教学课程资源库 更多>>

关键词： 混凝土强度   粗骨料破碎   离散元   粘结颗粒模型   细观模拟  

摘要： 作为一种非均质多相复合材料,混凝土的细观结构影响着其宏观力学性能,尤其是粗骨料和砂浆之间的界面过渡区,被认为是混凝土中最为薄弱的区域,界面过渡区的性质在一定程度上决定了混凝土的力学特性。在进行混凝土破坏方式的细观模拟时,通常认为是在外荷载的作用下,裂缝沿着界面过渡区延伸扩展的结果,不考虑粗骨料的破碎,即将粗骨料视为刚体。然而,受粗骨料的湿化、母岩性质及其形态影响,对混凝土试件进行单轴压缩试验时,发现有部分粗骨料发生破碎,且有主裂缝穿过粗骨料的现象。因此,考虑粗骨料的破碎对进一步探究混凝土的真实力学特性具有重要意义。本文基于离散元软件EDEM,建立粗骨料～砂浆的两相离散模型,利用粘结颗粒模型(Bonded-particle model,简称BPM)模拟粗骨料和砂浆之间的力学特性,使用应用程序接口文件(Application Programming Interface,简称API)对粗骨料进行替换,从细观层次探究粗骨料破碎对混凝土变形和破坏特性的影响。具体研究内容如下:(1)基于BPM模型,使用颗粒单元构建混凝土的单轴压缩离散元模型。编译API文件,用小颗粒团聚体替换粗骨料颗粒,从而达到模拟粗骨料破碎的效果。砂浆颗粒与砂浆颗粒、砂浆颗粒与粗骨料颗粒间均含有粘结键,通过模拟混凝土的单轴压缩试验对粘结键的参数进行标定。(2)选取母岩为石灰岩的单个粗骨料进行单轴压缩试验,标定小颗粒团聚体的细观参数。同时,研究发现了加载方向和形状特性对粗骨料破碎力和破碎方式的影响规律。(3)考虑粗骨料的破碎,利用EDEM软件模拟C30混凝土的单轴压缩试验,发现粗骨料破碎对混凝土的应力-应变曲线、抗压强度及最终破坏模式有着明显的影响。离散元数值模拟结果表明,粗骨料的破碎会改变混凝土试件的抗压强度和破坏模式,即主裂缝会穿过粗骨料进行延伸扩展。考虑粗骨料破碎的细观模拟有助于进一步探究混凝土的力学特性。

关键词： 承插式桥墩   UHPC灌缝   新旧混凝土   力学性能   模拟试验  

摘要： 全预制装配式桥梁是未来工程技术的发展方向，作为预制结构的相对薄弱点，构件间新旧混凝土界面的力学性能需要重点关注。现有可靠的界面连接方式，如伸出钢筋搭接或钻孔植筋，对施工空间有硬性要求，在狭窄的接缝无法采用，而无筋接缝的界面粘结性能存在不足。本文针对承插式桥墩与承台的UHPC灌缝，提出一种用于预制结构狭窄接缝的UHPC-NC新旧混凝土界面分布式纤维连接技术，以提高界面的粘结性能，进而保证整体结构的安全性和耐久性。为研究UHPC-NC分布式纤维连接方式的粘结性能，本文围绕钢纤维配筋率、钢纤维锚固长度、不同连接方式和灌缝龄期四个影响因素，分别对78个剪切试件和30个拉伸试件进行试验研究，得到荷载-位移曲线、开裂荷载、极限承载力、破坏位移及破坏现象。同时本文对不同钢纤维配筋率的界面剪切试验开展了有限元分析，与试验得出的结果进行对比。主要结论如下:　　(1)钢纤维的截面配筋率是决定接缝界面抗剪、抗拉承载力的重要因素。随着钢纤维截面配筋率的增大，界面的承载力逐渐增大。　　(2)钢纤维的合理锚固长度是发挥钢纤维抗剪性能的影响因素。对于直径1mm的光圆直线型钢纤维，锚固长度达到20mm(20d)达到其最大的锚固能力。　　(3)通过对比六种不同的界面连接方式，接缝预埋钢纤维这一连接方式相对于其他连接方式具有明显的优势。不仅提高了界面的抗剪承载能力，同时试件在开裂后出现可保持承载力的滑移段，延性特征明显。　　(4)灌缝龄期对于预埋钢纤维试件的界面抗剪承载力有显著影响。随养护时间的增加，试件的抗剪承载力有明显提高，灌缝龄期60天时，界面的抗剪承载力较为理想。　　(5)所建立的有限元模型与所选5个工况的试验结果吻合较好，可较好反映出在加载过程中新旧界面和钢纤维的应力传递状态，验证了有限元模型的正确性。　　(6)针对钢纤维截面配筋率这一影响因素进行的有限元参数分析，得出在忽略浇筑质量的理想化条件下，界面抗剪承载力随钢纤维截面配筋率增大而增大的规律，较试验规律更加连贯合理。

