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关键词： 泡沫混凝土   尺寸效应   变形模式   平台应力   唯象本构模型  

摘要： 【目的】泡沫混凝土因其优异的力学特性在众多工程实际中得以广泛应用。作为典型的轻质多孔材料，泡沫混凝土的密度和尺寸均会对其宏观力学性能产生显著的影响。【方法】针对不同密度(200 kg/m3、400 kg/m3与600 kg/m3)和不同尺寸（16mm、24mm、31mm、36mm与41mm）的圆柱形泡沫混凝土试样，开展了准静态条件下的单轴压缩实验。利用弱胞元层理论和Lemaitre 假定，系统地研究了密度和尺寸对圆柱形泡沫混凝土变形模式和相关力学特性的影响规律。【结果】结果表明：随着试样尺寸的增大，泡沫混凝土的平台应力和密实化应变能均逐渐增加，而密实化应变的变化规律则相反；同时，材料的变形失效模式会由逐层压溃逐渐转变为轴向裂纹贯通。当试样直径大于36mm时，尺寸效应基本消失。此外，基于弱胞元层理论及Lemaitre 假定，建立了考虑密度与尺寸效应的泡沫混凝土平台应力模型及一维损伤唯象本构模型。【结论】上述结果可为泡沫混凝土的工程应用、吸能特性研究及其静/动态实验设计等提供理论和数据支持。

关键词： 地质聚合物   固化土   无侧限抗压强度   微观分析   强度预测  

摘要： 采用矿渣-粉煤灰基地质聚合物代替水泥进行固化土，应根据各地区可利用工业废弃物产量，工程建设强度需求，因地制宜选用合理的矿渣-粉煤灰基地质聚合物配比。基于此，本文以高炉矿渣（GGBS）和粉煤灰（FA）为原料，水玻璃为碱性激发剂，研究不同高炉矿渣与粉煤灰配比下激发剂模数与掺量、固化材料掺量、养护龄期对地质聚合物固化土强度的影响。试验结果表明：不同GGBS:FA比所对应的最优水玻璃模数不同，GGBS:FA=8:2、6:4、5:5依次对应的最优水玻璃模数为1.2，0.9和0.9；不同GGBS:FA比下地质聚合物固化土所对应的最优激发剂掺量均为15%；在最优激发剂模数与掺量下固化材料为20%时，GGBS:FA=8:2、6:4、5:5地质聚合物固化土各龄期下强度均高于水泥固化土，养护龄期90 d时地质聚合物固化土强度最高可达16.19 MPa；根据地质聚合物固化土强度与原料比、固化材料掺量以及龄期的关系，建立了可以考虑GGBS:FA、固化材料掺量和龄期的矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化土无侧限抗压强度预测模型，并验证了模型的适用性。通过微观分析发现，水玻璃激发GGBS、FA产生凝胶与土颗粒共同形成骨架结构，增强了地质聚合物固化土强度，提升GGBS在固化材料中的占比可以有效提升地质聚合物固化土强度，其产生的水化硅铝酸钙凝胶（C-(A)-S-H）使土体结构更加密实，而提升FA的占比形成的水化硅铝酸钠凝胶（N-A-S-H）并不能有效黏结土体颗粒提升固化土强度。

关键词： 气凝胶混凝土   性能预测   贝叶斯优化   XGBoost算法   SHAP可解释分析  

摘要： 气凝胶混凝土是制备保温承重一体化墙板的优秀材料，其抗压强度和导热系数是重要的研究参数。为了获取最优的抗压强度和导热系数，需要在实验室多次重复进行配合比设计及性能测定，需要大量的人力和时间。也可采用公式分析方法或统计方法获得最佳性能，但因为气凝胶混凝土的抗压强度和导热系数性能与各影响因素存在高度的非线性关系，由此得到的经验公式精度低，对自身实验有很强的依赖性，无法推广和泛化。利用机器学习方法可以有效的通过数据库建立输入与输出特征之间的映射关系。利用贝叶斯优化的极端梯度提升（XGBoost）算法建立了一个气凝胶混凝土性能预测模型，并基于335组数据，进行模型训练与测试。为了验证采用带可解释特征作为输入特征，采用两个模型分别预测抗压强度和导热系数的优势，设置两个对比方案进行性能比较。此外，为了分析BO-XGBoost模型在气凝胶混凝土性能预测上的优势，使用随机森林、人工神经网络等多个模型进行比较，并将模型运用到全新数据的性能预测上，以探究其泛化能力。结果表明，XGBoost模型效果很好，抗压强度和导热系数预测模型的测试集的R2均在0.97以上，预测能力优于其他模型，且具有较好的泛化能力。此外，针对机器学习算法存在的黑匣子问题，采用SHAP模型进行可解释分析，研究发现，影响气凝胶混凝土性能的最主要因素是气凝胶掺量和水胶比。

