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铁路路基粗颗粒土填料的多级加载三轴试验与数值模拟研究

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石河子大学学报(自然科学版) 2025年

作者：寇赵龙程建军王梦田石河子大学水利建筑工程学院

粗颗粒填料强度对铁路的建设有重要的影响,为了研究铁路路基粗颗粒土填料的强度特性,采用粗颗粒土三轴试验系统对工程填料开展不同含水率及围压的三轴压缩试验,并通过PFC3D进行对应工况的数值模拟,得出粗颗粒土填料多级加载的应力-应变... 详细信息

粗颗粒填料强度对铁路的建设有重要的影响,为了研究铁路路基粗颗粒土填料的强度特性,采用粗颗粒土三轴试验系统对工程填料开展不同含水率及围压的三轴压缩试验,并通过PFC3D进行对应工况的数值模拟,得出粗颗粒土填料多级加载的应力-应变关系曲线,以及总抗剪强度指标黏聚力cu和内摩擦角φu。结果表明:最优含水率状态下应力-应变曲线呈现应变硬化型,试样中部有鼓胀现象,而在饱和含水率状态下应力-应变曲线呈现应变软化型,且试样中部既产生了一定的鼓胀,又伴随有较为明显的剪切破坏面;多级加载下的抗剪强度包线τp和强度包线τ_f两者较为一致,且各自确定的黏聚力cu和内摩擦角值φu相差不大;试样的压缩变形是中部压密侧向逐渐鼓出的动态变化过程,在不同围压作用下试样内部形成明显的剪切带,周围土体沿剪切带发生相对滑移,具有明显的剪切滑裂面。研究的结果进一步验证了多级加载法在确定粗颗粒土填料强度方面的可行性,对指导铁路路基建设具有重要作用。

关键词：粗颗粒土填料强度三轴试验数值模拟破坏原理

海水-凸起地形-隧道场地P1波激励下地震响应理论解与规律

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应用力学学报 2025年

作者：柳国环李鑫洋天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津大学建筑工程学院

地表和地下地形对地震波的散射使得地震动呈现明显的空间变异性。为了研究其具体表现特性，建立了海水-凸起地形-隧道多场耦合数学模型，推导并获得P1波斜入射此类场区的散射理论解，进而探究了海底地震响应规律。首先，完全规避了“近... 详细信息

地表和地下地形对地震波的散射使得地震动呈现明显的空间变异性。为了研究其具体表现特性，建立了海水-凸起地形-隧道多场耦合数学模型，推导并获得P1波斜入射此类场区的散射理论解，进而探究了海底地震响应规律。首先，完全规避了“近似大圆弧法”，直接区域分解并通过Hankel积分变换求解问题。其优点是：物理层面上，直接使得坐标变换后的波函数严格满足此场区的多类型混合边值条件（水面、水-土交界面、土-隧道界面及辅助圆弧面）；数学层面上，使得边值问题最终归为对凸起地形和衬砌隧道内波函数构成的5×5阶线性方程组的解答。最后，通过退化法与已有文献经典结果作对比，验证了本文理论解的精确性，进而重点讨论了5类关键参数对海底地表响应的影响。过程与结果表明：（1）方法严格（非近似）、逻辑清晰、求解精确，避开了传统“大圆弧法”的近似性。（2）海底地表响应对入射角和入射频率比较敏感；且随着海水深度增加，地表位移峰值呈现下降趋势。（3）饱和土孔隙率降低，地表响应波动增强；水平地表响应随着隧道埋深的增加而渐趋平缓。

关键词：地震响应 P 波散射水域凸起地形衬砌隧道 Hankel积分变换法

新疆提孜那甫河流域平原区地下水化学特征及其影响因素

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南水北调与水利科技(中英文) 2025年

作者：赵纳言周金龙姜凤丁启振新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室

在新疆提孜那甫河流域平原区采集23组地下水水样、6组地表水水样，综合运用数理统计法、水化学法和正演模型（英文全称，FM），定性－定量揭示研究区地下水化学特征以及影响因素。结果表明：研究区地下水呈弱碱性；地下水中优势阴、阳... 详细信息