关键词： 钢渣粉   玻璃粉   再生混凝土   力学性能   预测模型  

摘要： 随着水泥混凝土应用技术的不断发展,越来越多的矿物掺合料和外加剂在混凝土中扮演着高效、不可或缺的材料角色。钢渣粉是炼钢过程中产生的副产品,其具有一定活性,在混凝土中具有广泛的应用前景。玻璃本身就是一种无定形二氧化硅材料,磨细后具备一定的火山灰活性,可作为辅助胶凝材料用于混凝土。同时,在混凝土中体替代一部分再生混凝土骨料,以实现废弃混凝土资源再利用的要求。本课题将钢渣粉和玻璃粉用于再生混凝土中,总结归纳双掺微粉对于再生混凝土性能的影响,从而实现钢渣、废弃玻璃和再生骨料三种废弃物共同回收利用的目的。本文主要研究了钢渣粉和玻璃粉的组成成分、结构特点,探讨了其在混凝土中的胶凝特性。通过宏观试验研究钢渣粉和玻璃粉再生混凝土力学性能,并分析随龄期的发展规律和不同掺量力学性能之间的关系。在宏观试验的基础上,利用XRD、SEM、EDS和MIP等测试技术研究了钢渣粉和玻璃粉水泥浆体的组成与微观结构以及新老砂浆的ITZ粘结与水化情况。在前人总结的混凝土力学模型的基础上,建立双掺微粉再生混凝土抗压强度和弹性模量预测模型,促进双掺掺合料再生混凝土在工程中的实践推广运用。本文主要研究内容及结论如下:(1)宏观方面:双掺再生混凝土基本力学性能随钢渣粉掺量有先减小后增大的趋势,当钢渣粉掺量为10%时,基本力学性能最小;随玻璃粉掺量有先增大后减小的趋势,当玻璃粉掺量为10%时,基本力学性能较其他掺量最优。(2)微观方面:XRD和SEM研究表明,掺合料的加入使得硬化初期浆体中有较多孔洞,钢渣粉掺量为10%时,仅起到填充密实作用。当玻璃粉掺量为10%时,火山灰作用最明显;经过EDS分析,新砂浆ITZ的(SiO2+A12O3+Ca0)含量百分比高于老砂浆ITZ,新ITZ比在老ITZ生成了更多的C-A-H或C-A-S-H凝胶;MIP试验表明,钢渣粉掺入能够降低混凝土的孔隙率。随着钢渣粉掺量的增加,总孔隙率也在提高,但仍要优于基准再生混凝土。(3)根据试验数据用Origin拟合最终得出钢渣粉和玻璃粉再生混凝土抗压强度预测模型公式fcu(t)=fcu，28[1+0.21191n(t/28)](w/c)0.018,弹性模量计算公式E=4287(fcu)0.488,误差范围控制在±12%。同时根据其他研究数据对模型进行预测,相对误差与误差范围相近。

