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关键词： 土力学   饱和冻土   波的传播   透反射振幅比   透反射能量率  

摘要： 基于冻结饱和多孔介质与单相弹性介质中弹性波的传播理论，研究平面S波入射在弹性介质与饱和冻土介质分界面上的能量传输问题。根据分界面上的边界条件和利用Helmholtz矢量分解定理，推导获得透反射振幅比和能量率的解析表达式。通过数值分析研究S波入射在弹性介质与饱和冻土介质分界面上的能量率与入射角度、入射频率、胶结参数、孔隙率、饱和度以及接触参数的关系。研究结果表明：随入射角度的增加将引起透射P1,P2,P3,S1和S2波的能量率增大，当达到临界角时反射P波消失以及透射P1,S1波出现明显的脉冲。透射波间的能量相互作用率仅随饱和度的增加而减小，受其余参数的增加而增大。透射S1波的能量率占各透反射波能量率之和的90%以上，各类参数的增大均引起透射S1波能量率的增大。此外入射频率、胶结参数、孔隙率和接触参数的变化对能量比例系数均有显著影响。

关键词： 石粉-钢渣混凝土   正交试验   力学性能   体积安定性   应力-应变  

摘要： 随着时代的进步,绿色可持续发展已成为时代大势。中国作为世界上重工业最为发达的国家之一,钢铁行业发展极其迅速,但随之带来的问题是在炼钢过程中会产生大量的废弃钢渣,国家为了处理这些废弃钢渣会损耗大量的物力、人力、财力。骨料作为混凝土的主要构成,近年来随着国家相应环保政策法规的颁布及开采对生态环境的破坏,这就使得机制砂逐渐取代天然骨料成为建筑业的主流,但由于工艺及技术的局限性,机制砂在制备时有大量的石粉生成。在我国,石粉的二次有效利用并没有得到大规模开展,这造成大量石粉废弃及土地资源的巨大浪费。钢渣和石粉用于配制混凝土,它不仅在某种程度上减轻了环境污染,还可以减少混凝土造价成本,解决原材料短缺等难题。本文围绕石粉-钢渣混凝土展开试验研究,首先对试验原材料进行了检测分析,随后对混凝土工作性能、基本力学性能及体积安定性能展开研究。 本文根据正交试验方案配制了不同钢渣砂掺量（30%、40%、50%）、不同钢渣石掺量（30%、40%、50%）、不同石粉掺量（0、7.5%、15%）的强度为C40的石粉-钢渣混凝土,对它们进行了混凝土工作性能、基本力学性能及体积安定性能方面的研究,并通过极差分析法,对试验结果进行分析,得出了各个因素对混凝土坍落度、表观密度、立方体抗压强度及棱柱体收缩率的影响顺序,并得到最佳掺量和配合比。采用显微镜和XRD相结合的方法,分析了压蒸前后混凝土的内部结构变化,并对石粉-钢渣混凝土的应力-应变关系进行了研究。研究发现:钢渣石是影响石粉-混凝土力学性能的主要因素,立方体抗压强度随着其掺量的增加而提升,但这也导致了混凝土工作性能的下降;混凝土流动性和粘聚性均随钢渣掺量增大而减小,混凝土自重不断增加;石粉相较钢渣而言,对混凝土力学及工作性能影响较小。当钢渣掺量较高,钢渣砂、钢渣石掺量分别达到50%时,试件在压蒸后出现较为明显的强度损失,强度下降了22.9%;随着石粉掺量的增加,试件收缩率增大,但在掺入钢渣后得到了一定改善。受到单轴压力时,石粉-钢渣混凝土相较于普通混凝土破坏模式并无较大差异,都呈现出斜剪切的破坏特征;掺入钢渣后,混凝土的应力-应变曲线具有更陡直的特征,下降段更为陡峭,其峰值应变及弹性模量提高,混凝土抵抗变形能力也有一定改善;用过镇海模型拟合了石粉-钢渣混凝土的试验曲线,R2普遍在0.93以上,拟合精度良好,较为准确的反应出了试件在单轴受压作用下的受力特性。 通过对石粉-钢渣混凝土工作性能、基本力学性能及体积安定性能方面的研究分析,为确保其能够应用于实际工程,建议钢渣砂和钢渣石的掺量为30%,石粉掺量为15%时最佳。

