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关键词： 黄土   结构性   增湿变形   静止土压力系数   三轴试验   力学特性  

摘要： 西北地区广泛分布着大孔隙、欠压密、竖向裂隙明显的原状黄土,本次采用两利种制样方法分别制得各向异性和各向同性重塑黄土,三者结构性显著。黄土结构性不同及其变化是发生破坏的重要原因,对工程特性有很大影响。因此,为了更好地解决这些工程建设问题,.开展成样方法引起的结构性变化对黄土力学特性影响研究具重要的理论与实际意义。本次将对各向异性和各向同性重塑黄土试样进行不同加卸载路径的压缩试验及常应力分级增湿试验,控制吸力的等向压缩试验和控制吸力、净围压的固结排水三轴剪切试验。引用与本次试验具有相同物理性质的原状土的试验结果,探讨成样方法引起的结构性变化对非饱和黄土力学特性的影响。基于不同加卸载路径的压缩试验及不同竖向应力的常应力分级增湿试验,分析含水率、结构性与加卸载路径对黄土的压缩特性的影响,揭示了三者对弹性指数和压缩指数的影响较小,对屈服应力的影响很大;探讨了竖向应力、力水作用路径和结构性对黄土增湿湿陷特性的影响;揭示了黄土的静止土压力系数并非常数,而是与竖向应力、加卸载路径、含水率、力水路径和结构性密切相关,并且提出了加卸载条件下静止土压力系数与竖向应力及含水率关系的表达式。基于控制吸力的等向压缩试验,分析吸力和结构性对黄土等向压缩特性和屈服特性的影响,提出了等向压缩指数与吸力关系的表达式;揭示了结构性对黄土的加载-湿陷(LC)初始和后继屈服屈服线有明显的影响。基于控制吸力、净围压的固结排水三轴剪切试验,分析净围压、吸力和结构性对黄土应力应变关系、体应变轴应变关系、屈服特性、临界状态及强度特性的影响;揭示了吸力和结构性皆对孔隙比与净平均应力半对数平而上临界状态线斜率的影响很小,而对偏应力与净平均应力平而上临界状态线斜率和截距的影响较大,重塑黄土的抗剪强度指标粘聚力与吸力之间皆呈单调上升的线性关系,内摩擦角随吸力的变化很小,土的结构性越强粘聚力越大,内摩擦角基本不变。

关键词： 聚丙烯纤维加筋土   抗剪强度   无侧限抗压强度   加筋机理  

摘要： 粉煤灰加筋土能改善路基土工程性能,它经常表现出脆性破坏,导致路面形成纵向和横向裂缝,需要进一步改进措施。聚丙烯纤维广泛用作加筋领域中的加筋材料。在室内试验的基础上,研究了聚丙烯纤维加筋粉煤灰的抗剪强度特性和无侧限抗压强度特性,讨论了纤维加筋机理。1.在黏土中掺入粉煤灰,能有效提高土体抗剪强度,其中粉煤灰含量为30%时的灰土混合物试样剪切强度达到最大;随着粉煤灰含量的增加,粉煤灰土混合物试样剪切峰值后的强度损失均逐渐减小。2.与未加筋灰土混合物试样相比,纤维加筋倾向于增加试样的极限抗剪强度。另外峰值应力随着纤维含量的增加逐渐增加,当剪切应变达到15%时,试样的剪切应力基本保持恒定,没有出现减小的趋势。3.对于粉煤灰含量为0%和10%试样的无侧限抗压强度值,其受到粉煤灰含量和养护龄期的影响较小。粉煤灰含量超过20%试样的无侧限抗压强度值在养护7天到28天的条件下不受养护龄期的显著影响。其中,粉煤灰含量为30%时,无侧限抗压强度随养护龄期增长的幅度较大。4.粉煤灰含量为30%的灰土混合物表现出脆性破坏,试样在轴向应变小于3%时会突然发生破坏,与未加筋的灰土混合物相比,纤维加筋后试样的应力-应变曲线呈现出延性破坏,试样发生破坏时的轴向应变在3%4%之间,同时经过峰值后纤维加筋试样应力减小的幅度相比未加筋试样也较小。5.当纤维长度保持恒定时,聚丙烯纤维加筋灰土的c值随着纤维含量的增加而增加;当纤维含量保持不变时,与6mm长纤维加筋灰土试样相比,12 mm长纤维加筋灰土的c值明显提高,说明纤维加筋灰土的c值随着纤维长度的增加而增加,但增长趋势在一定范围内。