关键词： 土力学   高聚物   膜袋注浆   压密机制   仿真方法  

摘要： 为研究高聚物膜袋注浆对土体的挤密加固机制，采用修正剑桥模型描述土体力学行为，综合应用高聚物浆液化学反应动力学理论与弹塑性有限单元法，建立模拟分析高聚物膜袋注浆挤密土体动态过程的二维仿真方法，通过不同工况下桩形固结体尺寸、密度、挤土压力试验结果和模拟结果的对比检验该方法的适用性。在此基础上，分析高聚物膜袋注浆固结体直径、浆液密度、膨胀力等参数随时间变化规律，以及挤密土体过程中周围地层应力、密度、孔隙比等参数时空演变特征，并研究注浆量、预热温度、土体密实度等因素对浆液膨胀力和地层加固效果的影响规律。结果表明：高聚物浆液注入膜袋后迅速反应，膨胀挤压土体并扩孔，孔周土体应力、密度逐渐上升，孔隙比逐渐减小；相同时刻土体挤密效果随距注浆孔中心距离的增大而逐渐降低，约6倍桩径外土体参数基本恢复至初始状态；最终固结体直径和密度随注浆量增大而增大，注浆量越大，土体加固效果越好；预热温度升高使浆液膨胀速率加快，加速挤密过程，对最终加固效果影响不显著；孔周土体越密实，固结体最终直径越小、密度越大；不同工况下浆液膨胀压力均呈初期为0、中期近似线性快速增长、末期增长速率降低并趋于稳定三阶段变化特征；相同注浆工况下粉土中挤土压力高于对应位置软土中挤土压力。该文工作为深入研究高聚物膜袋注浆对土体挤密加固机制提供一定参考。

关键词： 应力路径   含水率   重塑黄土   抗剪强度   破坏形态  

摘要： 在填土建筑场地、机场、路堤、边坡等填方工程问题中，既存在土体的堆载固结压缩和偏应力变化，也存在不同工况尤其是渗水变化的实际问题，所以研究不同应力路径与含水率变化条件下重塑黄土的力学响应规律，对于工程设计与灾害防控具有重要应用价值。本文以黄土作为填料开展了重塑黄土五种不同含水率条件下的常规三轴压缩试验（CTC）和卸载三轴压缩试验（RTC）研究，探究重塑黄土的力学响应和变形破坏机制。试验结果表明：（1）与常规三轴压缩试验（CTC）试验相比，试样在卸载三轴压缩试验（RTC）试验中较小的轴向应变（0.5%～2%）时曲线斜率变缓，更快达到破坏偏应力，高含水率试样的破坏主应力线在q轴上的截距更接近于0，表明试样偏应力较小时便可达到破坏状态；（2）试样在卸载三轴压缩试验（RTC）试验下的粘聚力变化受含水率影响较大，随着含水率的增加，试样在常规三轴压缩试验（CTC）试验中的粘聚力在降低了41.3%，在卸载三轴压缩试验（RTC）试验中粘聚力降低了95.4%，接近于0，两种应力路径下试样内摩擦角基本不受含水率的影响；（3）随着含水率和围压的增加，试样在常规三轴压缩试验（CTC）下的应力应变曲线由软化型向应变硬化型过渡，破坏形态有剪切破坏和侧向鼓胀破坏两种，在卸载三轴压缩试验（RTC）试验中试样均为应变硬化型破坏，破坏形态为侧向鼓胀为主，且鼓胀区伴有明显的竖向裂缝。

关键词： 土力学   变形特性   土工格栅   加筋土挡墙   刚性面板   地震作用  

摘要： 为提升我国高速铁路刚性面板加筋土挡墙的抗震设计水平，通过振动台试验与数值模拟相结合的方法，探究震后面板水平位移、永久沉降和结构响应加速度的变化规律，重点揭示地震作用下土工格栅的力学行为。研究结果表明：（1）基于PGA放大系数分析可有效评估结构整体动力特性，复合式面板与整体式面板变形特性基本一致，面板在地震作用下以转动变形为主；（2）土工格栅地震作用下的力学行为可采用格栅伸长量、位移和应变3个参数表征，刚性面板加筋土挡墙格栅更易发生抗拔失效而非抗拉破坏；（3）地震动强度显著影响格栅作用机制，小震工况下潜在破裂面形状类似于“0.3 H”，未考虑连接件效应时实际位置前移至“0.14 H”，强震工况下上部格栅抗拔能力不足导致中部格栅代偿效应凸显，此时潜在破裂面形状演化为“S”型；（4）在强震设计分析中采用锚固楔形法设计会严重低估中部格栅的荷载传递作用，导致设计保守；（5）土工格栅力学作用机制影响结构表层沉降分布特征，沉降呈双峰型分布，峰值分别位于距面板0.05 H区域和格栅末端区域。研究成果可为高速铁路加筋土挡墙设计提供参考和依据。

