静态破碎剂的轴向膨胀力学性能实验研究

针对静态破碎剂轴向膨胀力学行为进行了深入研究,提出了测量静态破碎剂膨胀压的轴向输出法,设计了测试系统及核心钢筒组件.分别采用轴向输出法和外管法对静态破碎剂膨胀压进行了测试.通过对比在不同孔径条件下两种方法测得的膨胀压,分析了孔径大小对静态破碎剂轴向膨胀压及其输出率的影响.结果表明:轴向输出法能够可靠准确测得静态破碎剂膨胀压;在固定的高径比条件下,静态破碎剂轴向膨胀压随孔径尺寸增大而增加;孔径小于50 mm时,自封孔效应导致静态破碎剂输出轴向膨胀压的能力减弱;孔径大于150 mm时,轴向膨胀压与径向膨胀压趋于一致,轴压输出率达100%.     

桩头静态劈裂技术应用与破裂机理

为提高桩头静态劈裂技术在实际工程中的破桩效果，本文根据工程实际情况对现有技术方案做出优化，设计了“中心2孔+环布4孔”的布孔形式，并进行现场试验验证该方案的可行性，同时为深入研究桩头破裂机理，以试验参数为基准，采用Abaqus软件预插内聚力单元进行数值仿真，对比研究了优化前后两种布设形式下模型的损伤开裂情况。研究结果表明：对于直径500mm的灌注桩，采用“中心2孔+环布4孔”的布孔形式，在5h左右能够使桩头完全劈裂，且表面大致呈“工”字型以5条裂纹发展，能取得较好的劈裂效果；静态劈裂过程中，孔壁处最先产生损伤裂纹，并沿最大主应力方向延伸贯通，随后裂纹宽度不断增大，桩头劈裂；在靠近钢筋位置处布设劈裂孔，有利于减少钢筋的受力变形。研究成果为桩头静态劈裂技术方案的设计和优化提供参考。     

考虑材料塑性变形的高速道岔心轨裂纹萌生预测

根据高速铁路18号单开道岔钢轨设计廓形，考虑车轮逆向-侧向通过翼轨?心轨时轮载转移引起的冲击荷载和材料塑性变形，将心轨塑性变形结合到裂纹萌生和磨耗共存发展预测方法中，预测了心轨裂纹萌生。分析发现，心轨顶宽35~40 mm为承受轮载转移的最不利位置；该位置的表面材料在冲击荷载下发生塑性变形，其应力应变明显降低，直至在一定轮载次数下达到稳定状态，这时的最大塑性变形量为0.087 5~0.092 5 mm，延缓了疲劳裂纹的萌生；心轨疲劳损伤最大值位于轨头亚表面，顶宽35和40 mm处的裂纹萌生区域分别在心轨表面垂直向下1.2和1.5 mm、从轨顶中心水平向工作边一侧4~5 mm和1~2 mm的位置。疲劳裂纹萌生寿命分别为1.63×10⁶ t和3.97×10⁶ t。     

钢管RPC抗多次冲击动态力学性能研究

采用φ75 mm分离式霍普金森压杆试验装置对16个钢管活性粉末混凝土试件进行了不同应变率下的多次冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线和破坏形态.试验结果表明：当应变率小于80 s^-1时,钢管RPC在多次冲击下仍能保持较稳定的力学性能;当应变率大于106 s^-1时,钢管RPC在多次冲击下发生塑性变形,表现出良好的延性,核心RPC开裂.多次冲击作用下,钢管RPC仍保持较高的强度、较好的延性和完整性,是一种抗冲击性能良好的防护工程材料.     

