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透水型再生水稳材料工程压实特性与颗粒破碎特征

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应用基础与工程科学学报 2024年第6期32卷 1552-1568页

作者：杨涛王萌肖源杰王小明陈宇亮孟凡威中南大学土木工程学院中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南省交通科学研究院有限公司

为研究建筑固体废弃物(建筑固废)再生骨料水泥稳定碎石基层现场压实特性及骨料颗粒破碎问题，基于智能颗粒传感器，研究了含建筑固废再生骨料水泥稳定碎石混合料在工程压实机械下混合料颗粒运动加速度、颗粒转动和内部颗粒振动能量传递... 详细信息

为研究建筑固体废弃物(建筑固废)再生骨料水泥稳定碎石基层现场压实特性及骨料颗粒破碎问题，基于智能颗粒传感器，研究了含建筑固废再生骨料水泥稳定碎石混合料在工程压实机械下混合料颗粒运动加速度、颗粒转动和内部颗粒振动能量传递特征，并分析了工程现场压实与室内静力压实作用对再生水稳混合料颗粒破碎的影响.研究结果表明，工程机械静压下骨料颗粒加速度较低，在重型钢轮振动压实作用下颗粒加速度是机械静压的10～45倍；在工程机械静压下骨料颗粒主要沿竖直向和横向翻转，在重型钢轮振动压实作用下颗粒主要沿竖直方向翻转；在工程机械静压下骨料颗粒振动能量主要沿竖直向和纵向传递，在重型钢轮振动压实作用下主要沿着竖直方向和行车方向传递；现场压实作用下的再生水稳混合料颗粒破碎没有室内静力压实作用下严重，室内静力压实作用下骨料颗粒破碎率比现场压实高20%,并且现场压实作用下混合料子颗粒分布曲线呈间断型，室内静力压实作用下混合料子颗粒分布曲线呈连续型.

关键词：公路工程再生水稳材料建筑固废智能颗粒颗粒运动颗粒破碎

基于细观非均质模型的水稳碎石基层材料疲劳开裂研究

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第9期52卷 3132-3142页

作者：赵晓康董侨肖源杰杜慧贾彦顺东南大学交通学院江苏南京211189 道路交通工程国家级实验教学示范中心(东南大学) 江苏南京211189 中南大学土木工程学院湖南长沙410000

为了研究细观非均质性对水稳碎石基层(CTB)材料疲劳开裂行为的影响,首先,采用离散元法(DEM)和随机算法建立细观非均质随机骨料数值模型;其次,利用数字图像处理技术(DIP)实现模型重构,并结合纳米压痕试验确定材料力学参数分布;第三,基于... 详细信息

为了研究细观非均质性对水稳碎石基层(CTB)材料疲劳开裂行为的影响,首先,采用离散元法(DEM)和随机算法建立细观非均质随机骨料数值模型;其次,利用数字图像处理技术(DIP)实现模型重构,并结合纳米压痕试验确定材料力学参数分布;第三,基于建立的DIP重构模型进行参数反演获取模型参数,并基于平行黏结衰变表征循环荷载下的疲劳衰变行为;最后,基于建立的细观模型开展虚拟半圆弯曲(SCB)强度和疲劳试验,模拟细观疲劳开裂过程,并探索细观非均质性对结构疲劳开裂行为的影响。研究结果表明:CTB材料疲劳裂纹的形成经历了平稳扩展和快速贯通的过程,张力是疲劳开裂演化的驱动力,砂浆−骨料界面是疲劳开裂的薄弱区域;疲劳损伤在循环加载过程中呈非线性累积,应力与疲劳寿命之间呈指数函数关系;提升材料的抗拉强度是改善结构疲劳抗裂能力的关键措施。砂浆材料的性能随机场显著影响水稳碎石的疲劳断裂行为。随着材料属性离散程度增加,同等应力比水平下CTB材料损伤增长速度降低,裂纹扩展路径延长,试件断裂时的微裂纹总量提高,疲劳寿命增大,然而,过于离散的材料性能又显著降低材料的抗拉强度,削弱结构的承载能力,降低疲劳寿命。在施工过程中,合理控制砂浆的均匀性有益于提高CTB材料的抗疲劳开裂能力。

关键词：路面工程疲劳开裂离散元法水稳基层材料随机场

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩强度特性及其劣化机制

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第9期54卷 3635-3646页

作者：曾铃邱健匡波肖源杰刘杰卞汉兵长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 广西交通设计集团有限公司广西南宁530029 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 长沙理工大学水利与环境工程学院湖南长沙410114 桥梁工程安全控制教育部重点实验室(长沙理工大学) 湖南长沙410114 法国里尔大学土木工程与岩土环境工程实验室法国里尔59655