关键词： 土力学   膨胀土   侧向土压力   孔隙结构   试验路径   压实含水率  

摘要： 为研究湿密状态及试验路径对膨胀土侧向土压力与孔隙结构的影响,本文在侧限条件下沿常体积路径（constantvolume,CV）、持荷膨胀路径（swelling-under-load,SUL）和膨胀-固结路径（swell-consolidation,SC）测定具有不同初始湿密状态的宁明膨胀土试样的孔隙比-竖向荷载-侧向土压力（e-σV-σL）关系及其孔隙结构特征。试验结果表明:（1） CV路径为SUL路径的特殊工况,SC和SUL路径所得e-lgσV和σL-σV关系呈多段线性特征且在σV>400kPa时重合,当σV<400kPa时,2种路径下σL-σV关系的斜率具有相似性;（2）膨胀土的膨胀性在高压实含水率w下显著降低,在低w下变化不显著;压实干密度ρd对膨胀土膨胀和固结系数影响较小,但膨胀力随ρd显著增长;（3）随着σV的增大,SC路径下的小孔隙以及SUL路径下的大孔隙持续减小,但SC路径下的大孔隙及SUL路径下的小孔隙仅在e>e0（e0为增湿前的初始孔隙比）时减小,当e0时则对σV不敏感;当e>e0时,与SUL路径相比,SC路径下的大孔隙更容易压缩,小孔隙更不易压缩;在σV=700 kPa下,当膨胀土经SUL和SC路径均发生固结时,其孔隙结构是相似的。

关键词： 民办高校   土力学   教学改革  

摘要： 土力学作为土木工程、交通工程、水利工程等专业的核心基础课程,在学生完成高等数学、大学物理、工程力学等基础理论课程后开设,为后续专业课程如基础工程、路基路面工程、地基处理技术及相关实验课程提供基础理论知识.其教学效果对夯实学生专业基础具有重要意义.民办高校中,部分学生来自专升本,其基础扎实程度与普通统招本科生不同,需要制定不同的教学大纲,从而"因人施教",最大限度地调动学生的学习积极性和兴趣,促使学生掌握土力学的核心内容,提升教学效果与质量.

关键词： 凝灰岩粉   混凝土   耐久性能   抗裂性  

摘要： 研究掺凝灰岩粉对水泥砂浆强度及流动性的影响，同时开展了凝灰岩粉对混凝土变形性能、抗裂性能及耐久性能的研究。结果显示：凝灰岩粉影响水泥胶砂的流动度，当凝灰岩粉掺量增加，水泥胶砂流动度逐渐减小，且水泥砂浆抗压强度均逐渐降低；单掺凝灰岩粉混凝土与单掺粉煤灰混凝土及粉煤灰复掺混凝土的极限拉伸值和抗压弹性模量基本相当；单掺凝灰岩混凝土的抗裂性不如单掺粉煤灰混凝土，对早期抗裂性不利；掺凝灰岩粉对混凝土的耐久性影响不大。

关键词： 土力学   球状石墨   膨润土   导热系数   渗透系数   压实  

摘要： 片状石墨掺入到膨润土中能提高膨润土的导热性能但弱化其防渗能力,选择用球状石墨取代片状石墨的方法调节该矛盾,通过开展2种形态石墨掺入下石墨-膨润土混合物的热传导试验和饱和渗透试验,研究石墨几何形状与质量掺入率对石墨-膨润土混合物导热和防渗性能的影响规律。结果表明,球状石墨掺入率约为20%时,既能显著提高膨润土的导热性能(1.7 W/(m·K)),又能保证渗透系数(9.44×10^(-13)m/s),满足缓冲层的最低要求(≤1×10^(-12)m/s);同时,最大膨胀力达到5.76 MPa,处于缓冲层的建议值范围(1~10 MPa)。引入临界石墨掺入率概念,确定球状石墨、片状石墨的临界掺入率分别为27.3%和16.4%。可以发现,球状石墨掺入率为20%时,石墨尚未在混合物中形成骨架,即石墨悬浮于膨润土中;而片状石墨掺入率为20%时,却已形成骨架,膨润土充填于石墨骨架中。据此,结合石墨-膨润土的孔隙分布特征和微观形貌,解释片状石墨提升膨润土导热、弱化防渗的原因,以及球状石墨优于片状石墨的物理机制,为提高处置库的运行安全提供科学指导。