关键词： 改良红黏土   干湿循环   动三轴试验   动力特性  

摘要： 红黏土是碳酸盐类岩石风化后形成的高塑性黏土,其表现出高于其他黏土的力学性能的同时又具有水敏性、差异性与裂隙性等特点,导致其在工程上无法直接应用,结合发改委发布的有关固废利用的新政策,对其进行改良具有一定价值。本文以辽宁大连的地区的红黏土及其改良土为研究对象,采用粉煤灰、水泥、铁尾矿砂和玄武岩纤维作为改良材料,通过正交试验确定最佳配合比,采用无侧限抗压强度试验、静三轴试验以及动三轴试验研究静、动力学特性,分析干湿循环作用对改良红黏土的静力学强度影响以及干湿循环作用下围压、频率和冻融循环对改良红黏土的动力学特性的影响。主要研究内容及结果如下: (1)开展土的基本物理性质试验,测定红黏土的最佳含水率、最大干密度、比重、液限、塑限和颗粒级配分布;测定水泥、粉煤灰和铁尾矿砂的化学成分和玄武岩纤维的力学参数;以无侧限抗压强度和胀缩率为指标进行正交试验,通过极差和方差分析得到最佳配合比。 (2)分别进行干湿循环作用下与干湿-冻融交替作用下的无侧限抗压试验。探究在0～5次干湿循环作用下素红黏土和改良红黏土的强度变化规律,结果表明,经过第一次循环后强度衰减幅度均最大,改良红黏土衰减率小于素红黏土;第三次循环后衰减逐渐平缓;改良红黏土在干湿循环作用下的单轴抗压性能优于素红黏土。在干湿-冻融循环交替作用下,不同含水率时的改良红黏土无侧限抗压试验结果表明,仅有冻融循环作用时,经过首次冻融后的残余强度随含水率的增加而小幅度增加,经过干湿-冻融循环作用后,最优含水率时衰减率最小。 (3)在干湿循环作用下,进行不同围压的不固结不排水三轴试验。干湿循环0次时改良红黏土的黏聚力与内摩擦角较素红黏土分别提升41.73%与142.64%;经过第一次干湿循环后,衰减率最大,改良红黏土的黏聚力与内摩擦角衰减率均小于素红黏土;经过五次干湿循环后改良红黏土粘聚力与内摩擦角的衰减率仍小于素红黏土,说明改良红黏土在干湿循环作用下的抗剪性能优于素红黏土。 (4)对改良红黏土进行动三轴试验,分析在干湿循环作用下,不同围压、振动频率和冻融循环次数对动应力-动应变关系、动弹模量、阻尼比以及动强度的影响,并通过非线性回归分析给出相应的经验公式。

