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岩土力学 2017年第8期38卷 2157-2166页

作者：崔凯李永奎西南交通大学土木工程学院四川成都610031

在川西地区,由砂砾石与黏土颗粒构成的混合土路基经常会发生沉降变形问题。对于交通荷载作用下土体中的累积变形,可通过建立循环荷载作用下的动本构模型进行描述。在边界面弹塑性理论的框架内,综合考虑崩坡积混合土非饱和状态和细颗粒... 详细信息

在川西地区,由砂砾石与黏土颗粒构成的混合土路基经常会发生沉降变形问题。对于交通荷载作用下土体中的累积变形,可通过建立循环荷载作用下的动本构模型进行描述。在边界面弹塑性理论的框架内,综合考虑崩坡积混合土非饱和状态和细颗粒含量两大主要影响因素,结合能比较真实描述非饱和土体湿陷性能的LC(loading-collapse)屈服曲线,同时基于可移动映射中心的映射准则,采用经典的修正剑桥模型作为塑性势方程,构建了混合土的非饱和动本构模型,其参数可通过拟合或常规试验获得。通过与试验结果进行对比,该模型不仅可以较好地反映非饱和混合土在静载和循环荷载下的力学特性,而且能够真实地预测土体在加、卸载过程中的滞回特性。其结果可为川西混合土路基沉降变形预测提供理论依据。

关键词：非饱和土崩坡积混合土循环荷载细颗粒含量动本构模型

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粗颗粒含量对川西崩坡积混合土抗剪强度的影响研究

粗颗粒含量对川西崩坡积混合土抗剪强度的影响研究

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作者：杨烨西南交通大学

学位级别：硕士

川西山区地质条件比较复杂,崩坡积混合土的形成受到多种因素的影响,具有级配多样性、矿物成分多样性、形成原因多样性的特点。在实际工程中,这类混合土常因崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等原因给人民群众带来生命财产损失,给社会和经济... 详细信息

川西山区地质条件比较复杂,崩坡积混合土的形成受到多种因素的影响,具有级配多样性、矿物成分多样性、形成原因多样性的特点。在实际工程中,这类混合土常因崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等原因给人民群众带来生命财产损失,给社会和经济建设造成损失。工程实践表明,这类崩坡积混合土处于多种级配条件下的粗细颗粒混合的状态,川西崩坡积混合土处于不同的气候条件、水文条件、颗粒级配情况,因此,进行其强度特性试验研究,并分析影响机理具有很重要的意义。本文的技术路线可以归结为“物理形态一粗细颗粒含量一抗剪强度”,以此技术路线为研究思路开展实验研究,以粗细颗粒含量和矿物成分组成为出发点,研究混合土的抗剪强度的变化规律。主要研究内容与结论如下：(1)对三种崩坡积混合土进行矿物组成鉴定试验,天然密度和含水率测定试验,颗粒级配试验。研究发现三种混合土物理特性上差异较大,可以作为三种典型的崩坡积混合土进行研究。矿物组成方面一号土样含有大量高岭石,三种土样都不含亲水性矿物成分。颗粒级配方面,一号土样和二号土样细颗粒含量较多,达到56.4%和52.39%,三号土样粗颗粒含量较多达到73.04%。(2)将三种崩坡积混合土进行筛分,保留5mm以下细颗粒进行小型直剪试验。试验结果表明三种土样抗剪强度特性差异较大,一号土样的粘聚力和内摩擦角大于二号土样和三号土样,二号土样和三号土样的粘聚力和内摩擦角数值接近,这是由于一号土样含有大量高岭石,达到88%,二号土样和三号土样的矿物成分组成接近。(3)对三种崩坡积混合土进行筛分,保留20mm以下的粗细混合颗粒进行大型直剪试验。研究发现三号土样抗剪强度参数高于二号土样,这是因为三号土样粗颗粒占比为61.8%,大于二号土样的40.2%。一号土样的抗剪强度参数要小于二号土样,一号土样5-20mm粗颗粒占比27.8%,小于二号土样粗颗粒占比的40.2%,粗颗粒含量的差异导致抗剪强度特性的不同。(4)对三种混合土样在不筛分粗颗粒条件下,进行大型直剪试验。研究发现三号土样的抗剪强度显著大于一号土样和二号土样,这是因为三号土样的粗颗粒的含量显著大于其余两种土样。(5)选取一号混合土在不经过筛分的条件下,控制不同含水率和孔隙比,进行大型直剪试验。研究发现由于土样中不含有亲水性矿物成分,所以含水率对粗细颗粒混合土的强度特性没有影响,粘聚力值随着孔隙比的变大而变小,内摩擦角值随孔隙比变化不大,孔隙比对混合土的强度特性没有显著的影响。(6)分析粗细颗粒含量对土样的内摩擦角影响,可以发现粗颗粒的增加使得土样的强度明显增大,粗颗粒质量百分比在0-30%之间逐渐变大时,混合土样的内摩擦角值逐渐变大,但是变大的趋势很缓慢。粗颗粒的百分比在30%～60%之间逐渐增加时,混合土的内摩擦角值逐渐增大的趋势很明显,混合土的强度快速增大。粗颗粒的百分比增大到60%以上时,混合土的内摩擦角增加的趋势变得缓慢,直至不再继续增加。因此可以将粗颗粒百分比为30%和60%作为混合土强度的临界值判定依据。