关键词： 高职教育   “互联网+”   虚拟仿真   土力学实验教学   实验  

摘要： 实验教学在土力教学中是非常重要的实践性环节,但是现在的实践教学条件很难同时满足大量学生同时上机进行实践操作的需求,只能是将学生进行分组来解决同时上机难的问题。从而也让很多的学生只是观察实验,而没有真正的操作实验,不利于实验教学的发展。所以,"互联网+"虚拟仿真土力教学实验教学平台的出现,缓解了大量学生同时上机的问题。学生通过该技术,进行虚拟常规性和设计性的实验,借助该程序中的实验数据进行处理,完成作业,与此同时,实验指导教师还能同构后台数据来准确的掌握每一名学生的实际操作情况,大大的提升了学生的实现教学效率。

关键词： 稻壳灰   土   土工合成材料   强度   非线性模型  

摘要： 我国作为世界上主要产稻国家,稻谷是中国主要粮食作物之一,年产量近2亿吨,稻壳约占稻谷重量的20%,虽然稻壳资源十分丰富,但我国稻壳利用率较低,在农村作燃料时造成了极大的资源浪费,而且对环境造成极大的污染,因此为稻壳灰寻求一种合理处理方式尤为重要。同样作为产稻大国的一些东南亚国家则利用稻壳灰作路基填料增强土体承载力,解决了稻壳这一农业废弃物,减少对环境的污染,因此将稻壳灰应用于建筑路基材料具有研究价值和广阔的应用前景。本文通过三轴试验对稻壳灰混合土及加筋混合土进行研究。将不同比例稻壳灰与黏土混合作为路基填料,通过三轴压缩试验对不同比例的稻壳灰混合土进行试验,分析了混合土力学性能和抗剪强度参数。试验结果显示:添加不同比例稻壳灰对混合土抗剪强度有较大影响,在低围压时,稻壳灰混合土体早期强度较好;高围压下呈“缓慢硬化型”,加入稻壳灰后,土体弹性模量及割线模量增长显著,较优比例下可增加至1.5倍多;加入稻壳灰能有效提高土体强度;稻壳灰比例为15%时,切线模量达到最大。即15%稻壳灰比例时能最大程度增强土体强度。为了更准确的描述稻壳灰混合黏土的应力-应变性能,分别采用了双曲线模型,指数模型,章峻豪等人提出的非线性新模型,对稻壳灰混合土进行对比模拟。结果显示:将三种模型进行对比研究得出,双曲线模型和指数模型不仅低估了高围压下稻壳灰混合土的初始切线模量,也低估了混合土的整体强度。与常规双曲线模型和指数模型相比,切线模量模型更能较为准确地反映稻壳灰混合土实际应力-应变性能及其强度特征。基于前面结论得出最优的稻壳灰比例,在最优稻壳灰比例下加入土工合成材料进行加筋土三轴试验研究,试验结果得出:与土工织物加筋稻壳灰混合土相比,土工格栅层数对土体抗剪强度增大效果更显著。稻壳灰及筋材均能有效提高土体强度;由不同轴向应变下未加筋及加筋稻壳灰混合土偏应力和加筋强度比参数,可以得出不同试验条件下的实际受力情况,从而确定设计允许值,稻壳灰混合土不同应变水平对加筋土性能影响较大。