关键词： EICP   纤维加筋   黄土   冲蚀性能   固化机理  

摘要： 黄土广泛分布于西北、华北及东北等地区,其特有的多孔隙、弱胶结、欠压密等结构形式导致其具有湿陷性、崩解性及溶蚀性,易诱发边坡失稳、地基沉陷及地裂缝形成,给工程建设提出了难题。脲酶诱导碳酸钙沉积（EICP）技术是近年来兴起的固化方法,具备经济、环保及耐久等特点。EICP固化土脆性破坏问题成为限制其发展的瓶颈,而纤维加筋（FR）法的增韧机制有助于提高其抗侵蚀性能。本文结合EICP协同纤维加筋固化（EICP-FR）方法,通过开展单元试验（试管试验、无侧限抗压强度试验、三轴抗剪强度试验、固结试验及湿陷试验）、模型试验（冲蚀模型试验）及细微观试验（XRD、FTIR、SEM及CT试验）,从宏观、细观及微观角度开展固化黄土力学特性与作用机制研究。研究成果对于指导黄土地基加固具有重要的理论价值与科学意义。主要研究结论如下: （1）脲酶浓度和胶结液浓度对碳酸钙生成量影响显著,而p H值、脱脂奶粉浓度及固化时间的影响不显著。最优矿化反应条件为:脲酶浓度为200 g/L,胶结液浓度为1.50 mol/L,脱脂奶粉浓度为2 g/L,p H为7,固化时间为120 h。 （2）EICP与Na-Mt联合作用下,应力-应变曲线表现出显著的强度增长和后续快速衰减现象。固化黄土无侧限抗压强度随干密度（ρd）与钠基蒙脱石添加量(CNa-Mt)的增加而增大;随固化液添加量(C固化液)与酶胶比的增加,则呈现先增大后减少的变化趋势。在ρd为1.55 g/cm3,C固化液为14%,酶胶比为2:3,CNa-Mt为4%时,EICP固化黄土的无侧限抗压强度达到最大值。 （3）EICP-FR固化黄土的应力-应变曲线呈应变软化趋势。固化黄土的峰值强度随纤维长度（FL）的增加而增大,随聚丙烯纤维掺量（FC）的增加呈现先增大后减少的变化趋势,而随羊毛纤维掺量的增加呈增大趋势。羊毛纤维对EICP固化黄土抗剪强度的提升效果更佳,当羊毛纤维FL为12 mm,FC为1.00%时,固化黄土的抗剪强度及脆性指数改善效果最好。 （4）EICP协同羊毛纤维加筋（EICP-WFR）固化黄土的固结变形量随FL与FC的增加而不断减小;随固结压力的增加而增大。最优加筋条件为:羊毛纤维FL为12mm,FC为1.00%。EICP-WFR固化黄土湿陷变形量随FL、FC及固结压力的增加呈现先增加后减少的变化趋势。在FL为3 mm,FC为0.25%,固结压力为100 k Pa下,固化黄土湿陷变形量最小。 （5）EICP-WFR固化黄土可以显著提高其抗冲蚀性能。随降雨强度（RI）与坡度（θ）的不断增大,坡面径流量与黄土侵蚀量随之增大。坡面径流量与黄土侵蚀量随FC的增加而减少,存在降雨间隔时试样的侵蚀量较小。当RI为60 mm/h,θ为15°,t为16 min,FC为1.00%时,黄土的抗侵蚀性能最佳。 （6）随EICP固化液含量的增加,孔隙明显减少,黄土颗粒团聚体数量逐渐增多,接触关系逐渐由团粒向层状转变,使得结合程度和颗粒之间的紧密度明显增强。Na-Mt的填充作用效果明显,导致孔隙减少,土体内部孔隙结构有所改善。离散分布的纤维之间相互交织,通过这种相互连接形成三维的纤维网络结构。聚丙烯纤维表面光滑,而附着的黏土矿物相对较少;而羊毛纤维表面有鳞片覆盖,表面较粗糙,表面附着的黏土矿物明显增多,并且羊毛纤维上生成的晶体体积更大。 （7）EICP固化黄土的孔隙数量均呈减少趋势,其中微小孔隙数量变化较小,大中孔隙变化稍大。由于Na-Mt与EICP起到填充孔隙的作用,从而有效降低大、中孔隙数量与体积,导致土体密实度增加。与FC为0.25%的试样相比,FC为1.00%时试样的孔隙率更低,主要原因在于纤维的存在填充了部分孔隙,从而降低了试样总体孔隙率。在EICP反应初期,聚丙烯和羊毛两种纤维对孔隙影响的差异性并不明显,而随着EICP反应的进行,羊毛纤维在EICP固化反应中具有愈加显著的增强作用。