在新疆提孜那甫河流域平原区采集23组地下水水样、6组地表水水样，综合运用数理统计法、水化学法和正演模型（英文全称，FM），定性－定量揭示研究区地下水化学特征以及影响因素。结果表明：研究区地下水呈弱碱性；地下水中优势阴、阳离子分别为SO42-和Na+；单一结构含水层的潜水、多层结构含水层的潜水和多层结构含水层的承压水的水化学类型由SO4·HCO3－Na型→SO4·Cl－Na型→Cl·SO4－Na型转变。研究区地下水水化学组分受岩石风化作用和阳离子交替吸附作用的影响，而岩石风化中蒸发盐岩的风化是地下水水化学组分的主控因素。单一结构含水层的潜水、多层结构含水层的潜水和多层结构含水层的承压水中岩石风化是地下水溶质的主要来源（分别占80.29%、89.04%和93.99%），河水输入具有一定影响（分别占18.37%、10.64%和5.75%），人类活动影响最小（分别占1.34%、0.32%和0.26%）。研究结果可以为区域地下水水质保护提供理论依据。

关键词：提孜那甫河流域平原区地下水化学特征水化学成因正演模型

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玻纤网格布增强风积沙砂浆阻沙板性能试验

地震工程学报 2025年第1期47卷 113-121页

作者：陈元庆程建军丁泊淞段彦福雷佳李宇鹏董宏光石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832003

为探究玻纤网格布对风积沙砂浆阻沙板抗弯及抗冻性能的增强效果,基于不同的玻纤网格布规格和铺设层数及不同的冻融循环次数,对风积沙砂浆阻沙板开展弯曲和冻融循环试验。研究结果表明:风积沙砂浆阻沙板的开裂弯矩随玻纤网格布规格和铺... 详细信息

为探究玻纤网格布对风积沙砂浆阻沙板抗弯及抗冻性能的增强效果,基于不同的玻纤网格布规格和铺设层数及不同的冻融循环次数,对风积沙砂浆阻沙板开展弯曲和冻融循环试验。研究结果表明:风积沙砂浆阻沙板的开裂弯矩随玻纤网格布规格和铺设层数的增加而增大;玻纤网格布风积沙砂浆阻沙板的抗弯受力破坏主要有脆性破坏、脆性破坏+单裂缝柔性破坏、多裂缝柔性破坏三种类型;随冻融循环次数的增加,玻纤网格布风积沙砂浆阻沙板的破坏逐渐加大,经25次冻融循环作用后,板材的质量损失率小于5%,强度损失率小于25%,满足冬寒夏热的实际工程环境使用要求。

关键词：玻纤网格布风积沙阻沙板性能试验

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养护温度与沙漠砂替代率对机制砂混凝土抗压强度与孔结构的影响

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排灌机械工程学报 2025年

作者：郭雨雨周海龙张洁韩长君王海龙内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院沈阳建筑大学材料科学与工程学院

为探究不同养护温度下沙漠砂替代率对机制砂混凝土抗压强度及孔结构的影响规律,试验选用不同比例的沙漠砂替代机制砂用作细骨料配制C40混凝土.测试不同沙漠砂替代率下混凝土的抗压强度,借助SEM,XRD、核磁共振等测试手段分析不同养护温度... 详细信息

为探究不同养护温度下沙漠砂替代率对机制砂混凝土抗压强度及孔结构的影响规律,试验选用不同比例的沙漠砂替代机制砂用作细骨料配制C40混凝土.测试不同沙漠砂替代率下混凝土的抗压强度,借助SEM,XRD、核磁共振等测试手段分析不同养护温度下,混凝土水化产物、微观形貌及孔结构.结果表明:标准养护下沙漠砂体积替代率为30%时,混凝土抗压强度最高;沙漠砂替代机制砂降低了混凝土低温养护下7 d强度损失率,减缓了高温水泥水化的速率;30%的沙漠砂替代机制砂,改善了骨料的颗粒级配,优化了混凝土内部的孔隙结构,从而提高了体系的密实性;考虑到混凝土孔隙结构的复杂性,引入分形维数间接评价混凝土的孔隙特征,其分形维数具有分段性;将分形维数与孔径分布进行线性拟合,分形维数与无害孔呈正比关系,与多害孔呈反比关系.该研究可为10～30℃养护下混合砂混凝土的研究与实践提供一定的参考.