海水海砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线

为探究海水海砂再生混凝土（SSRAC）力学性能,设计了不同配合比下海水海砂再生混凝土棱柱体试件,并进行了单轴受压应力?应变全曲线测试。在试验加载应变率10^-5 s^-1和10^-2 s^-1下,得到了试件的破坏模式,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律以及应变率、再生粗骨料（RCA）取代率和贝壳含量对上述指标的影响规律,讨论了海水海砂再生混凝土的动态增长因子（DIF）。基于电子计算机断层扫描（CT）测试得到了海水海砂再生混凝土内部的孔隙分布,对应力?应变曲线的特征指标变化趋势进行了解释。最后,在现有再生混凝土单轴受压本构模型的基础上,考虑特征指标的动态增长因子,通过修正下降段形状系数得到了预测应力?应变全曲线。     

侵彻裂纹扩展的高速三维数字图像方法分析

为研究一种使用线性射流的侵彻作用对工程爆破大块岩石控制劈裂的技术,设计了爆炸聚能作用下混凝土试件劈裂试验,使用高速3D DIC（高速三维数字图像相关方法）测试并分析了应变集中特征与劈裂裂纹扩展形态的关系.结果表明：横向拉应力劈裂裂纹扩展的主要作用力,应变呈现波动性的变化,容易使试件的上部产生局部破碎;线性射流对劈裂裂纹扩展方向具有较强的引导性,试件劈裂均呈现对称形态,应变集中带形状及分布位置决定了裂纹扩展路径及趋势;试件被测表面的应变在10²量级之下,低应变可降低试件破损程度,应力集中作用将最大主应变方向变化控制在±15°之内.     

钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗共存预测方法验证

采用小比例轮轮滚动接触疲劳试验再现钢轨裂纹萌生和磨耗过程，根据钢轨裂纹萌生和磨耗共存预测方法结合试验条件建立相应的预测模型，分别对试验和仿真预测的钢轨试样磨耗、裂纹萌生寿命和启裂角度等进行比对，从而验证钢轨裂纹萌生和磨耗共存预测方法。研究发现：当试样萌生裂纹时，有53.8%的试样经历了2个磨耗阶段，平均磨耗发展率约为5.83 μm·10^-4次^-1；预测的试样在萌生裂纹前经历了2次磨耗阶段，平均磨耗发展率约为5.18 μm·10^-4次^-1，较试验结果低约11.1 %；试验中试样裂纹萌生寿命在6×10⁴ ~ 14×10⁴次范围内，且裂纹长度在荷载循环次数在11×10⁴ ~ 12×10⁴次时达到极大值，预测的裂纹萌生寿命为11.1×10⁴次，基本与试验结果中裂纹萌生时出现极大值的试样所对应的荷载作用次数接近。试验观测到试样表面裂纹开口与滚动方向的角度平均值约为45°；仿真预测的裂纹开口与滚动方向的角度平均值基本与观测到的裂纹开口与滚动方向的角度一致。     

单轴压缩下炭质板岩的应变速率效应及声发射特性

为了探究应变速率对炭质板岩单轴力学特性和声发射特征的影响,开展了4组不同准静态应变速率（8.50×10^-6s^-1、1.70×10^-5s^-1、1.70×10^-4s^-1和3.34×10^-4s^-1）下的单轴压缩试验,并同时监测了加载过程的声发射信号。基于试验数据,总结分析了应变速率对炭质板岩应力-应变关系、能量耗散及声发射特征的影响规律,探讨了应变速率的影响机制。同时,基于加载过程中耗散能密度的演变规律,提出了将耗散能曲线平直段起点作为炭质板岩闭合应力σ_cc、平直段终点作为扩容应力σ_cd的特征应力确定方法。结果表明：在准静态应变速率范围内,炭质板岩的弹性模量和峰值强度随应变速率的增大均先增大后减小,在应变速率1.7×10^-4s^-1时达到最大值;闭合应力、起裂应力和扩容应力与峰值应力的比值基本在0.37、0.55和0.74左右,不随应变速率发生变化;应变速率对声发射信号影响显著,随应变速率增加,0~50kHz内的主频率占比逐渐增加,而100~250kHz内的主频率占比逐渐减小,炭质板岩的破坏形式逐渐由张拉破坏变为剪切破坏。     