关键词： 再生混凝土   盐冻循环   力学性能   黏结-滑移性能   本构关系  

摘要： 内蒙古地区属北方严寒地区,存在大量盐碱地,混凝土结构长期遭受盐碱的化学、物理侵蚀作用以及冻融腐蚀作用,因此本文针对内蒙古盐碱冻融耦合环境,通过改变复合盐浓度与强度等级研究不同盐冻循环下的再生混凝土的力学性能,同时改变钢筋直径、钢筋锚固长度、混凝土强度等级和复合盐浓度,研究不同盐冻循环下钢筋与再生混凝土的黏结性能,并与普通混凝土进行对比,最后建立了盐冻后再生混凝土的损伤模型和考虑位置函数的黏结-滑移本构关系。（1）对再生混凝土试件进行盐冻循环,测试其在盐碱与冻融耦合环境下的力学性能,结果表明:在相同盐冻循环下,再生混凝土的力学性能均比普通混凝土差;强度等级越高,再生混凝土的抗盐冻性能越好,强度等级为C40的再生混凝土在90次盐冻循环时,其抗压强度损失与质量损失均为最小,分别为26.62%和0.24%;30次盐冻循环前,复合盐浓度越高再生混凝土的力学性能越好,30次盐冻循环后,复合盐浓度越高再生混凝土的力学性能损伤越大;建立的力学性能损伤模型能够较好的反应内蒙古盐冻环境下再生混凝土的损伤变化。（2）通过中心拉拔试验,测试盐碱与冻融耦合环境下钢筋与再生混凝土的黏结性能,结果表明:相同盐冻循环次数下钢筋直径越大,其与再生混凝土的黏结性能越好,但钢筋直径最大时,由于相对黏结面积的减少导致其与再生混凝土的极限黏结强度反而最小;钢筋锚固长度在3d-5d之间时,对黏结性能的提高影响很大,而锚固长度在5d-8d之间时,对黏结性能的提高影响变缓,因此给出la/d=5的钢筋标准埋入长度建议值;强度等级越高钢筋与再生混凝土的黏结性能越好,90次盐冻循环后强度等级为C40的再生混凝土的极限黏结强度是强度等级为C20再生混凝土的1.82倍;复合盐浓度对钢筋与再生混凝土的黏结性能有很大影响,60次盐冻循环前,复合盐浓度越高钢筋与再生混凝土的黏结性能越好,60次盐冻循环后则相反;（3）采用钢筋开槽内贴应变片的方法,测试盐冻循环后钢筋与再生混凝土的局部黏结性能,结果表明:盐冻循环次数小于60次时,钢筋应变沿锚固长度分布曲线呈现出下凹特征,钢筋应变向自由端传递较慢,盐冻次数达到90次以后,应变分布曲线呈现出上凸特征,钢筋应变传递速度加快;钢筋与再生混凝土的黏结应力随盐冻循环次数的增加逐渐呈现双峰分布,盐冻损伤加速了黏结应力从加载端向自由端传递,90次冻融循环时,自由端的峰值黏结应力超过加载端;建立的盐冻循环下考虑锚固位置的钢筋与再生混凝土黏结-滑移本构关系模型,为复杂环境下钢筋与再生混凝土的实际受力情况提供了理论参考。

关键词： 土力学   布鲁纳认知学习理论   教学  

摘要： 《土力学》是土木工程等专业的专业基础课,也是后续学习专业课的基础。但《土力学》其中包含着大量松散的知识点,给教学带来了很大的困扰。布鲁纳的认知学习理论强调教学要重视学科的基本结构,并让学生积极、主动地把学科基本机构融入到自己已有的认知结构中去。教师在教学过程中应梳理教材知识点,多运用发现学习法等帮助学生尽快完成新知识加入学习自身知识结构中,从而提高学生的分析解决问题的能力。

关键词： 碳化性能   力学性能   应力水平   数字图像相关   水平应变  

摘要： 碳化是混凝土的主要耐久性能之一,近年来,由于大气中的二氧化碳等酸性气体的不断增加,混凝土中的碱性物质与二氧化碳发生碳化反应,降低其碱性,导致钢筋锈蚀,最终使混凝土结构丧失承载能力。在实际工程中,大部分混凝土构件还受到持续荷载的作用,因此,研究荷载与碳化共同作用下力学及碳化性能,对工程实际更具意义。本文将四点弯预加载的混凝土试件进行快速碳化试验,研究不同荷载水平和碳化时间对混凝土碳化性能的影响规律,结果表明,碳化时间相同时,碳化深度、碳化速率在拉应力区随应力水平的增大而增大,压应力区随应力水平的增大而减小;应力水平相同时,拉应力区与压应力区碳化深度随碳化时间的增加而增加;基于试验结果分别建立弯曲拉应力水平、弯曲压应力水平与碳化时间共同影响下的碳化深度预测模型,模型与试验值吻合较好。通过不同荷载水平和碳化时间作用的混凝土试件进行抗压和抗折试验,发现应力水平相同时,随着碳化时间的增加抗压强度增大,抗折强度先减小、再增大;碳化时间相同时,抗折强度随应力水平的增加而减小。通过X射线衍射分析及差热-热重分析表明,未碳化时混凝土中Ca(OH)含量高于碳化后的混凝土,碳化后较未碳化时混凝土中含有大量的CaCO,在碳化初期(碳化时间7天)碳化反应较为充分。通过压汞法研究载与碳化共同作用下混凝土孔结构演变规律,发现随应力水平、碳化时间的增加,混凝土总孔隙量、总孔面积、孔隙率、少害孔、无害孔总孔隙率均减小,应力水平相同时,碳化作用初期受压区孔结构改善大于后期;碳化时间相同时,随应力水平增加受拉区内部缺陷及孔隙增多。采用数字图像相关技术(DIC)对抗折试件表面应变场变化规律进行统计分析,定义水平应变统计指标表征混凝土损伤程度,结果表明,碳化时间相同时,应力水平越大混凝土受拉区水平应变统计指标的转折点出现越早,即出现损伤越早,受压区越早由损伤形成进入损伤积累阶段,且较早的退出损伤积累阶段而发生破坏;应力水平相同时,随着碳化时间的增加,受拉区水平应变统计指标的转折点出现越迟,即出现损伤越晚。受压区会越早由损伤形成进入损伤积累阶段,且越晚发生破坏。