关键词： 短切玄武岩纤维   玄武岩纤维束   力学性能   断裂性能   数值模拟  

摘要： 随着我国经济的高速发展,桥梁承担的交通运输量越来越大,同时衍生出一些问题,如混凝土开裂、伸缩缝损坏、路面渗水、桥面出现严重损坏等。长大桥梁桥面混凝土层在超载及动荷载作用下容易导致桥梁关键部位产生裂缝,在非正常状态下工作,日积月累耐久性变差,疲劳损伤不可避免。研究表明:在混凝土中加入纤维可以提升混凝土的抗裂韧性以及耐久性,增大结构的使用寿命。近几年兴起的玄武岩纤维(BF)是一种力学性能高、绿色环保的材料,由它制备的玄武岩纤维混凝土(BFRC)具有较高的应用价值。但是,短切玄武岩纤维对混凝土流动性的影响较大,在搅拌时易发生结团现象,给施工带来不便。本文通过改进玄武岩纤维制备工艺,制备出一种加捻玄武岩纤维束,并将其用于增强混凝土材料;通过试验和模拟两种途径,对短切玄武岩纤维与玄武岩纤维束混凝土性能进行对比研究。首先,进行了不同体积掺量的5组短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验。试验结果表明:随着纤维掺量的增大,拌合物流动性逐渐降低;纤维的掺入降低了混凝土的抗压强度,28 d劈裂抗拉强度、抗折强度最大分别提升了4.22%、3.6%;其次,进行了不同体积掺量、不同直径的6组玄武岩纤维束混凝土力学性能试验,并将同体积掺量(0.2%)的短切玄武岩纤维与玄武岩纤维束混凝土进行对比。研究表明:掺入玄武岩纤维束可以显著增强混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度,相同掺量下(0.2%)玄武岩纤维束增强混凝土力学性能的效果更好;同时通过拌合物流动性对比,发现玄武岩纤维束较短切玄武岩纤维对混凝土流动度的影响更小。然后,进行了不同体积掺量、不同直径的6组玄武岩纤维束混凝土断裂性能试验。研究发现:玄武岩纤维束可以显著提高混凝土的断裂性能。随着纤维掺量的增大,峰值荷载、起裂韧度、失稳韧度逐渐提升;0.2 mm、0.5 mm、0.8 mm三种纤维束直径中,0.2 mm直径的纤维束对混凝土断裂性能的提升效果最好;最后,以0%、0.2%掺量的玄武岩纤维束混凝土抗折试验的数据为基础,利用ABAQUS有限元软件进行了玄武岩纤维束混凝土抗折试验的数值模拟,并将模拟结果与试验对比,验证了数值模拟的有效性和准确性;通过模拟玄武岩纤维束混凝土单轴压缩试验,研究玄武岩纤维束掺量、长度、直径对混凝土抗压强度的影响。结果发现:随着掺量的增大抗压韧性逐渐提升;长度的变化对抗压强度无明显影响;当掺量一定时,适当增大纤维长径比可以提高混凝土的抗压强度。

关键词： 土力学   锰渣   易溶盐   物理力学特性   土工试验   抗剪强度  

摘要： 电解锰渣(electrolytic manganese residue,EMR)是电解锰过程中产生的固体废弃物,也称锰尾矿。锰渣的工程力学性能对分析锰渣坝的稳定性具有重要意义。通过大量室内试验,测定锰渣中的易溶盐成分,并对锰渣脱盐前后的物理特性和力学性能进行试验研究。结果表明,锰渣所含易溶盐为硫酸盐类,含量为10.64%～13.98%,属超盐渍土类;硫酸盐含有结晶水,在进行锰渣的含水率测试时,建议烘干温度为55℃、时间超过4 d为宜。脱盐锰渣较原锰渣的液塑限值增大、最大干密度减小、最优含水率增大。随着盐分的流失,锰渣的渗透系数与固结系数增大,压缩模量减小。随着干密度和含水率的增加,锰渣的应力﹣应变关系逐渐由应变硬化向应变软化转变;剪切峰值随盐分的流失而下降,抗剪强度指标c,φ值随干密度增加而增加,随含水率增大而减小。

关键词： 《岩土力学》   编辑部   出版者  

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,中国科学引文数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国科技论文统计源期刊,《中国期刊网》、《中国学术期刊(光盘版)》全文收录,也是国际三大检索系统之一的美国《工程索引》(EI compendex)文摘收录期刊(光盘版)。1.办刊宗旨及内容