关键词：养护温度沙漠砂替代率机制砂混凝土抗压强度孔结构

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不同腐蚀环境下混凝土黏聚韧度及软化曲线

水利水运工程学报 2025年

作者：巩妮娜李双范向前王哲媛耿方方章鹏李乾坤南京工程学院土木工程与智慧管理研究所江苏海洋大学土木与港海工程学院南京水利科学研究院南京工程学院建筑工程学院

为了揭示不同腐蚀环境下混凝土的软化特性，开展了3种环境 (清水、Na2SO4、Na2SO4+NaCl) 下混凝土I型断裂性能试验，计算分析黏聚韧度实测值及不同形式下的解析值，并确定各龄期的软化曲线。结果表明：3种环境中混凝土的黏聚韧度基本呈... 详细信息

为了揭示不同腐蚀环境下混凝土的软化特性，开展了3种环境 (清水、Na2SO4、Na2SO4+NaCl) 下混凝土I型断裂性能试验，计算分析黏聚韧度实测值及不同形式下的解析值，并确定各龄期的软化曲线。结果表明：3种环境中混凝土的黏聚韧度基本呈先增后减趋势，龄期达到270 d后明显下降且速率接近，360 d时，清水中黏聚韧度、裂缝张开位移达到最大值，相应的最小值则均出现在Na2SO4环境中，说明长期腐蚀导致混凝土劣化，氯盐的加入有助于延缓硫酸盐对混凝土的侵蚀作用；Xu和Reinhardt修正的双线性软化曲线能够较好描述3种环境下混凝土的软化特性，清水、Na2SO4、Na2SO4+NaCl环境中校正参数分别取7、10、8时，黏聚韧度实测值与解析值最接近，反映了混凝土断裂过程区上内聚力的分布规律，根据Petersson软化曲线所得黏聚韧度解析值较大；Na2SO4及Na2SO4+NaCl两种环境中校正参数随龄期的增加整体呈减小趋势，Na2SO4环境中该参数集中在6～10，Na2SO4+NaCl环境中集中在8～10。

关键词：腐蚀环境混凝土断裂试验双线性软化曲线黏聚韧度

磷石膏协同聚丙烯纤维改良黄土的强度特性及其微观机理

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土木与环境工程学报(中英文) 2025年

作者：孟敏强王铭泽刘亚丽章煜阳刘光宇茹含西北农林科技大学水利与建筑工程学院

工业固废磷石膏可以很好地提升土体强度，但会增加土体脆性，而纤维加筋技术可以改良土体塑性，两种材料协同可起到互补作用。以陕西杨凌黄土为研究对象，通过无侧限抗压强度试验探究磷石膏改良黄土的最优掺量；基于该掺量开展直剪试验... 详细信息

工业固废磷石膏可以很好地提升土体强度，但会增加土体脆性，而纤维加筋技术可以改良土体塑性，两种材料协同可起到互补作用。以陕西杨凌黄土为研究对象，通过无侧限抗压强度试验探究磷石膏改良黄土的最优掺量；基于该掺量开展直剪试验探究纤维加固黄土的最优掺比；最后通过扫描电镜试验（SEM）探究磷石膏协同聚丙烯纤维改良黄土的微观机理。结果表明：当磷石膏单掺黄土进行改良加固时，随磷石膏质量占比增大，改良后黄土的无侧限抗压强度先增大后减小，磷石膏掺入黄土的最优掺量为12%。基于磷石膏改良黄土的最优掺量，掺入聚丙烯纤维，发现随着聚丙烯纤维掺比增大，试样的峰值强度、黏聚力和残余强度先增大后减小，内摩擦角持续增大；微观试验表明，磷石膏改良黄土和磷石膏协同聚丙烯纤维改良黄土均能增大土粒间的胶结作用，填充土粒间孔隙；聚丙烯纤维在黄土中会形成纤维团将土颗粒包裹，从而为土粒提供拉应力，提升土样塑性。