关键词： 铁尾矿   水泥土   三轴试验   干湿循环   冻融循环  

摘要： 水泥土是指在土中加入一定的水泥,经水化反应后,使土体性能得到改进的一种材料,水泥土材料制备简单,价格低廉,性能优良,被广泛应用于各种工程建设中。但水泥土本身强度较低,耐久性较差,因此需要对其进行改进。铁尾矿作为现代工业炼钢废弃物,其大量堆积不仅产生环境污染,而且占用大量土地资源,因此需要对其进行处置。本文研究将铁尾矿砂加入到水泥土中,制成铁尾矿砂水泥土,通过室内试验来探究铁尾矿砂水泥土各项力学特征,以期为工程应用提供一定的理论指导。本文主要对铁尾矿砂水泥土进行研究,利用三轴试验、干湿循环试验、冻融循环试验等对铁尾矿水泥土各项力学性能进行测试,根据试验结果分析铁尾矿掺量,水泥掺量,龄期,围压等因素对水泥土力学性能影响,根据应力-应变关系建立铁尾矿水泥土本构模型;通过干湿循环,冻融循环试验探究铁尾矿水泥土在复杂环境下的力学特征变化规律,建立干湿循环与冻融循环状态下的强度损伤模型,具体结论如下:（1）铁尾矿水泥土破坏形式主要为软化破坏,其强度受水泥掺量、铁尾矿掺量、龄期、围压等因素影响明显,在水泥土中加入一定量的铁尾矿能提高水泥土力学性能,铁尾矿的最优掺量为20%～30%。铁尾矿水泥土初始弹性模量E0与围压以及铁尾矿掺量α_t之间存在函数关系,初始弹性模量E0随着铁尾矿掺量的增加先增大后减小。铁尾矿水泥土的残余应力主要受围压的影响,并且围压与残余应力值呈线性相关。根据E/E0-Q/Qmax图形关系建立了三段式的本构模型,确定了模型参数,给出的本构模型可以较好的反映铁尾矿水泥土的应力-应变关系。（2）通过干湿循环试验研究发现,高掺量水泥强度损失较低。铁尾矿砂的掺入会延缓水泥土受干湿循环次数增加所产生的强度损失,但随着干湿循环次数增加其强度损失与素水泥土逐渐接近。铁尾矿水泥土强度降低主要表现在黏聚力大幅下降。随循环次数增加应力-应变曲线表现出一定的硬化破坏特征。（3）通过冻融循环试验研究发现,相较于素水泥土,铁尾矿水泥土黏聚力随冻融循环次数增加前期降幅较大,后期趋于平稳。内摩擦角较素水泥土增加明显;随冻融循环次数增加,抗剪强度降低明显,其中在3次循环后强度降幅最大。与干湿循环不同,随着冻融循环增加,虽强度都大幅下降但脆性特征并未减弱,在多次循环后仍表现明显的软化破坏特征。（4）利用极限偏应力、C,φ值与孔隙率η、胶结物体积含量Gv等参数的关系,建立了干湿循环与冻融循环作用下铁尾矿水泥土强度损伤模型,通过计算值与试验值对比,该损伤模型可以有效地预测铁尾矿水泥土在干湿循环与冻融循环作用下的极限偏应力及C,φ值。

关键词： 高铁路基   黄土填方区   黄土力学特性   三轴试验   动力响应  

摘要： 随着我国“西部大开发”的深入与“黄河流域生态保护与高质量发展”国家战略的实施,黄土高原地区交通基础设施建设加快,规模之大前所未有。由于黄土的特殊工程地质性质(水敏性、结构性)及黄土丘陵沟壑纵横的地形地貌,给黄土高原地区的高铁等交通建设带来了很多挑战,尤其跨黄土沟壑填方区路基沉降风险较大,严重威胁着高速铁路的建设和安全运营。因此开展高速铁路跨沟谷填方区黄土力学特征及路基动力响应研究具有重要的理论与现实意义。本文依托陕西省高铁地质路基创新团队资助项目,以西延高铁洛川段高铁路基跨沟谷填方区为工程背景,通过常规三轴试验与电镜扫描分析了地基土体(原状黄土、压实黄土)及路堤土体(水泥黄土)的强度变形特征,微观结构和孔隙特征;然后通过动三轴试验研究了三种黄土的动力特性;在此基础上,建立了高铁路基动力分析有限元模型,研究了高铁路基跨黄土填方区路基沉降及动力响应规律。得到以下主要研究成果:(1)基于常规三轴试验与电镜扫描,阐明了原状黄土、压实黄土及水泥黄土的应力应变关系、抗剪强度及微观结构变化,厘清了不同类型黄土临界状态线的差异性,揭示了干密度和水泥掺量对黄土弹性参数和强度参数的影响规律。原状黄土应力历史对变形特征的影响不可忽略,随围压增大变形曲线由应变硬化向应变软化过渡。(2)基于动三轴试验,阐明了原状黄土、压实黄土及水泥黄土的变形累积、动模量及阻尼比的变化规律,厘清了原状黄土在超固结和欠固结状态下的塑性应变和动模量变化,揭示了不同含水率、水泥掺量对压实黄土与水泥黄土动模量的影响规律。超固结状态下原状黄土动稳定性较好,动力参数各方面优于压实黄土。(3)建立了高铁路基动力分析有限元模型,揭示了不同填方界面坡度路基初始沉降与雨后沉降特征,以及列车动荷载作用下路基的动力响应规律,明确了填方区动力影响深度范围。高铁路基跨填方界面土体性质差异会导致动力响应在界面处产生波动,建议填方区界面坡度不宜大于30°。