关键词： 钢-PVA混杂纤维   混凝土   配合比   力学性能   数值模拟  

摘要： 高弹模的钢纤维和高延性的PVA纤维作为两种具有代表性的水泥基增强材料,在理论上可通过不同尺度的搭配实现正混杂效应,提升混凝土的综合性能。为了探索最大程度提高钢-PVA混杂纤维混凝土（Steel-PVA Hybrid Fiber Concrete,简称SPHFC）在常温养护下力学性能的可能性,进一步提高其工程应用潜力,本文采用常规的制备工艺,利用我国地方原材料制备SPHFC,探索在控制造价的前提下,工作性能和力学性能均较优的具有工程应用前景的SPHFC。主要研究内容及成果如下: （1）SPHFC的配制机理研究。通过正交试验法研究水胶比、砂胶比、钢纤维掺量、PVA纤维掺量、粉煤灰掺量、硅灰掺量等6个因素对SPHFC的坍落度、扩展度、抗压强度和抗拉强度等4个性能指标的影响;重新定义纤维改性系数和纤维混杂系数2个参数,分别表示纤维的贡献和混杂效应,用以深入分析纤维作用机理;采用SEM电镜进行微观结构分析,发现钢纤维和PVA纤维混掺可以改善混凝土基体的内部空隙,增加混凝土的密实性,并且PVA纤维的加入还能加强钢纤维与混凝土基体之间的粘结。 （2）SPHFC最优配合比的确定。采用功效系数法基于不同的性能需求得到最优配合比。若综合考虑SPHFC工作性能和力学性能时,最优配合比为:钢纤维掺量2.5%,PVA掺量0.1%,水胶比0.18,砂胶比1.12,粉煤灰掺量10%,硅灰掺量20%,对应指标值坍落度285mm,坍落扩展度640mm,抗压强度129.7MPa,抗拉强度7.94MPa;若仅考虑SPHFC抗压、抗拉强度时,最优配合比为:钢纤维掺量2.5%,PVA掺量0.3%,水胶比0.16,砂胶比1.32,粉煤灰掺量0,硅灰掺量20%,对应指标值坍落度185mm,坍落扩展度265mm,抗压强度137.66MPa,抗拉强度8.74MPa。 （3）SPHFC立方体抗压强度与龄期和受压次数的关系。依据试验结果,确定SPHFC立方体抗压强度随龄期和受压次数的变化关系。SPHFC的7d抗压强度基本能达到28d的76%,二次抗压强度基本能达到首次的81%;建立SPHFC立方体抗压强度与龄期和受压次数的关系式。 （4）SPHFC120混凝土强度等级配合比确定以及其单轴受拉本构方程的研究。根据相关规范中对混凝土配合比试配、调整和确定的方法,确定SPHFC120最终设计配合比为:钢纤维掺量1.5%,PVA掺量0.1%,水胶比0.16,砂胶比1.22,粉煤灰掺量5%,硅灰掺量25%。对应指标值坍落度210mm,坍落扩展度335mm,抗压强度147.3MPa,抗拉强度7.3MPa,拉压比1/20,市场成本约3403元/方,SPHFC120表观密度2476kg/m3。通过单轴受拉试验获取SPHFC120受拉应力应变曲线,建立受拉本构方程。 （5）SPHFC三维数值模拟研究。考虑了纤维交叉、纤维裹浆厚度、模具的壁效应、纤维倾角的影响,利用Matlab软件建立了纤维三维随机分布模型,将单根纤维拔出试验所获得的纤维载荷-滑移关系转化为纤维拉伸的应力-应变关系以间接考虑纤维与混凝土之间的粘结,结合Abaqus进行非线性有限元计算。解决了SPHFC的数值建模问题,进一步拓宽了SPHFC在细观层次上的研究手段。在验证数值模型合理性的基础上,研究了不同纤维掺量组合对SPHFC单轴受拉、受压破坏的影响。