关键词：黄土磷石膏聚丙烯纤维强度特性微观机理

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混合砂混凝土加速盐侵蚀作用的孔隙结构分析

排灌机械工程学报 2025年

作者：高猛姚占全王海龙内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院

为探究不同环境工况条件下加速硫酸盐侵蚀混合砂混凝土内部孔隙结构的变化规律,通过初始损伤、复合盐、冻融循环、干湿循环、多倍浓度和高温环境工况条件下硫酸盐侵蚀混合砂混凝土.试验研究表明:不同环境工况下硫酸盐侵蚀作用对混合砂... 详细信息

为探究不同环境工况条件下加速硫酸盐侵蚀混合砂混凝土内部孔隙结构的变化规律,通过初始损伤、复合盐、冻融循环、干湿循环、多倍浓度和高温环境工况条件下硫酸盐侵蚀混合砂混凝土.试验研究表明:不同环境工况下硫酸盐侵蚀作用对混合砂混凝土内部的孔隙结构变化规律影响不同,随着侵蚀周期的增加除多倍浓度与复合盐工况下无害孔呈现略有增加外其余工况下无害孔和少害孔占比总体均呈现降低趋势;与对照组相比,多倍浓度、初始损伤和冻融循环工况下无害孔占比减少,而复合盐、高温和干湿循环工况下无害孔占比相对增多,初始损伤和高温工况下多害孔占比大幅增多而其余工况多害孔占比均减少;与对照组相比干湿循环工况条件下孔隙度提升最大为32%,多倍浓度工况条件下平均孔径提升最大为3 255.4%,初始损伤工况条件下束缚流体饱和度损伤量和自由流体饱和度的增大量最大.

关键词：硫酸盐侵蚀多工况孔径分布孔隙度平均孔径

基于动态CT扫描的非饱和颗粒材料水-力特性微观试验研究

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岩土工程学报 2025年

作者：栾纪元葛尚奇王冀鹏山东大学土建与水利学院

现有非饱和土力学主要聚焦于宏观或介观单元体尺度的研究，有关非饱和土的精准的微观试验研究仍然较为缺乏。针对非饱和土体微观水-力耦合试验的需求，研发适用微焦点CT(computed tomography)三维成像系统的微型非饱和三轴试验装置，开... 详细信息

现有非饱和土力学主要聚焦于宏观或介观单元体尺度的研究，有关非饱和土的精准的微观试验研究仍然较为缺乏。针对非饱和土体微观水-力耦合试验的需求，研发适用微焦点CT(computed tomography)三维成像系统的微型非饱和三轴试验装置，开展吸力控制条件下的三轴剪切-动态CT扫描试验，获得干燥与非饱和状态颗粒材料试样在三轴剪切试验过程中多个状态的微米级高分辨率三维CT图像，运用图像标记处理与代表体积单元（RVE）分析方法，探究了微观因素对非饱和颗粒材料整体水力-力学特性的影响规律。结果表明，非饱和颗粒材料三轴剪切排水过程中，试样内连续分布的大体积孔隙水团逐渐排出或分解为离散的小体积液相团簇，颗粒间接触位置及孔隙中喉道处的小体积水相团簇（液桥）的联结作用是影响非饱和试样整体强度提升的主要微观因素之一；气-液交界面表面积变化峰值出现在30%饱和度左右，在25%～35%的饱和度范围（轴向应变2%～5%）存在较多弯月面，增大的气-液交界面面积对整体强度提升存在增益效应，固-液交界面面积主要由饱和度决定，其变化对整体强度提升无明显影响；亚颗粒尺度的颗粒间接触配位数演化行为可以表征颗粒骨架结构的变化规律，非饱和状态试样剪切排水初期（轴向应变0～2%），样品湿润程度降低，颗粒间接触配位数略有增多，摩擦力增大，且颗粒间接触处形成的液桥可减缓颗粒材料的接触损失，两者均可提升应力增长阶段的整体强度。

关键词：非饱和颗粒材料微型三轴试验装置 X射线CT扫描微观力学特性