为明确干湿循环对预崩解炭质泥岩强度特性和微观结构的影响,通过三轴剪切、扫描电镜试验,分析其强度特性和微观结构参数随干湿循环次数的变化规律,并结合强度指标和微观结构参数之间的联系,揭示预崩解炭质泥岩强度劣化机制。研究结果表... 详细信息

为明确干湿循环对预崩解炭质泥岩强度特性和微观结构的影响,通过三轴剪切、扫描电镜试验,分析其强度特性和微观结构参数随干湿循环次数的变化规律,并结合强度指标和微观结构参数之间的联系,揭示预崩解炭质泥岩强度劣化机制。研究结果表明:6次干湿循环后,预崩解炭质泥岩黏聚力和内摩擦角降幅分别达60.10%和8.83%;随干湿循环次数增加,圆形小孔的数量始终最高且呈增大趋势,平均面积最大为0.010μm^(2),同时,部分发育汇集成细长形大孔,平均面积最小为0.626μm^(2);颗粒定向频率Fi(α)整体经历均匀分布、大区间局部优先分布、小区间局部优先分布3个阶段;颗粒定向概率熵、三轴几何平均径降幅分别为4.95%、24.27%;黏聚力主要受小孔、大孔面积影响;内摩擦角主要受颗粒的定向概率熵、三轴几何平均径影响;在干湿循环下,叠聚体反复胀缩,内部应力更加集中,孔隙不断发育,导致黏聚力显著降低;内摩擦角因颗粒定向化及破碎而降低;黏聚力和内摩擦角不同程度的衰减引起预崩解炭质泥岩强度降低。

关键词：路堤工程预崩解炭质泥岩强度特性微观结构干湿循环

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基于变形控制的凝灰岩隧道稳定性评判基准研究

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2021年第5期37卷 796-804页

作者：乔世范蔡子勇肖源杰王超中南大学土木工程学院湖南长沙410075

目的针对绍兴特定地区,建立隧道施工围岩稳定性评判指标及控制基准。方法采用数理统计方法,对已有的718个监测断面的拱顶沉降实测数据进行归纳总结,基于不同围岩等级及隧道埋深,从累积拱顶沉降与相对拱顶沉降两方面得到隧道围岩变形评... 详细信息

目的针对绍兴特定地区,建立隧道施工围岩稳定性评判指标及控制基准。方法采用数理统计方法,对已有的718个监测断面的拱顶沉降实测数据进行归纳总结,基于不同围岩等级及隧道埋深,从累积拱顶沉降与相对拱顶沉降两方面得到隧道围岩变形评判基准,然后考虑测前位移损失,通过数值模拟方法分析不同工法的拱顶沉降位移释放率,对评判基准结果进行修正。结果不同施工方法的拱顶沉降位移释放率从大到小依次为全断面法、台阶法、单侧壁导坑法;累积拱顶沉降相对于设计预留变形量偏小,设计较保守;相对拱顶沉降随埋深变化呈交错变化规律,相同围岩级别的相对拱顶沉降分布区间较集中,随着围岩级别变差,分布区间范围越大。结论提出绍兴地区凝灰岩隧道围岩变形评判基准双控指标及建议值,对后期类似地区隧道设计及施工具有重要指导意义。

关键词：隧道工程双控指标稳定性判据变形监测数值分析

循环荷载下重载铁路道砟磨耗破碎及力学特性试验研究

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铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 125-137页

作者：肖源杰张冲冲王萌华文俊中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学) 湖南长沙410075

为深入研究重载列车循环动载作用下散粒体道砟的颗粒磨耗破碎和力学行为劣化等特征,开展3种不同动应力幅值下的室内大型动三轴试验。通过对染色道砟颗粒进行激光扫描和三维重构,量化分析不同循环加载应力状态下不同粒径道砟颗粒的磨耗... 详细信息