钻孔直径对静态破碎剂致裂性能影响试验分析

进行岩石切割或开采时,静态破碎剂(简称SCA)致裂性能受多种因素的影响。为了研究钻孔直径对SCA致裂效果的影响,研究设计三种不同的SCA浆液水剂比;通过五种不同直径的高强度钢管来模拟不同的钻孔直径,测试了试件中SCA产生的膨胀压力。结果表明:1大直径的钻孔易发生喷孔现象,且首次喷孔时产生的膨胀压力最大;2当SCA浆液水剂比一定时,SCA产生的膨胀压力随着钻孔直径的增大而增大,但不同钻孔直径的钻孔达到最大膨胀压力所需时间基本相同。     

基于破损分区理论和CT数重建混凝土数值模型

为了建立能真实反映混凝土试样内部细观结构的数值模型,分析大体积混凝土的损伤演化特性,利用便携式动力加载设备结合医用Marconi M8000螺旋CT扫描仪进行混凝土单轴压缩CT扫描试验,获得单轴压缩条件下混凝土试样的CT扫描图像。基于破损分区理论,提出了确定阈值的概率统计法,并将混凝土CT扫描图像分为骨料区、硬化水泥石区和孔洞裂纹区。进而基于CT扫描图中每个分辨单元的坐标,建立结构随机型数值混凝土模型,并对单轴静力压缩和拉伸条件下混凝土的损伤演化特性进行数值模拟。研究结果表明:结构随机型数值混凝土模型的细观结构与混凝土试样非常接近,该模型中骨料与砂浆的黏结界面厚度仅为0.04 mm左右,与真实混凝土试样的界面厚度(10～50μm)非常接近;在单轴拉、压应力状态下,混凝土细观裂纹均在强度相对薄弱的初始缺陷处开始萌生,随着应力的增加,裂纹绕着骨料并随强度较弱的界面扩展贯通,界面的强弱在很大程度上决定了混凝土的强度;在单轴压应力状态下,混凝土试样中裂纹较多且大多呈剪切裂纹,而在单轴拉应力状态下初始试样的起裂点较多,有多条裂纹同时发展,但随着应力水平的提高,试样中最终只产生1条与加载方向近乎垂直的主裂纹;无论是在单轴压缩还是单轴拉伸应力状态下,由于加载速度较慢,试样中裂纹扩展均不穿越骨料。     

长螺旋钻孔压灌混凝土桩承载特性分析

长螺旋钻孔压灌混凝土桩作为一种深基础,在具备桩基础优点的同时还具备其他特有的优点。通过工程实例,考虑到黄土地区地质条件的特殊性。采用MIDAS/GTS软件开展对长螺旋钻孔压灌混凝土桩承载特性的研究,通过数值分析得到长螺旋钻孔压灌混凝土桩相对于其他桩型在位移、应力方面变化特征,进而分析长螺旋钻孔压灌混凝土桩相对于其他桩型所具备的优势。结果表明:GTS很好地模拟了试桩的静载分级加载过程,只是计算值比试验值略微大一点。随着桩顶施加荷载的加大,这种误差的影响也就越来越小了;在相同桩径和地质条件下,长螺旋钻孔压灌混凝土桩承载力要比圆形状高很多。     

静压桩桩端扩张压力分析

为分析桩端扩张压力,对现有计算方法进行了改进;根据静压桩贯入机理,分析了静压桩的贯桩过程;在模拟桩体贯入过程的基础上,建立了基于半无限圆孔扩张的压桩静力平衡方程,并求得了弹性条件下桩端扩张压力的理论解答,同时进一步分析了桩端扩张压力与压入深度的关系.     

静压桩沉桩施工对临近隧道的影响

基于圆孔扩张理论运用FLAC^3D 有限差分软件模拟了静压桩沉桩挤土过程, 并对土体位移的数值模拟结果与解析解计算结果进行了对比, 二者的计算数值与变化趋势吻合得较好. 在此基础上, 运用位移贯入法模拟沉桩的摩擦作用, 使沉桩全过程的计算结果更趋近于实际情况. 基于此数值模拟方法分别计算沉桩深度为4, 8, 12, 16, 20 m 的沉桩行为对临近隧道的变形与内力影响, 得出了以下结论: 静压桩沉桩对邻近隧道的变形有较明显的影响.随着沉桩深度的增加, 隧道结构位移也随之增大, 且以水平位移为主. 当沉桩深度达到20 m 时, 隧道结构最大位移为11.55 mm. 沉桩过程亦使隧道产生一定的扭转: 沉桩深度为4, 8, 12, 16 m 时, 隧道顺时针偏转(背向沉桩方向);沉桩深度为20 m 时, 隧道逆时针偏转(朝向沉桩方向). 随着沉桩深度的增大, 隧道结构的附加弯矩从对称竖向轴线分布逐渐向逆时针方向偏转至对称横向轴线分布; 沉桩后隧道的弯矩图有逆时针扭转的趋势(转向沉桩侧), 且大部分隧道结构的弯矩绝对值有减小趋势.     