关键词： 土工测试   土力学   中国土木工程学会   岩土工程   中国水利学会岩土力学专业委员会   学术研讨会  

摘要： (2020年7月18,19日,呼和浩特)第1号通知主办单位:中国土木工程学会土力学及岩土工程分会,中国水利学会岩土力学专业委员会。承办单位:内蒙古工业大学等。协办单位:《岩土工程学报》编委会等。大会邀请及主题:中国土木工程学会土力学及岩土工程分会,中国水利学会岩土力学专业委员会拟定于2020年7月在呼和浩特召开'第29届全国土工测试学术研讨会',会议主题:'岩土工程勘察技术及土工测试新技术、新方法'。中国土木

关键词： 土力学   大锚片螺旋锚   现场试验   数值分析   上拔受力性能  

摘要： 为了研究大锚盘螺旋锚基础在粉质黏土地区上拔荷载作用下受力性能,首先,对单锚和群锚基础进行现场静载试验研究,阐明单锚的埋深、锚盘数量以及群锚的锚杆倾角对基础上拔性能的影响程度;其次,建立螺旋锚基础和土共同受力的精细化有限元模型,基于接触面的过盈分析将螺旋锚和土体之间的初始摩阻力施加到模型中,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证数值模型的合理性;最后,基于有限元模型数值分析结果,揭示螺旋锚基础在上拔荷载作用下锚杆的内力和侧摩阻变化规律、锚杆侧摩阻和锚盘端阻占总上拔承载力的比例关系,以及单锚与群锚上拔承载力之间相关性。研究结果表明:锚杆的内力以轴力为主,其侧摩阻随着上拔位移的增大而增大,不同锚盘之间分担的荷载基本是相等的,且锚盘端阻分担的荷载占螺旋锚基础整个抵抗力的68%～88%,以及相同位移下群锚的上拔承载力约为单锚的3倍。

关键词： 第四系   玄武岩残积土   力学特性   边坡稳定   Midas/GTS NX  

摘要： 我国云南省腾冲市境内广泛分布有一层第四系玄武岩,该层玄武岩具有喷发时代晚、喷发期次多、分布范围广等特点。玄武岩残积土是玄武岩风化后残留在原地的松散堆积物,受当地气候影响具有弱～强膨胀性及大孔隙黏性土特征,在较陡斜坡或具有一定临空面的地形条件下极易造成土体坍塌和滑坡等现象,属区域特殊性土,对国家经济建设和人民生命财产安全具有一定隐患,不同程度上制约了当地的工程建设发展。本文以腾冲市曲石镇生态旅游度假小镇项目所处位置的第四系玄武岩风化形成的玄武岩残积土为研究对象,通过资料收集、现场调查、室内土工试验、现场直剪试验等手段对玄武岩残积土的力学特性展开深入研究,结果表明:玄武岩残积土层厚差异较大,在化学成分上以Si O2、Fe2O 3、Al2O 3为主,物理性质表现为高含水率、高孔隙比、低密度、高压缩性等特性。含水率对其强度指标有着重要影响,当含水率较高时,其抗剪强度明显降低,雨季土体强度明显低于旱季。贵州玄武岩残积土是二叠系峨眉山玄武岩风化形成,将研究区玄武岩残积土力学指标与其对比发现:研究区玄武岩残积土具有压缩系数较大、粘聚力较大、内摩擦角较小的力学性质。选取研究区某一典型玄武岩残积土边坡,利用完成的试验数据,运用瑞典圆弧法和有限元软件Midas/GTS NX建立二维边坡模型分析边坡的稳定性,结果表明:随着网格密度的增加,玄武岩残积土边坡计算的稳定性系数减小,计算结果更加准确;坡顶施加建筑荷载会降低边坡的稳定性,且边坡的岩土层交界面最容易发生滑动破坏;运用瑞典圆弧法和有限元软件模拟计算出的边坡稳定性系数均不能满足边坡安全系数,需要对边坡进行加固处理。本文深入研究了玄武岩残积土的力学特性,并分析了玄武岩残积土边坡的稳定性,研究成果对腾冲地区建立在第四系玄武岩风化形成的残积土上的工程建设具有重要的指导意义和参考价值,并可为玄武岩残积土的后续研究提供基本数据和理论依据。