关键词： 地质聚合物改良土   强度特性   水稳定性   支持向量回归   微观结构  

摘要： 纤维增韧地质聚合物是在碱性激发剂(硅酸钠)作用下,掺入矿渣、粉煤灰、聚丙烯纤维,经水化、聚合等作用形成的一种无机胶凝材料,用于土体改良,可增强其强度特性和水稳定性。本文结合工程废弃土资源化再利用的难题,以杭州市某隧道开挖产生的废弃粉质黏土为研究对象,通过开展渗透试验、无侧限抗压强度试验、水稳定性试验、直接剪切试验,研究不同固化剂及其掺量对土体物理力学特性的影响。运用微观SEM手段,观测土体改良前后的微观结构形态,研究其微观孔隙变化规律,结合宏观特性分析其作用机理。论文主要研究内容及结果如下: (1)通过开展渗透试验,研究不同固化剂及其掺量条件下土体的抗渗性能。试验结果表明,矿渣改良土的抗渗性较素土有一定程度(78.65%)的提高,掺入粉煤灰后,改良土的抗渗性明显提高,在K8F2试样中抗渗效果最佳,渗透系数相较于素土降低94.45%,而聚丙烯纤维的掺入对渗透性能的提高影响较小。 (2)通过开展无侧限抗压强度及水稳定性试验,研究不同固化剂及其掺量、不同养护龄期、不同浸水时间条件下,改良土的变形特性、强度特性及水稳定性。研究表明,改良后试样的UCS值及水稳系数随矿渣掺量的增加而增大,当矿渣掺量为12%时UCS值最大,为6738.04kPa,较未改良土强度提高80.69倍;粉煤灰的掺入可提高试样后期强度和水稳性,其值在K8F2试样中最优,分别为7665.08kPa和89.93%;聚丙烯纤维的掺入能有效地改善材料的脆断性能,增强其韧性,且随着纤维掺量的增加,试样的UCS值和水稳系数,均呈现出先上升后下降的趋势,当纤维掺量为0.4%时其值最高。 (3)针对不同固化剂及其掺量、不同养护龄期、不同垂直压力条件下,改良土的抗剪强度特性,开展直接剪切试验。结果表明,任一固化剂掺量下,试样的抗剪强度均随垂直压力σ的增加,线性递增,且随矿渣掺量、地质聚合物中矿渣所占比例的增加而增大,在K12、K8F2试样中达到最优,较未改良土的抗剪强度分别增加3.08倍、2.12倍。随着纤维掺量的增多,抗剪强度呈现出先增加后降低的趋势,当纤维掺量为0.4%时,其强度最大,较未改良土增加2.78倍,且其对黏聚力的提高效果优于对内摩擦角的。 (4)通过Python软件建立基于SVR的改良土抗剪强度预测模型,分析不同训练集抽取比例对模型预测精度的影响,并利用相关评价标准对模型性能进行评估,最后对预测变量进行特征重要性排序。结果显示,训练集抽取比例越高,预测值和真实值越接近,误差越小,预测效果在训练集抽取比例为80%时达到最优,此时R2为0.934。各个特征在预测过程中对抗剪强度的影响程度为:养护龄期>矿渣掺量>垂直压力>矿渣/粉煤灰比例>纤维掺量。 (5)选取剪切破坏后的试样,研究不同固化剂及其掺量下试样的微观结构特性。定性分析结果显示,矿渣的掺入使土体发生水化作用,从而生成大量絮状胶凝物质,孔隙明显减少;粉煤灰掺入后可均匀的散布在土颗粒表面和孔隙之间;纤维的掺入作为桥梁,连接了土颗粒、固化剂及水化反应生成的胶结物质。IPP定量分析表明,孔隙定向频率在80°～100°区间内出现的概率最大,粉煤灰掺入后整体上较为均匀;孔隙率随着矿渣掺量的增加逐渐减小,较未改良土降低46.742%;孔隙平均直径主要分布在1μm之内,随着固化剂的掺入,小孔隙增多,大孔隙减少;孔隙丰度主要分布在0.4～0.6区间,孔隙形状主要为椭圆形。

