聚氨酯加固南海钙质砂静力特性试验研究

为评价聚氨酯泡沫胶黏剂对钙质砂的加固效果,通过单轴压缩试验和三轴剪切试验,研究了聚氨酯对钙质砂强度和变形特性的影响;并采用Duncan-Chang模型对三轴试验结果进行拟合,分析了聚氨酯胶凝钙质砂的变形及应力规律。结果表明:将聚氨酯掺入到钙质砂中可以稳定地提高钙质砂的承载能力,且增加掺量可提高固化效果;聚氨酯的掺入,不仅提高钙质砂的抗剪强度,而且减少了相同应力条件下钙质砂地基的沉降量;聚氨酯填充砂颗粒间的孔隙,使松散的钙质砂形成不规则的连续体或不连续体,增强了钙质砂的整体性,从而达到提高强度的目的。     

加载速率对分层充填体强度特性的影响

随着阶段嗣后充填采矿法的广泛应用,相邻矿体的开采扰动必然会对分层充填体的力学性能产生影响。为了研究不同加载速率对分层充填体强度特性和破坏模式的影响,分别对养护3、7、28天的分层充填体进行了0.2 、0.5、1.0、1.5、2.0 mm/min 5种加载速率下的单轴压缩试验,根据不同加载速率的单轴抗压强度试验结果,分析了不同养护龄期的分层充填体强度及破坏模式与加载速率之间的关系并建立了回归方程。试验结果表明:不同加载速率下分层充填体的应力应变曲线与完整充填体类似。养护龄期3天时,分层充填体的单轴抗压强度随加载速率的增加而逐渐减小,养护龄期7、28天时,存在临界加载速率现象。在临界加载速率范围内,提高加载速率可以限制初始缺陷的发育,达到临界加载速率后,加载速率将会促进分层结构面的分离、错动及原始缺陷的扩展延伸,抗压强度降低。分层充填体的破坏模式随加载速率变化,在临界加载速率时破坏模式有明显转变,随着加载速率的增加,养护3天时,分层充填体的破坏模式由拉伸剪切混合破坏变为拉伸破坏。养护7、28天时,当达到临界加载速率时破坏模式转变共轭剪切破坏,中间层破坏严重且与上下两层产生明显分离、错动。本研究通过室内试验得到临界加载速率,为研究分层充填体的强度特性提供了重要的研究依据。     

页岩声学参数与力学参数相关性的试验研究

用实验方法探讨了页岩的波速和衰减系数与抗压强度、弹性模量,泊松比的相关性。结果表明:1纵波波速建立的力学参数模型比横波波速模型的相关性要好;2除纵波波速与弹性模量模型的相关性较好外,纵波波速反演抗压强度、泊松比的误差较大;3纵波衰减系数与弹性模量、泊松比、抗压强度分别呈正相关指数、负相关线性和负相关多项式关系,且纵波衰减模型比波速模型的拟合效果好;4综合考虑波速和衰减系数建立的抗压强度模型、弹性模量模型、泊松比模型比单一因素模型反演精度更高,纵波波速和衰减系数。综合模型的相关性系数均大于0.85,完全能满足工程需要。其中横波的波速、衰减系数的抗压强度模型与纵波的波速、衰减系数模型预测结果相近,可用以验证纵波抗压强度预测效果。     

骨料粒径及砂率对自密实混凝土力学性能的影响

为了研究骨料粒径及砂率对自密实混凝土力学性能的影响,采用控制变量法,开展了以骨料粒径、砂率及养护龄期为变量的抗压强度及抗折强度试验研究.结果 表明自密实混凝土的抗压强度随养护龄期的增长逐渐增大,前期强度增长速率快,7d抗压强度为28d抗压强度的56.1％～83.1％;抗压强度及抗折强度随细度模数的增大逐渐增大,随砂率的增大逐渐减小,随粒径为5～ 10mm粗骨料含量的减少,10～ 20mm粗骨料含量的增多,7d、14d抗压强度不断减小,28d抗压强度及抗折强度先减小后增大;粗骨料粒径对折压比有显著影响,细度模数次之,砂率的影响较小.拟合得到了不同骨料粒径及砂率的自密实混凝土抗折强度与抗压强度关系式.     