关键词： 碱渣土   力学特性   长期变形   土工试验   预测模型  

摘要： 碱渣是氨碱法制碱过程中产生的工业废渣,在海岸地区将碱渣进行填埋作为地基土,即可有效降低工程成本又能解决其堆积占地和环境污染问题。复杂应力条件下碱渣土的力学特性和长期变形特性,是碱渣土工程应用需解决的关键问题。针对天津港原状碱渣土开展了室内基本物理力学性质试验、静力学试验、动力学试验和长期变形试验,以试验所得规律为依据,研究了碱渣土的基本工程特性、静力学剪切特性、动力学特性和长期变形特性,建立了碱渣土在复杂应力条件下的强度及长期变形预测模型。本文的主要工作和结论如下:(1)针对天津港碱渣土开展了一系列常规室内土工实验,分析了碱渣土的基本物理力学性质。发现碱渣土具有含水率高、孔隙比大、密度低、液塑限高、压缩性高、可塑性和渗透性较差的特点。碱渣土属于细粒无机土,按卡萨格兰德塑性图分类可进一步划分为高液限粉土,将碱渣作为地基土进行应用时须考虑其工程性质的特殊性。(2)针对天津港原状碱渣土开展了静力学三轴试验,研究了原状碱渣土在不同固结应力条件下的剪切特性。同时,从Mohr-Coulomb理论出发,通过理论推导建立了一种能够反映土体结构性影响的强度模型。该模型将土体的不排水强度分为摩擦强度和原始结构强度两部分,摩擦强度表征土颗粒间摩擦作用的大小,原始结构强度表征土体天然结构性的强弱。在此基础上,将原状碱渣土试验规律与该模型相结合,建立了能同时考虑固结条件和结构性影响的碱渣土强度模型。(3)针对天津港原状碱渣土开展了动态循环三轴试验,研究了其在不同应力条件下的动力特性,发现双幂函数模型能较好的描述超固结土的循环孔压和累积应变在循环压缩和剪胀作用双重影响下的非单调变化规律。同时,在Yasuhara等效超固结模型的基础上考虑原状土结构性的影响,提出了结构性等效超固结模型。将碱渣土循环孔压模型嵌入结构性等效超固结模型,总结得到了碱渣土的循环后强度模型。(4)针对天津港原状碱渣土开展了长期变形试验,分析了碱渣土在不同应力条件下的一维压缩固结变形。以试验规律为依据,总结得到了适用于碱渣土的一维长期变形预测模型。将一维长期变形预测模型应用于天津港北港路及周边道路工程中,对碱渣地基的长期沉降变形进行了预测。