关键词： 混凝土   超吸水树脂   内养护   抗压强度   干燥收缩   抗裂性能  

摘要： 摘要云南地区机制砂的石粉、泥含量普遍超出行业标准相关规定，致使混凝土力学性能被削弱、耐久性变差。当地干燥、大风等气候条件不利于混凝土早期养护，加之人工养护不到位，混凝土开裂现象时有发生。本文旨在用内养护方案解决由石粉、泥含量过高时养护不当引发的混凝土开裂问题，主要研究了超吸水树脂（简称SAP）对不同石粉、泥含量下C50混凝土的工作性能、抗压强度、干燥收缩及抗裂性能的影响。论文的主要研究内容如下：（1）研究了SAP对混凝土工作性能的影响。采用茶叶袋法对比了聚丙烯酰胺型SAP与聚丙烯酸钠型SAP 30 min吸收饱和氢氧化钙溶液的倍率，以吸液倍率较大者作为内养护剂。进一步研究了不同SAP粒径对吸液倍率的影响，从而选定出试验采用的粒径范围。测定了SAP在不同时刻的吸液速率，确定出对坍落度测定影响较小的混凝土搅拌时长。对比了额外引水干掺法与预湿SAP法对内养护混凝土工作性能的影响，确定出相对合理的搅拌方式。（2）研究了SAP对不同石粉含量、不同泥含量混凝土抗压性能的影响规律。本次研究结合云南机制砂的特点，选定石粉（泥）含量为0%、7%、15%、25%及泥含量2%、4%，SAP掺量为0%、0.2%、0.5%，采用边长为150mm的标准立方体试件，测定了混凝土7d 、28d、60d、90d抗压强度。分析发现，机制砂中石粉含量不超过25%时，SAP的加入会使混凝土早期强度降低，其降低幅度随着SAP掺量的增加而增加。而采用SAP内养护可以在一定程度上弥补由高石粉含量引起的后期强度损失。机制砂中泥含量不超过4%时，SAP内养护混凝土早期抗压强度会下降，但后期强度与不掺SAP时基本相同，甚至有小幅度地提升。 （3）研究了SAP对不同石粉含量混凝土干燥收缩性能的影响。选定石粉含量为0%、7%、15%、25%，SAP掺量为0%、0.2%、0.5%，每组成型三根100mm×100mm×515mm的棱柱体试件，测定7d、14d、28d、60d的收缩变形值。然后，对比各组试验结果的异同点，结合现有理论成果，对SAP的减缩机理进行分析。研究表明，石粉含量在25%以内时，掺入一定量的SAP并引入内养护水可以有效地减小混凝土干燥收缩，但不同石粉含量下混凝土对应的较佳SAP掺量不一定相同。SAP可以有效减小混凝土干燥收缩，主要是因为提高了混凝土相对湿度和细化了孔洞。（4）研究了不同石粉含量、不同泥含量混凝土早期（7d）抗裂性能。选定与（2）中相同的石粉、泥含量及SAP掺量，采用圆环法测出混凝土的应变时程曲线，运用美国标准（ASTMC 1581-04）中的方法对试验数据进行处理，得到混凝土的早期应力发展速率，以评价混凝土的早期抗裂性能。研究显示，机制砂中石粉含量为0～25%时，掺入适量的SAP可以提高混凝土的早期抗裂性能。机制砂的含泥量低于一定范围时，SAP对混凝土早期抗裂性能的影响规律大致保持不变。泥含量过高会削弱SAP对混凝土早期抗裂性能的有利影响。