养护及拌合条件对混凝土密实性的影响

为研究不同养护及拌合条件对混凝土密实性能的影响,通过实验室混凝土成型养护试验,以测试混凝土试件超声波波速为评价指标,分别研究了C30基准混凝土,在海水拌合及普通自来水拌合条件下,浇筑成型素混凝土和钢筋混凝土等2类试件,分别采用自然养护、自来水养护及海水养护等3种方式,测试其在养护龄期3,7,14,28 d时混凝土试件的超声波波速,以反映混凝土的密实性能。结果表明:海水拌合混凝土在混凝土早期(3～14 d),养护条件对混凝土密实性影响较小;养护后期海水拌合钢筋混凝土及海水养护钢筋混凝土中的Cl~(-1)及SO_4~(2-)与水泥水化产生的Ca(OH)_2反应,致使内部钢筋出现了部分锈蚀,混凝土内部出现了微裂纹,从而使混凝土强度及密实性均降低。其中,海水养护钢筋混凝土28 d波速降低幅度最大,降幅达11%;增加早期湿养护(自来水养护)龄期,可适当增强海水钢筋混凝土的强度和密实性。     

温度循环对岩石物理力学性质影响试验研究

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定,并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明：花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

含裂纹岩石试件注浆模拟测试系统研制及试验研究

针对当前注浆实验多使用相似模拟材料制备类岩石试样,导致注浆加固效果评价不准、机理探析困难等问题,设计研发一种含裂纹岩石试件注浆性能测试系统,该系统由三联同步注浆加压系统、岩石测试系统以及数据采集系统组成。首先,对同一岩性的多个岩石试件进行单轴压缩试验获得基准参数,并得到含裂纹岩石试件;然后,利用三联同步注浆加压系统进行注浆加固,并再次开展力学性能测试获得对比参数;通过对注浆前后岩石试件力学性能及破坏形态进行对比,获得围岩注浆加固效果。利用该系统对淮南谢桥煤矿某巷道岩石进行测试分析,结果表明:注浆岩石试样强度性能取决于岩石强度和浆体材料中的较小值,注浆试件强度约为原岩力学性质的70~85%。本试验系统能够进行岩石裂隙注浆试验并对揭示围岩注浆加固机理、指导现场注浆效果具有重要意义。     

温度循环对岩石物理力学性质影响

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定;并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明,花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

岩溶地基改性注浆材料力学性能及其孔隙结构特征

为了制备高速铁路岩溶地基加固工程及高性能水泥基材料,研制一种改性高聚物即水泥基(HPC)注浆材料,对其与常规水泥浆液(Blank)、水泥-水玻璃(C-S)的力学性能及体积稳定性等进行室内试验对比分析;运用压汞测试技术(MIP)探究其硬化后浆体微观组构与宏观力学性能间的本质关联性。研究结果表明:在28 d龄期下,Blank,C-S和HPC试件单轴抗压强度与龄期为7 d的相比分别增大77%,20%和78%,体积损失率分别为18.3%,4.9%和1.2%;聚合物体系的协调效应减小了传统水泥基注浆材料体积失稳及因单掺速凝剂导致后期强度发展缓慢的缺陷;复合掺用多高聚物显著降低了硬化水泥浆体内部孔隙直径即孔径,使孔径分布趋于细化;在28 d龄期下,不同体系的HPC浆体抗压强度与材料内部孔隙率、阈值孔径均呈指数关系,与平均孔径呈线性负相关,揭示其孔隙结构分布特征可有效反映HPC浆体力学性能的变化规律,降低孔径有利于提升其力学性能。     