为深入研究重载列车循环动载作用下散粒体道砟的颗粒磨耗破碎和力学行为劣化等特征,开展3种不同动应力幅值下的室内大型动三轴试验。通过对染色道砟颗粒进行激光扫描和三维重构,量化分析不同循环加载应力状态下不同粒径道砟颗粒的磨耗破碎特征,深入分析循环加载下试样的宏观力学特性和力学行为劣化等。研究结果表明,循环加载后道砟颗粒普遍从原始粒径破碎至相邻粒径,偶尔出现破碎至相隔粒径的现象,另有质量占比1%左右的少量道砟颗粒破碎至最小粒径4.75~22.4 mm;在相同的循环加载动应力幅值下,随粒径的增大,道砟颗粒破碎至相邻粒径的质量占比总体呈增大趋势;循环加载过程中颗粒磨耗存在尖角磨损、棱边磨耗与表面纹理改变等3种典型类型,动应力幅值230 kPa下颗粒最大磨耗深度为0.36~5.2 mm,平均磨耗深度为0.03~0.62 mm,颗粒磨耗程度随粒径的增大而逐渐加剧,尖角磨损出现的数量更多且概率更大,其次为棱边磨耗;循环加载三轴试验前后各粒组颗粒含量变化幅度与级配曲线偏移距离随动应力幅值的增大而增大,Bg、Br与BBI 3种颗粒破碎指标均随动应力幅值的增大而增大,Br与BBI两者对动应力幅值的变化反应程度一致,并且更为灵敏;试样轴向累积塑性应变、阻尼比与回弹模量均随动应力幅值的增大而增大。研究结果可为重载铁路散粒体有砟道床长期服役性能劣化评估及其养护维修提供理论依据和技术参考。

关键词：道砟循环加载三轴试验三维激光扫描颗粒破碎磨耗深度

不同煤灰脏污程度下道砟宏观强度及细观颗粒转动特性分析

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岩石力学与工程学报 2024年第8期43卷 2027-2041页

作者：王萌肖源杰张冲冲杨涛谭攀卢明皎中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 同济大学土木工程学院上海200092

道砟脏污易诱发有砟道床翻浆冒泥和差异沉降等病害,进而危及列车的平稳和安全运行。针对此工程难题,采用脏污指数(FI)配制不同煤灰脏污程度的道砟试样,开展室内大型单调加载三轴压缩试验,由试样内部不同位置处埋设的无线智能颗粒传感器(... 详细信息

道砟脏污易诱发有砟道床翻浆冒泥和差异沉降等病害,进而危及列车的平稳和安全运行。针对此工程难题,采用脏污指数(FI)配制不同煤灰脏污程度的道砟试样,开展室内大型单调加载三轴压缩试验,由试样内部不同位置处埋设的无线智能颗粒传感器(SmartRock)实时采集颗粒细观转动数据,分析不同煤灰脏污程度下道砟试样宏观剪切强度的变化规律及其与颗粒细观运动的关联机制。研究结果表明,煤灰脏污程度的增加在宏观上导致试样从应变硬化逐步过渡到应变软化;FI值为10%~15%时,试样峰值偏应力及似黏聚力值均最小;三轴试样内部道砟颗粒的转动主要表现为竖直面内的翻转,且清洁道砟试样内部颗粒在竖直面内的翻转随其距试样底部高度的下降而逐渐减弱,试样侧边缘对道砟颗粒运动的约束作用逐渐增强;当FI值达15%时,试样内部道砟颗粒的翻转无明显规律,或因颗粒间的传力骨架已逐渐被破坏;然而当FI值>15%时,试样内部道砟颗粒间的翻转运动差异性明显增大,致其力学稳定性降低;道砟颗粒转动的均匀性在一定程度上决定了其宏观强度性能,并可用于预估煤灰脏污程度。该研究成果或可为有砟道床煤灰脏污程度无损评定、清筛周期优化及智能养维提供理论依据和技术参考。

关键词：路基工程有砟道床道砟脏污单调加载三轴压缩试验智能颗粒传感器抗剪强度颗粒转动

振动荷载下不同级配的基床粗粒土填料孔隙连通性特征研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第11期54卷 4436-4448页

作者：王萌于群丁肖源杰华文俊李文奇中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中铁第四勘察设计院集团有限公司城市轨道与地下工程设计研究院湖北武汉430063 重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学) 湖南长沙410075

路基基床粗粒土填料多采用振动压实方法填筑碾压,然而,目前尚不清楚级配对其压实后的三维孔隙连通性及渗流特性等的定量影响。为此,基于颗粒堆积理论设计G/S(石砂质量比)为1.0、1.8、2.5的基床粗粒土填料,开展室内新型平板振动压实试验... 详细信息

路基基床粗粒土填料多采用振动压实方法填筑碾压,然而,目前尚不清楚级配对其压实后的三维孔隙连通性及渗流特性等的定量影响。为此,基于颗粒堆积理论设计G/S(石砂质量比)为1.0、1.8、2.5的基床粗粒土填料,开展室内新型平板振动压实试验并确定最优激振参数组合,针对在最优压实工况下的填料试样进行工业X射线计算机断层扫描(XCT)和三维模型重构,结合图像处理技术和最大球算法等量化其三维孔喉的连通性,进而模拟并对比分析不同级配类型填料试样的渗流特性。研究结果表明:当干密度较大时,激振频率为25 Hz,激振力为1.4 kN且激振时间至少为60 s;随着G/S增大,孔隙的喉道长度及半径均增大,中孔隙及大孔隙数量增多,平均孔隙半径增大;孔喉比可更准确地表征填料的渗透性能,即孔喉比增大,孔隙的平均配位数增大,孔隙的喉道增长、半径增大,孔隙连通性增大;G/S主要通过影响孔隙半径、喉道长度、三维孔隙连通性决定渗流速度,即G/S增大,孔隙的喉道形态由细长型渐变为粗短型,直至形成粗而长的渗流通道;在保证压实质量和施工后受力变形稳定性的前提下,可选用G/S较大的级配,以确保粗粒土填料振动压实后的孔隙连通性及渗透性能。