灌注桩桩头质量保证措施

从论述保证灌注桩桩头质量重要性入手,分析得出影响灌注桩桩头质量的主要因素是:桩位偏移量,桩头标高,桩头砼的强度,笼径、笼位和笼顶标高,桩头粗度,提出了保证和提高灌注桩桩头质量的具体措施.     

钻孔桩质量控制方法

主要介绍了口径小于500mm的钻孔桩质量控制方法,包括桩位移控制,桩孔成形控制,桩身垂直度控制,保证桩尖进入设计持力层的措施,清孔质量的控制,钢筋笼质量的保证措施,桩身混凝土浇灌质量的保证措施等.     

厚填土区成桩质量对竖向荷载传递性状的影响

结合广西钦州港大型炼油项目装置区桩基试验工程,开展砂岩厚填土区单桩竖向静载试验及桩身内力试验研究,通过对2根冲孔灌注桩的孔径曲线、Q-s曲线及桩身内力分布曲线的研究,探讨了桩径变化对于砂岩厚填土区嵌砂岩短桩的承载力性状及荷载传递规律的影响.结果表明,对于砂岩厚填土区后压浆嵌岩桩,其变形特征为缓变型,其极限承载力的确定以位移控制,桩身轴力与桩径的变化密切相关,孔径随深度呈逐渐增大的"正八字形"的孔径变化不利于桩侧摩阻力的发挥,而"倒八字形"的孔径变化则有利于桩身荷载向桩周土中传递,60%以上的桩顶荷载由桩侧摩阻力承担,最后对2根试桩的桩侧摩阻力发挥程度进行了差异性分析.研究对类似地区桩基设计与施工具有参考价值.     

嵌岩桩在强风化花岗岩海床中的孔壁失稳

我国东南沿海地区广泛分布着风化程度较高的花岗岩，在强风化花岗地层中进行海上风电大直径嵌岩单桩施工存在现孔壁失稳问题。为此，本文将可以描述强风化花岗岩结构性和超固结性的弹塑性本构通过子程序UMAT嵌入到有限元软件ABAQUS中，根据土工试验结果确定了本构模型参数取值。在此基础上建立了孔壁稳定性数值模型，分析了孔壁失稳的发展规律及其影响因素。研究结果表明，孔壁周围土体由于卸载应力达到临界状态是发生塌孔的主要原因，塌孔发展速度随时间逐渐变缓，最终塌孔形态趋于土拱形式。塌孔范围随着孔径和出桩长度的增大而增大，最大塌孔半径与桩径的比值介于0.5~0.7范围内。     

基于光纤技术和有限元计算的灌注桩承载特性

为了掌握灌注桩的承载力及桩身受力分布和传递规律,本文开展了灌注桩现场静载试验,并使用光纤传感器对灌注桩桩身变形进行了测试,获得了桩身应变信息。采用有限元软件ABAQUS,开展了灌注桩承载特性数值模拟研究。结果表明,静载试验得到的桩基Q-S曲线和数值模拟测得的桩基Q-S曲线基本一致;光纤传感器所得结果显示桩身轴力在桩头处是最大的,随着桩长增加而逐渐递减,整体变化规律与数值模拟结果规律一致;灌注桩实测桩身侧摩阻力沿桩长变化规律与数值模拟得到的受力分布和传递基本一致,验证了有限元计算模型中选取的参数是合理的。考虑了桩长、桩径和桩土界面摩擦系数对桩基Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响,桩径和桩土界面摩擦系数对桩基的Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响很大,而桩长的影响较小。