考虑颗粒级配影响的高聚物改良钙质砂抗剪强度特性试验研究

基于南海某岛礁典型回填工程面临的钙质砂问题,提出采用环保固化剂高聚物对钙质砂地基进行加固。制作不同级配、不同高聚物含量的固化钙质砂试样,开展一系列直剪试验和SEM微观结构试验,研究高聚物固化钙质砂的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角等参数随着高聚物掺量和颗粒级配变化的演变规律,以及高聚物改良钙质砂力学性能的微观机理。试验结果表明,随着高聚物掺量的增加,高聚物改良钙质砂的抗剪强度明显增大,试样的剪应力-位移曲线由硬化特征逐渐呈现为软化特征;高聚物主要通过影响钙质砂的粘聚力来改变其抗剪强度,对内摩擦角的影响十分有限;钙质砂中粗颗粒含量越多,其孔隙越大,高聚物改良钙质砂的反应越明显,对其强度的提升作用也越明显; 高聚物主要包裹在钙质砂颗粒表面或填充于颗粒之间,从而改变钙质砂材料原本的力学性质,使得土体的抗剪强度明显增长。     

路基填料石灰改良土弹性波速与压缩强度的相关性

石灰土是高速路基工程中使用的一种重要改良填料．为了依据弹性波速评价路基改良填料的施工质量，通过大量试验研究了养护龄期、灰土比和饱和过程对石灰改良土压缩强度与弹性波速的影响，分析了压缩强度与弹性波速之间的相关性．结果表明，石灰改良土的压缩强度随剪切波速的增加而增加；不同养护龄期、不同灰土比和不同含水量的石灰改良土的压缩强度与剪切波速之间存在良好的相关关系，其相关系数大于0．95；尽管相同含水量、不同龄期、不同灰土比石灰改良土的压缩强度也随压缩波速的增加而增加，但它们之间离散性很大，相关系数小于0．82，且饱和后压缩波速增加，压缩强度降低．因此，只有依据剪切波速才能评价各种条件下石灰改良土强度特性的差异．     

预应力孔道注浆脱黏缺陷的冲击回波响应特征

为区分预应力孔道因注浆体收缩导致的界面脱黏和因注浆欠密实导致的脱空两种缺陷的冲击回波响应特征,分别通过波纹管内壁界面剂的使用、浆体中膨胀剂的存在、注浆后试件的养护方式3个控制条件制取不同界面脱黏状态试件,采用波纹管内壁预埋泡沫板的方式形成注浆脱空缺陷.对4组注浆密实试件与1组注浆脱空试件的冲击回波响应进行了连续5天测试.测试结果表明:对于注浆密实试件,注浆后前2天的频谱特征与无空洞实心试件类似,第2天后因注浆体收缩导致的界面脱黏现象开始萌生,并导致试件的厚度主频显著降低及频谱结果趋于复杂,据此可较易分辨脱黏发生与否;对于注浆体中有预置空洞但界面无脱黏试件,虽然其厚度主频一直较密实无脱黏试件的低,但随注浆龄期的发展规律与后者相似,且每一测试时刻二者的频率比基本维持在0.85不变.注浆饱满试件发生脱黏后,其厚度主频发展曲线逐渐降低并与预置空洞试件的相交,此时,相互间的厚度主频相近.因此,仅凭某一时刻厚度主频的单次冲击回波测试结果难以分辨注浆空洞和界面脱黏两种缺陷,而通过注浆后4天左右的连续测试,基于厚度主频和频谱的变化规律则可较易分辨.     

锚杆锚固质量的超声导波检测技术研究

采用低频超声纵向导波检测了锚杆的锚固质量.首先研究了调制波类型及激励信号周期数对信号频谱的影响,优选出汉宁窗调制的正弦波信号作为检测信号,然后数值模拟研究了20~100 kHz纵向导波在锚杆锚固段上界面的反射情况,进行了纵向导波在锚杆底端与锚固段上界面反射回波的时间差确定锚固锚杆的脱锚长度,进而确定锚杆的粘结密实度的理论与试验研究,结果表明:随着频率的增大,锚固段上界面的反射回波系数逐渐减小.锚固段上界面反射回波系数的试验与数值模拟结果变化趋势差异较大,原因为传感器具有谐振频率及传感器与锚杆接触面耦合存在能量损失.粘结密实度测定的试验与理论结果吻合较好.      