关键词：崩坡积混合土物理特性颗粒级配抗剪强度大型直剪试验

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玄武岩纤维增强锚杆加固混合土室内拉拔试验研究

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西南交通大学学报 2022年第6期57卷 1193-1200页

作者：冯君赖冰张圣亮王铎刘渊西南交通大学土木工程学院四川成都610031

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)质量轻、强度高、耐久性好,将该材料用作锚杆可有效解决传统钢筋锚杆的腐蚀问题,在恶劣环境下的工程建设中具有广阔的应用前景.本文以广泛存在于西南山区的崩坡积混合土为对象,通过室内拉拔试验研究了锚杆... 详细信息

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)质量轻、强度高、耐久性好,将该材料用作锚杆可有效解决传统钢筋锚杆的腐蚀问题,在恶劣环境下的工程建设中具有广阔的应用前景.本文以广泛存在于西南山区的崩坡积混合土为对象,通过室内拉拔试验研究了锚杆类型、锚杆直径、锚固长度以及灌浆体直径等因素对极限拉拔荷载和界面剪应力的影响,并对锚固体系的破坏模式以及应力分布规律进行了分析.研究结果表明:混合土中BFRP锚杆破坏模式均为沿灌浆体与土体界面的剪切破坏,BFRP锚杆与钢筋锚杆的抗拔承载性能基本一致,实际工程可以使用BFRP锚杆直接替代钢筋锚杆;BFRP锚杆拉拔荷载位移曲线呈三阶段形式,弹性临界荷载为极限荷载的20%~28%,试验条件下锚杆的极限承载力与锚固长度、灌浆体直径成正比关系;灌浆体环向裂缝使锚杆的轴向应力沿杆体呈单峰形式分布,同时使锚固段前部的应力集中程度降低;混合土中灌浆体直径越大则界面强度越低,直径从90 mm增大为110 mm,界面强度降低约8%.

关键词： BFRP锚杆崩坡积混合土拉拔试验界面力学行为

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BFRP土层锚杆界面力学行为研究

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作者：赖冰西南交通大学

学位级别：硕士

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋具有轻质高强、耐腐蚀、环保等优异性能,用作锚杆可解决传统钢锚杆易腐蚀的缺点,作为新型复合材料的代表在岩土工程具有广阔的应用前景和经济价值。本文在文献研究的基础上,针对广泛存在于中国西部山区... 详细信息