关键词：基床粗粒土填料级配孔隙连通性 XCT扫描渗流模拟渗透性能

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振动荷载下级配碎石颗粒运动及其能量特征试验研究

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土木工程学报 2023年第3期56卷 78-89页

作者：肖源杰王萌于群丁华文俊姜钰 Tutumluer Erol 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 伊利诺伊大学香槟分校美国香槟61801

大空隙级配碎石因其良好的透(排)水性能逐渐用作“海绵城市”路面结构的基层填料,但振动荷载作用下填料颗粒在重新排列过程中的运动姿态变化以及能量状态空间分布规律仍不明确。文章基于颗粒堆积理论设计了不同级配的碎石填料,开展不同... 详细信息

大空隙级配碎石因其良好的透(排)水性能逐渐用作“海绵城市”路面结构的基层填料,但振动荷载作用下填料颗粒在重新排列过程中的运动姿态变化以及能量状态空间分布规律仍不明确。文章基于颗粒堆积理论设计了不同级配的碎石填料,开展不同激振参数组合下的室内新型平板振动压实试验,在试样内部不同位置处放置新型智能颗粒传感器(SmartRock)实时监测压实过程中颗粒的运动姿态变化,由颗粒加速度响应分析填料内部运动能量的时空演变规律,进而提出基于颗粒运动和能量分布的填料压实质量评价新指标。研究结果表明,级配碎石填料振动压实过程可明显分为两个不同阶段:第一阶段大部分能量耗散于碎石颗粒的竖向运动及空隙的压缩,占主导的颗粒竖向运动未形成致密的骨架结构;第二阶段颗粒主要发生水平面内的平动以及竖直面内的滚动,颗粒的长轴取向逐渐趋近于“平躺”状态,大部分能量耗散于颗粒间空隙的填充,颗粒逐渐互相紧密咬合嵌挤并形成稳定的骨架结构。试样中上部颗粒的运动指标可较好地评判压实状态,当颗粒水平向运动能量从逐渐增大过渡到逐渐减小至几乎没有任何能量分布但竖向能量分布突增时,表明试样已达到较优的压实状态,新的颗粒运动和能量指标可为连续压实质量智能评价和调控技术研究提供有益的理论依据和研究基础。

关键词：振动压实透水性基床级配碎石颗粒运动振动能量压实评价智能颗粒传感器

随钻跟管桩桩-土接触面作用机制大型直剪试验研究

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岩土力学 2018年第12期39卷 4325-4334页

作者：胡贺松陈晓斌唐孟雄廖湘英肖源杰广州市建筑科学研究院有限公司广州广东510440 中南大学土木工程学院湖南长沙410082

随钻跟管桩(DPC桩)是一种新型工程桩,其设计方法在工程实践中已得到应用。但是研究现状表明,关于DPC侧摩阻力方面仍有几个关键问题需要专门研究:多个界面导致的结构层破坏模式不清楚、注浆加固机制有待明确和侧阻力参数的精确性有待加... 详细信息

随钻跟管桩(DPC桩)是一种新型工程桩,其设计方法在工程实践中已得到应用。但是研究现状表明,关于DPC侧摩阻力方面仍有几个关键问题需要专门研究:多个界面导致的结构层破坏模式不清楚、注浆加固机制有待明确和侧阻力参数的精确性有待加强。针对上述问题,开展了DPC桩-土接触面作用机制和破坏模式的大型直剪试验研究。选用粉质黏性土与中密砂土作为代表桩周土,共完成了14组DPC桩-土接触面大型剪切试验,包括8组未注浆及6组注浆试验。基于试验结果,明确了破坏面位于注浆体-土体层的破坏模式;采用线性Mohr-Coulomb强度理论获得了注浆前后接触面剪切强度参数;将试验结果进行了对比,通过对比,揭示了注浆加固机制。试验成果加深了实践中DPC桩设计与施工的理解。

关键词：随钻跟管桩桩-土结构层极限侧摩阻力大型直剪试验破坏模式