关键词： 碳纤维沥青混凝土   剪切试验   劈裂试验   时间-温度等效原理   抗裂性能  

摘要： 沥青混凝土以其柔性大、不透水性强、变形性能优良等优点,被大量用作土石坝防渗体以保证结构的抗渗性能。近年来,沥青混凝土心墙坝越来越多、坝高越来越高,使得水工沥青混凝土材料需要一定的改良,以适应不断进步的坝体施工技术。随之而来的还有土石坝安全性的问题,其中包括温度和加载速率对沥青混凝土材料性能的影响。碳纤维具有质量轻、强度高、耐腐蚀和耐高温等优点。不仅可以作为结构的一部分承受载荷,还可以作为功能材料发挥作用。本文将短切碳纤维掺入沥青混凝土中,使其性能得到改良从而提高其抗开裂、抗冲击性能,抑制裂缝的产生和扩展,提高沥青混凝土的抗渗透性能。本文采用理论分析与试验结合的方式,通过剪切试验和劈裂试验(间接拉伸试验)研究温度和加载速率对碳纤维沥青混凝土性能的影响规律,主要研究结论如下:(1)分析了试验过程中裂缝开展和试块破坏后的表观现象,发现低温(0℃以下)环境下试块的破坏形态为脆性破坏,裂缝发展速度快,裂缝发展过程中有碎末掉落,且随加载速率增大变得更加明显。20℃和40℃条件下试块的破坏形态为韧性破坏,裂缝发展较为缓慢,碳纤维材料在断口处有明显的拉结作用,起到了增强效果。(2)掺入碳纤维后的沥青混凝土相比普通沥青混凝土,在剪切试验和劈裂试验中对各项性能评价指标均有10%～25%的提升,表明掺入碳纤维材料后,沥青混凝土抵抗斜向剪切、以及抵抗拉伸的能力得到加强;同时在增强沥青混凝土材料抵抗开裂和裂缝扩展的性能上,碳纤维材料可以起到重要作用。(3)分析了碳纤维沥青混凝土全过程受剪应力应变曲线,发现在20℃温度条件下,线性阶段较长并且所发生的应变量也较大,在实际工程中能够维持较大的应变量对大坝的稳定运行具有重要意义。结合断裂力学理论,通过段裂能、开裂指标等参数对碳纤维沥青混凝土劈裂试验的裂缝发展过程及机理进行分析,20℃试验条件下的碳纤维沥青混凝土的抵抗开裂和裂缝扩展性能均为所有试验条件中最好。因此在20℃环境下为碳纤维沥青混凝土的理想工作温度。在低温(0℃以下)和高温(40℃以上)环境下碳纤维沥青混凝土的工作性能较差,应力表现不稳定,不适合碳纤维沥青混凝土长期工作。(4)结合时间-温度等效原理对碳纤维沥青混凝土剪切模量、剪切强度进行分析,并得到对应的主曲线拟合公式。对劈裂试验基本参数进行分析,拟合得到温度低于0℃、加载速率处于一定范围内时的劈裂抗拉强度、劈裂破坏拉伸应变和劈裂破坏劲度模量与温度和加载速率的关系式。拟合数据与试验数据吻合程度较高,所得拟合公式可相对准确计算一定温度范围内及加载速率下的试验参数。

关键词： 土力学   珊瑚礁砂   动力离心试验   液化   放大效应   剪切模量   阻尼比  

摘要： 珊瑚礁砂场地液化特性与抗液化处理措施是热带港口建设的关键问题之一。基于动力离心模型平行试验，从超静孔压、场地放大效应、地表沉降及反演分析剪切模量和阻尼比等方面，对比珊瑚礁砂和标准砂自由场地的地震液化特征。结果表明：相同条件下，珊瑚礁砂场地触发液化的荷载强度要显著高于标准砂场地，而液化深度明显小于标准砂场地。在0.2 g和0.3 g正弦波输入荷载下，珊瑚礁砂场地的加速度放大系数明显小于标准砂场地。0.05 g～0.3 g序列输入荷载下，珊瑚礁砂场地的累计地表沉降约为标准砂场地的2/3。场地液化后，珊瑚礁砂场地的剪应变要高于标准砂场地而剪应力小于标准砂场地。非液化土层，在0.2 g和0.3 g正弦波等强输入荷载下，珊瑚礁砂场地的剪应力和剪应变均小于标准砂。相同条件下，珊瑚礁砂场地的剪切模量随剪应变的衰减速率要快于标准砂场地。0.05 g～0.3 g序列输入荷载下，珊瑚礁砂场地的阻尼比均略小于标准砂场地。研究成果为认识珊瑚礁砂场地的液化特征和港口工程抗液化性态设计，提供了重要指导依据和丰富数据。