优化的微波养护参数,阐明了微波养护混凝土强度提升机理。其次,在微波养护时外掺GO,可进一步提升混凝土早期抗压强度,并阐明了二者协同作用机理。主要研究结论如下: (1)为探究不同影响因素对微波养护混凝土早期力学性能的影响,以标准养护8h后脱模的试块为研究对象,通过单因素试验可知,微波养护温度对混凝土强度的影响最大,养护温度为50℃时效果最佳;预养时间影响最小,脱模后直接进行微波养护效果最好。微波养护下混凝土的早期强度随着水灰比的增加提升幅度增加。同时,采用塑料薄膜包裹混凝土的方式可进一步提升混凝土的早期强度。 (2)为了缩短混凝土脱模时间和微波养护时间,以浇筑完带模试块为研究对象,通过正交试验确定了微波短时养护较佳方案:微波功率400W,恒温温度40℃,预养时间60min。在该养护流程下,微波养护35min后混凝土6h的抗压强度较标准养护1天提升了31.5%。微波养护后续采用水养护的抗压强度与全时标准养护28天抗压强度仅降低约6%。物相分析表明,微波养护可以促进早期水泥水化,生成更多水化产物,但是后期因水分缺失水化进程受阻。当后续采用水养护时,可有效补充缺失的水分,促进水化进程。微观结构分析表明,1天龄期时,微波养护相较于标养其水化产物增多,结构更为致密。当微波养护后采用水养护时,其28天龄期的水泥石结构也更加密实。 (3)采用外掺GO的方式可进一步提高混凝土早期强度。以标养8h后脱模试块为研究对象,当掺入0.02wt%的GO时,微波养护1h后混凝土1天的抗压强度相比于空白组(标准养护未掺GO)提升约208%,相较于标养下外掺GO提高了20.5%,证明了微波养护与GO具有协同效应。矿相组成及微观结构分析表明,1天龄期,微波养护外掺0.02wt%GO水泥石中CH结晶峰及化学结合水含量最高,协同效应可有效促进水化反应进程。28天龄期,与空白组相比,后续采用水养护的GO混凝土水化程度最高。在微波养护条件下,GO脱失官能团后在水泥石中可起到填充和一定的阻遏裂纹拓展的作用。

关键词： 土力学   主动土压力   挡土墙   主应力迹线   非线性分布   极限应力状态  

摘要： 为探究非光滑的挡土墙主动土压力分布特征及墙后土体处于主动极限平衡状态时的应力状态，以墙后无黏性土为研究对象，建立极限应力状态条件下挡土墙的主动土压力计算方法。首先，假定当滑动土楔处于极限平衡状态时，滑裂面、墙土界面处的土体单元及楔体内部单元都达到极限应力状态，及土楔中小主应力传递为圆弧形主应力迹线。基于上述假定，将滑动土楔沿最小主应力迹线分层为若干个圆弧形薄层单元，继而利用静力平衡对该薄层单元进行受力分析，推导出极限应力状态下挡土墙的主动土压力。分析墙土摩擦角δ对主动土压力的分布形式、大小、合力作用点及对墙底的倾覆力矩的影响规律，并与Coulomb等土压力理论进行比较。理论分析结果表明：（1）主动土压力σw随深度呈凸形非线性分布，挡土墙背的粗糙度，即墙土摩擦角δ的取值，对非线性分布形式有显著影响。当挡土墙背光滑（δ=0°）时，土压力分布退化为Coulomb直线分布；随着墙土摩擦角的增加，土压力分布曲线逐渐左移，曲线的拐点位置升高，非线性效应愈加明显。（2）随着墙土摩擦角的增大，主动土压力的合力逐渐减小，合力作用点的位置受非线性分布的影响而逐渐提升，对墙底的倾覆力矩先减小后增加。（3）极限应力状态条件下挡土墙的主动土压力的合力是Coulomb土压力合力的外包络线，基于Mohr-Coulomb强度理论，推论出滑动土楔体处于极限平衡状态时内部单元的应力状态为：挡土墙背光滑时（δ=0°），滑动土楔体内部单元为极限应力状态，即为经典的Rankine土压力理论；挡土墙背粗糙（δ>0°）时，滑动土楔体内部单元已进入塑性–破坏应力状态，并随着挡土墙背粗糙度的增加，塑性状态越显著。（4）极限应力状态条件下的主动土压力为主动土压力的塑性上限解，Coulomb土压力为塑性下限解。最后，通过数值模拟与实例验证本文方法的可行性与合理性。