关键词： 粉煤灰   硅粉   力学性能   抗渗性   抗冻性   孔结构  

摘要： 混凝土的力学性能和抗渗抗冻性可以通过微观孔结构来反映,将适量粉煤灰和硅粉替代水泥掺入到混凝土中,通过改善混凝土内部的孔隙结构,进而提升混凝土宏观力学性能和耐久性,同时还能回收利用工业废渣,解决了粉煤灰硅粉等工业废弃料排放污染的问题;且减少了水泥用量,达到经济适用性的效果。因此对复掺粉煤灰硅粉的混凝土的研究,具有资源循环利用、环保及经济的多重意义。本文通过等量替代法,将粉煤灰和硅粉掺入到普通硅酸盐水泥当中,经试验计算后完成配合比的设计,并通过随着养护时间的变化,分析不同掺量情况对其抗压强度、劈裂抗拉强度、抗渗性、抗冻性以及内部孔隙分布的影响,进而得出最优掺量。本次试验采用掺量分别为10%、20%、30%的粉煤灰和2%、4%、6%的硅粉等量替代P.042.5普通硅酸盐水泥的用量,以水灰比为0.29来制备9种不同掺量情况下的混凝土试块,对其分别进行7d、28d、56d和90d四个不同养护时期的立方体力学性能、抗渗性、抗冻性和内部孔隙情况的测试与分析。本文得出以下结论:1.在相同养护时期下,粉煤灰的掺入对混凝土早期强度提升有着不利的影响,随着掺量的增加,强度也有所减小,但后期混凝土强度呈现大幅增长;硅粉在整个养护期内对混凝土的强度起着积极的作用,但不能充分弥补粉煤灰造成早期强度增长趋势减小的结果,后期硅粉疲软,但仍能小幅度增强混凝土的强度。2.在不同时期,混凝土的强度随着粉煤灰掺量的增加总体呈现增加的趋势,前中期趋势缓慢,后期得以稳定增长。但粉煤灰掺量应控制在30%以下,大掺量粉煤灰对混凝土的力学性能起着较为强烈的反作用。3.适量粉煤灰和硅粉的掺入都对混凝土抗渗透性、抗冻性起着改善的作用,且随着掺量的适量增多效果也越明显。30%掺量的粉煤灰在抗渗抗冻性上与影响强度的方式相反,相对于小掺量粉煤灰,则会更加有利于混凝土的抗渗透性。4.两种掺合料的加入均有利于改善混凝土的内部孔隙结构,由于其颗粒粒径较水泥小,能够充分的填充混凝土内部的部分孔隙,增加了大量无害孔,减少了有害孔数量,通过改善微观孔隙结构,来达到宏观性能提升的目的。

关键词： 混凝土   冻融循环   加载速率  

摘要： 在我国西北部寒冷地区,反复冻结融化作用会对混凝土材料的力学性能和耐久性能造成不可逆转的损伤劣化。探究冻融环境下混凝土的损伤机理,提高其物理力学性能是解决这类工程问题的关键。此外,混凝土材料在服役工作期间,不仅受到静荷载的作用,还可能受到地震力等动荷载作用。在动荷载以及冻融循环作用下混凝土材料会出现不可逆转的损伤,致使其服役期限降低。因此,对混凝土材料开展冻融循环作用下的动态力学性能研究是十分重要且必不可少的,尤其是对我国西北部寒冷地区桥梁和大坝等混凝土结构具有重大的现实意义。本文开展工作如下:(1)对尺寸为100mm×100mm×400mm的混凝土试样进行冻融循环试验和力学性能试验研究。针对力学试验结果,分析归纳了混凝土极限弯拉强度、荷载-位移曲线和弯拉强度增长因数等因素在冻融循环作用下的变化规律。(2)借助ABAQUS有限元软件对尺寸为100mm×100mm×100mm混凝土试样进行温度场数值模拟。研究不同冻融循环次数下混凝土的温度场变化规律及混凝土上、中、下位置节点的温度-应力变化关系。(3)参考已有试验数据并利用ABAQUS软件和损伤塑性模型创建混凝土试样在冻融循环与动荷载作用下的有限元模型。在同一加载速率条件下,研究冻融循环次数对混凝土损伤特性和力学性能的影响。将有限元模拟结果与试验数据进行对比分析,验证模型的可靠性。结果表明:同一加载速率条件下,混凝土塑性应变损伤积累与冻融循环次数呈正相关关系。(4)基于ABAQUS软件建立的温度场和单轴压缩有限元模型,对混凝土试样进行冻融循环条件下力学性能变参数模拟分析。进一步讨论冻融循环次数和加载速率对混凝土试样的受力机理、破坏形态和极限抗压强度的影响。观察实际试验裂缝图与模拟应变图发现混凝土破坏裂缝呈“X”型。