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双碳结构增强硅橡胶智能复合材料的力电响应

复合材料学报 2024年第4期41卷 1852-1861页

作者：万帮伟杨洋赵艳芳昆明理工大学、建筑工程学院昆明650500 云南省土木工程防灾重点实验室昆明650500

可拉伸应变传感器在减隔震领域具有广阔的应用前景,然而,研发低成本和高稳定性可拉伸应变传感器仍然是一个巨大挑战。本文采用开炼法制备出多壁碳纳米管(MWCNT)-导电炭黑(CB)/甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)导电纳米复合材料。研究MWCNT与CB之... 详细信息

可拉伸应变传感器在减隔震领域具有广阔的应用前景,然而,研发低成本和高稳定性可拉伸应变传感器仍然是一个巨大挑战。本文采用开炼法制备出多壁碳纳米管(MWCNT)-导电炭黑(CB)/甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)导电纳米复合材料。研究MWCNT与CB之间的协同效应对复合材料分散性能、导电性能、力学性能及电阻-应变响应性能影响。结果表明:添加CB后复合材料力学性能提升,具有较低的渗流阈值(1.24wt%),5000次循环加载-卸载过程中表现出优异的电阻-应变响应稳定性。此外,MWCNT-CB/VMQ复合材料相比于MWCNT/VMQ、CB/VMQ复合材料在电阻-应变响应性能中没有出现肩峰现象,同时解释了肩峰现象机制。通过SEM发现复合材料中MWCNT和CB均匀分布及形成的协同效应是低阈值和稳定电阻-应变响应性能的重要原因。通过隧道效应理论模型解释了电阻-应变响应机制。该复合材料对减隔震结构应变监测具有巨大潜力。

关键词：多壁碳纳米管炭黑硅橡胶电阻-应变响应结构健康监测智能传感材料

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土压平衡盾构渣土改良泡沫发生性能试验

中国公路学报 2024年第1期37卷 154-164页

作者：王斌王树英郑响凑中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学隧地工程研究中心湖南长沙410075 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075

泡沫性能对于土压平衡盾构渣土改良效果有重要影响。采用实验室自制的泡沫发生设备进行了一系列泡沫性能测试,主要研究了气体流量、液体流量以及发泡液浓度对泡沫流量、发泡倍率、半衰期以及泡沫细观形态的影响,并分析了泡沫宏观性能与... 详细信息

泡沫性能对于土压平衡盾构渣土改良效果有重要影响。采用实验室自制的泡沫发生设备进行了一系列泡沫性能测试,主要研究了气体流量、液体流量以及发泡液浓度对泡沫流量、发泡倍率、半衰期以及泡沫细观形态的影响,并分析了泡沫宏观性能与细观粒径之间的相关性。研究结果表明:气液比相同时,随着气体流量的增加,泡沫流量先增大后减小,发泡倍率逐渐减小,泡沫半衰期先增大而后减小。气体流量一定时,随着液体流量的增加,泡沫流量近似线性增长,发泡倍率略有下降并趋于稳定,泡沫半衰期先增大后减小。发泡液浓度在2%以下时,泡沫流量、发泡倍率以及半衰期随着发泡液浓度的增大迅速增长,发泡液浓度大于3%时,泡沫性能受发泡液浓度的影响较小。气体流量为21 L·min^(-1)、液体流量为0.3~0.5 L·min^(-1)、发泡液浓度为3%条件下,该泡沫发生系统的发泡性能最佳。相对于液体流量和发泡液浓度,气体流量对泡沫气泡初始粒径分布的影响最为显著,随着气体流量的增大,泡沫变得更细更均匀。发泡倍率与泡沫粒径之间存在明显的相关性,泡沫越细,发泡倍率越低;泡沫半衰期与粒径之间的关系不如发泡倍率明显。在实际盾构渣土改良中,应该重视泡沫粒径与渣土颗粒孔隙的适配关系,泡沫改良更加适用于级配较好的渣土;相同地层条件下,不同级配的泡沫入渗时需要不同的注入压力。