碳纤维微生物固化砂力学性能及颗粒形状分析

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术已被广泛应用于土体加固。纤维的加入可以降低微生物固化砂土的脆性,但从颗粒形状方面探究掺碳纤维微生物加固砂土的力学特性还未成体系。因此,本文采用不同含量的碳纤维掺入硅砂和钙质砂中,利用无侧限抗压强度试验、SEM电镜扫描和光学显微镜试验,研究了碳纤维掺量及颗粒形状对MICP固化砂土的影响。试验结果表明：碳纤维的加入可以有效提高微生物固化砂土的无侧限抗压强度,随着纤维掺量的增加先增大后减小,纤维在硅砂和钙质砂中的最优掺量分别在0.1%~0.3%和0~0.2%之间取得。纤维的加入增加了细菌的滞留从而增加了颗粒间碳酸钙的生成,从而表现为添加纤维后的试样无侧限抗压强度普遍高于未添加纤维的试样。且因硅砂的圆度低于钙质砂,粗糙度高于钙质砂,说明硅砂整体咬合力与内摩擦力高于钙质砂,总体上表现为硅砂的无侧限抗压强度普遍比钙质砂高。     

基于ABAQUS塑性损伤的半灌浆套筒力学性能有限元分析

为研究钢筋直径、灌浆饱满度、以及锚固端钢筋偏心对半灌浆套筒连接件的力学性能影响，选用考虑损伤塑性的套筒灌浆料本构曲线方程，通过ABAQUS有限元软件进行建模分析。研究结果表明：钢筋直径减小，半灌浆套筒连接件的屈服强度与极限强度降低，筒壁应变减小；随着灌浆料饱满度的增加，最大荷载下总伸长率降低；当灌浆饱满度低于75%时，将会出现钢筋拔出破坏形式；钢筋垂直偏心时，偏心试件与原试件相比，弹性阶段曲线基本相同，在强化阶段，随着偏心距离增大，屈服强度和极限强度降低，套筒纵向应变增大；钢筋倾斜偏心时，随着倾斜角度增大，屈服强度和极限强度降低，变形增大，当倾斜角度≥3°时钢筋未达到屈服强度前因灌浆料压碎拔出破坏。     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,本文在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1) 钙质砂的抗剪强度与内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下, 颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先增大后减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

陶瓷纤维增强混凝土高温损伤的超声特性

通过超声波检测和抗压强度试验对高温后陶瓷纤维增强混凝土（CFRC）的损伤特性进行了研究,分析了加热温度和冷却方式对抗压强度、纵波波速和主频带来的影响。分析表明,随着温度的升高,CFRC性能不断劣化,抗压强度、纵波波速及主频总体呈下降趋势;400 ℃为CFRC性能突变的临界温度,400 ℃之前,其劣化程度较小,且抗压强度与主频在400 ℃时有所回升,400 ℃之后,劣化速率明显增大,结构性能急剧下降;同自然冷却情况相比,浇水冷却后CFRC各项性能指标下降更为严重;纵波波速在1.0～3.5 km/s内与抗压强度具有正相关性,在3.5～4.5 km/s内两者相关性不确定。利用纵波波速定义的损伤变量能较好地反映高温后CFRC内部损伤的演化规律。     

复合材料粘接结构弱粘接试件的制备方法

针对复合材料粘接结构强度弱化检测方法研究中的弱粘接试件制备问题,通过改变胶层的固化温度来制备试件。首先制备了铝—铝粘接试件,剪切强度拉伸实验表明:其剪切强度随固化温度的降低而减小。在相同胶粘剂、固化温度条件下,制作了复合材料—橡胶粘接试件,剥离强度拉伸实验表明:其剥离强度随固化温度的降低而降低。研究表明,铝—铝粘接试件的剪切强度随温度变化规律可作为复合材料粘接试件制备工艺的参考指导,通过改变固化温度可以实现对复合材料粘接结构弱粘接试件的制备。