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋具有轻质高强、耐腐蚀、环保等优异性能,用作锚杆可解决传统钢锚杆易腐蚀的缺点,作为新型复合材料的代表在岩土工程具有广阔的应用前景和经济价值。本文在文献研究的基础上,针对广泛存在于中国西部山区的川西崩坡积混合土这一特殊土质,采用室内试验和数值模拟的方法对BFRP土层锚杆界面力学行为进行了探讨。通过12组室内试验对锚杆类型、直径、锚固长度、灌浆体直径四个变量进行对比,分析锚固体的破坏形式、影响因素、第一和第二界面正应力及剪应力的轴向分布规律,并得出了第二界面的粘结-滑移曲线。试验结果表明,正常试验组锚杆正应力沿轴向呈现非均匀衰减,剪应力则呈现先上升后下降的单峰曲线形式;锚固体的峰值正应力位置随荷载增加发生后移;砂浆体环向裂缝的存在,对BFRP锚杆的拉拔力学特性产生了重要影响,降低了锚杆的轴应力水平,并使其沿轴向呈单/多峰分布形式。采用ABAQUS有限元软件开展了锚杆拉拔数值分析,第二界面采用内聚力单元进行模拟,并采用双线性本构模型描述牵引-分离准则。最后得出了锚杆的荷载-位移曲线、锚杆及灌浆体应力沿轴向的分布形式。通过与试验结果对比,验证了CZM法模拟BFRP锚杆拉拔破坏的有效性,并对其中存在的问题进行了分析。

关键词： BFRP锚杆崩坡积混合土拉拔试验粘结-滑移曲线有限元内聚力单元

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BFRP锚杆在粘性土中的蠕变特性研究

BFRP锚杆在粘性土中的蠕变特性研究

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作者：张俞峰西南交通大学

学位级别：硕士

BFRP筋属于轻质高强、耐腐性较好的高性能材料,可以代替传统锚杆用于岩土加固,有效地解决了传统钢筋锚杆耐久性较差的问题,有着较大的发展空间。本文在前人的研究基础上,针对川西崩坡积混合土开展了4组BFRP锚杆和2组钢筋锚杆的蠕变试验... 详细信息

BFRP筋属于轻质高强、耐腐性较好的高性能材料,可以代替传统锚杆用于岩土加固,有效地解决了传统钢筋锚杆耐久性较差的问题,有着较大的发展空间。本文在前人的研究基础上,针对川西崩坡积混合土开展了4组BFRP锚杆和2组钢筋锚杆的蠕变试验,通过改变试验锚杆灌浆体材料和直径进行对比分析,研究了不同类型锚杆的长期抗拔力和蠕变本构模型。主要研究内容和成果如下:（1）采用自制的试验装置对BFRP锚杆进行蠕变试验,研究表明,锚杆发生初始蠕变时的荷载为40%的极限拉拔力,破坏荷载为极限拉拔力的75%左右。（2）介绍两种常用的蠕变经验模型并应用于本次试验,根据试验数据采用不同的函数形式建立3种蠕变经验模型,将这5种经验模型进行对比分析,发现基于幂-双曲线函数的经验模型描述锚杆蠕变能力最好,并通过对模型中的时间函数进行修正,增强了该模型对减速蠕变阶段的描述能力。（3）通过等时曲线法和稳定蠕变速率法确定了本次试验锚杆的长期抗拔力约为（0.55-0.65）瞬时抗拔力。与灌浆体直径相比,灌浆体材料对锚杆长期抗拔力的影响效果更明显且当灌浆体材料采用水泥浆时,锚杆的蠕变位移和长期抗拔力都要优于水泥砂浆。（4）介绍了常见的元件组合模型,并利用分数阶微积分和损伤变量对广义Burgers模型进行了改进,改进后的非线性模型可以描述蠕变的全阶段。（5）与钢筋锚杆对比,结果表明:BFRP锚杆的蠕变特性强于钢筋锚杆,钢筋锚杆脆性较强;灌浆体直径的变化决定着两种锚杆的长期抗拔力,直径较小时,BFRP锚杆优于钢筋锚杆,直径增大,两种锚杆的长期抗拔力几乎相等;当拉拔力水平低于0.8时,经验模型描述钢筋锚杆的精度优于BFRP锚杆,高于0.8后,则是BFRP锚杆优于钢筋锚杆;非线性蠕变模型描述两种锚杆时,钢筋锚杆对瞬时荷载敏感性较高且两种锚杆在减速蠕变阶段差异较大。

关键词： BFRP锚杆崩坡积混合土蠕变试验长期抗拔力蠕变本构模型

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