关键词：隧道工程渣土改良泡沫发生器发泡倍率泡沫半衰期泡沫粒径分布

新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡降温效果及力学机理研究

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土木工程学报 2024年第7期57卷 90-105页

作者：董建华师利君吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀... 详细信息

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀和融沉阶段新型框架通风锚杆与土体相互作用的力学简化计算模型,分析冻胀和融化阶段新型框架通风锚杆受力性能。结合算例,采用提出的简化计算方法分析了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的热学和力学效应,并通过模型试验与理论计算对比,对所提出理论计算方法的合理性进行验证。结果表明:①新型框架通风锚杆能够充分发挥冷季吸收冷量冻结土体、暖季屏蔽热量保护冻土的作用,并逐年抬升冻融交界面;②新型框架通风锚杆支护结构支护效果良好,能够减弱土体冻胀作用,提高多年冻土边坡的稳定性;③所提出简化计算方法以期为新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡提供理论依据。

关键词：多年冻土边坡新型框架通风锚杆自然对流协同工作融沉固结

深基坑桩-撑-土组合支护结构的受力特性与优化设计

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2162-2174页

作者：林宇亮程勇刘玮王斌高文慧李柔锋李志宏中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075 中建三局集团有限公司湖北武汉430073

依托某高层建筑深基坑工程,通过现场试验获得不同施工阶段组合支护结构及基坑关键部位的变形规律。基于土体硬化模型建立深基坑组合支护体系的三维数值模型,对基坑开挖施工进行全过程模拟,分析支护结构体系的桩身弯矩、桩身位移和土压... 详细信息

依托某高层建筑深基坑工程,通过现场试验获得不同施工阶段组合支护结构及基坑关键部位的变形规律。基于土体硬化模型建立深基坑组合支护体系的三维数值模型,对基坑开挖施工进行全过程模拟,分析支护结构体系的桩身弯矩、桩身位移和土压力分布规律。针对反压土的顶宽、高度、坡度以及斜支撑的间距、直径等影响因素设计正交试验,对围护桩受力变形的影响参数进行敏感性分析,并提出优化建议。研究结果表明:围护桩最大位移与最大正弯矩随反压土顶宽、高度、斜支撑直径的增大而减小,随着反压土坡度、斜支撑间距的增大而增大。桩身变形影响因素敏感性从大至小依次为反压土坡高、顶宽、反压土坡度、斜支撑间距和斜支撑直径;对组合支护体系进行设计时,建议在确定土坡自稳角度的前提下,尽量增大反压土土坡高度。

关键词：基坑工程组合支护结构反压土斜支撑受力特性优化设计

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高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

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中国公路学报 2024年第3期37卷 342-355页

作者：董建华徐斌吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压... 详细信息

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明:让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。

关键词：隧道工程高地应力软岩让压支护力学分析应力释放

斜坡地段预应力锚杆-加筋土组合支挡结构力学行为研究

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华中科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：苗晨曦庞冬冬谢明星罗卜怡土木工程防灾与控制山西省重点实验室太原理工大学土木工程学院

针对斜坡地段加筋土挡墙变形过大和稳定性不足的问题，开发了一种适用于斜坡路基的预应力锚杆－加筋土组合支挡结构。为验证预应力锚杆的引入对加筋土结构的性能提升，明确组合支挡结构承载特性，设计完成了斜坡区域加筋土挡墙和组合支... 详细信息

针对斜坡地段加筋土挡墙变形过大和稳定性不足的问题，开发了一种适用于斜坡路基的预应力锚杆－加筋土组合支挡结构。为验证预应力锚杆的引入对加筋土结构的性能提升，明确组合支挡结构承载特性，设计完成了斜坡区域加筋土挡墙和组合支挡结构静力模型试验，对比分析了两种结构响应差异，试验结果表明：相较于加筋土挡墙，组合支挡结构能更好的限制面板位移，控制墙顶沉降；墙底中部土压力显著减小且整体分布均匀，因此能适应更广泛的地基条件；回填土-原位坡体界面抗滑力更高，且能够避免该界面拉应力区的产生；预应力锚杆分担了附加荷载，格栅应变显著减小；加筋土挡墙潜在破裂面形状与朗肯破裂面一致，而组合支挡结构为双折线潜在破裂面。试验初步验证了组合支挡结构的优越性。

关键词：斜坡地段预应力锚杆加筋土挡墙预应力锚杆-加筋土组合支挡结构模型试验

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基于ANN的HVFAC拉伸性能预测评价

材料导报 2024年第10期38卷 75-83页

作者：倪彤元杜鑫莫云波黄森乐杨杨刘金涛浙江工业大学土木工程学院杭州310023 浙江省工程结构与防灾减灾技术重点实验室杭州310023 浙江建投交通基础建设集团有限公司杭州310012

基于人工神经网络(ANN)预测混凝土拉伸性能,对研究混凝土开裂机制具有重要意义。基于团队实验数据获得不同粉煤灰掺量、骨胶比、水胶比和养护龄期下大掺量粉煤灰混凝土(HVFAC)的抗压强度、极限拉伸应变、抗拉强度和拉伸弹性模量数据,用... 详细信息

基于人工神经网络(ANN)预测混凝土拉伸性能,对研究混凝土开裂机制具有重要意义。基于团队实验数据获得不同粉煤灰掺量、骨胶比、水胶比和养护龄期下大掺量粉煤灰混凝土(HVFAC)的抗压强度、极限拉伸应变、抗拉强度和拉伸弹性模量数据,用均方根误差(RMSE)最小原则建立一种预测HVFAC拉伸性能的ANN模型,并用公开发表的文献数据对该预测模型可靠性进行分析评估。结果表明:模型预测结果与实验结果的相关系数均大于0.94,文献中的实验值与模型预测值的误差均在±20%以内,说明所建立的模型有较高的预测精度。基于ANN影响权重分析发现:骨胶比对HVFAC的抗压强度、极限拉伸应变和拉伸弹性模量的影响最大;对于HVFAC的拉伸性能,在早龄期时水胶比的影响程度较大,但随着龄期的延长,粉煤灰掺量的影响程度逐渐上升并超过水胶比。

关键词：人工神经网络粉煤灰混凝土抗拉强度弹性模量极限拉伸应变

考虑冻胀率梯度的季冻区非等压隧道不均匀冻胀解析

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：李亮陈嘉骏赵炼恒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中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室

季冻区隧道在非等压应力作用下，由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害，为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明，寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻... 详细信息

季冻区隧道在非等压应力作用下，由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害，为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明，寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻融循环劣化引起的弹性模量和冻胀率的改变。依据围岩的不均匀冻胀特性，并引入隧道温度场所形成的冻胀率径向梯度。采用复变函数映射双向非等压应力边界条件，进而提出一种季冻区非等压隧道的双重不均匀冻胀解析方法。将本文模型暂时退化后，得到了工程实例和现有理论的有效验证。参数分析表明：引入冻胀率梯度使得季冻区隧道的应力明显减小，且非等压应力作用下隧道在不同方位角的应力变化速率存在差异；随围岩不均匀冻胀特性的增强，引入冻胀率梯度所导致的隧道应力降低逐渐显著。随侧压力的增大，隧道的径向应力和环向应力提高，而隧道应力的峰值和变化速率在不同方位角的差异逐渐减小，且对隧道冻胀力的影响较小。冻融循环下，隧道在不同方位角的应力分布差异和应力变化速率大致相同，但引起的围岩劣化会导致隧道应力的增大，且隧道应力的增长幅度随冻融循环次数的增加而明显。本文研究成果可为季冻区非等压隧道的应力评估和抗冻设计提供理论指导。

关键词：冻胀率梯度围岩不均匀冻胀冻融循环非等压应力季冻区隧道

颗粒级配和表面纹理对饱和砂-钢界面剪切强度的影响

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岩土工程学报 2024年第2期46卷 335-344页

作者：李逸凡李大勇张雨坤潍坊学院建筑工程学院山东潍坊261041 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散... 详细信息

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散方式的不同,常法向应力(CNL)下剪应力-位移曲线出现明显的应变软化现象。变法向应力(VNL)下,界面剪切强度随法向应力的增大不断提高。对于光滑和凸起构造,界面摩擦角随不均匀系数C_(u)的增加基本呈线性增长。对于凹槽构造,界面摩擦角随C_(u)的增加而减小。饱和砂-粗糙度钢板界面剪切效能的发挥受水的影响显著,砂与钢板之间水膜的存在减弱了砂颗粒和钢界面的摩擦,使得界面摩擦性能不能完全发挥。

关键词：界面剪切特性颗粒级配表面纹理构造法向边界条件界面摩擦系数