石墨烯/橡胶复合改性沥青-集料界面黏附性能及机理

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作者 林梅 雷雨 +1 位作者 李萍 张强 《化工进展》 北大核心 2025年第2期991-1002,共12页

为探究石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附性能及黏附机理,采用光电比色法和接触角法对石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附性能进行了研究。利用分子动力学软件MS构建了沥青与集料的界面模型,以黏附功对沥青与集料的界面黏... 为探究石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附性能及黏附机理,采用光电比色法和接触角法对石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附性能进行了研究。利用分子动力学软件MS构建了沥青与集料的界面模型,以黏附功对沥青与集料的界面黏附性能进行了量化。从原子尺度对沥青与集料间的黏附机理以及温湿敏感性进行了分析研究。结果表明:集料种类对于黏附性能的影响要明显大于沥青种类对于黏附性能的影响;在碱性集料缺乏的地区,石墨烯/橡胶复合改性沥青与花岗岩的黏附性效果最优,因此此类地区推荐使用石墨烯/橡胶复合改性沥青作为沥青胶结料;石墨烯/橡胶复合改性沥青可以明显改善沥青与集料的黏附性能,随着集料氧化物碱性增强,沥青中的极性分子在集料表面从“倾斜分布”转为“平行分布”,从而增强沥青与集料间的黏附性能。本研究在微细观层面揭示了石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附机理,旨在为石墨烯/橡胶复合改性沥青路面的设计提供指导。 展开更多

关键词 石墨烯 橡胶 分子动力学 界面黏附性 界面黏附机理

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基于多级减震+强支撑理念的拼装式危岩防护结构研究

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作者 王星 黄帅 +2 位作者 聂亚伟 梅华 胡朝霞 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第8期50-58,共9页

为探究施工效率及安全系数更高的危岩防护结构,联合采用了数值模拟及室内试验方法,从定性及定量两方面验证了数值计算软件可靠性。基于多级减震+顶板强支撑理念,构建了一种新型拼装式钢棚洞。由砂土+EPE+发泡橡胶构成复合垫层,棚洞顶板... 为探究施工效率及安全系数更高的危岩防护结构,联合采用了数值模拟及室内试验方法,从定性及定量两方面验证了数值计算软件可靠性。基于多级减震+顶板强支撑理念,构建了一种新型拼装式钢棚洞。由砂土+EPE+发泡橡胶构成复合垫层,棚洞顶板由空心钢板+泡沫混凝土组成,顶板腹部布设矩阵式钢支撑件进行强支撑,立柱与顶板间设置减震橡胶支座。研究结果表明:当落石以16、20、24 m/s速度冲击钢棚洞时,板腹中心峰值应力分别为28.54、34.71、40.92 MPa,峰值位移依次为15.83、15.92、16.04 mm,防护结构处于安全范围内。EPE、发泡橡胶垫层中心单元应力约维持于0.3、0.5 MPa,复合垫层耗能减震效果优越。矩阵式钢支撑件受力作用明显,冲击过程中峰值应力达到60.0 MPa左右。橡胶支座的非刚性使其受力变化曲线整体呈三角形变化趋势,支座内部应力约可达5.0 MPa。 展开更多

关键词 岩土工程 危岩冲击 钢棚洞 拼装式 多级减震 模型试验 数值模拟

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基于冲击应力阻滞理念下砂土-玻璃钢格栅复合垫层棚洞数值仿真与试验研究

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作者 王星 何雄飞 +2 位作者 黎盼 梅华 胡朝霞 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期52-58,共7页

针对危岩落石冲击棚洞防护结构问题,采用室内试验及数值仿真方法,探究落石冲击作用下砂土-玻璃钢格栅复合垫层棚洞受力及变形规律。研究结果表明:相较于纯砂土垫层棚洞,新型棚洞顶板冲击荷载分布更为均匀,后者顶板应力峰值为纯砂土垫层... 针对危岩落石冲击棚洞防护结构问题,采用室内试验及数值仿真方法,探究落石冲击作用下砂土-玻璃钢格栅复合垫层棚洞受力及变形规律。研究结果表明:相较于纯砂土垫层棚洞,新型棚洞顶板冲击荷载分布更为均匀,后者顶板应力峰值为纯砂土垫层的69.9%,板腹位移是砂土垫层的76.6%。为进一步验证新型棚洞结构防护效果,构建与现场棚洞尺寸一致的计算模型,结果显示:新型棚洞顶板腹部单元冲击应力峰值为砂土垫层的44.4%,顶板腹部位移峰值为砂土垫层的65.3%,砂土-玻璃钢格栅复合垫层对落石冲击应力具备明显的阻滞作用,极大避免了顶板腹部中心的受力集中状态,降低了顶板腹部应力及位移峰值,大幅提升了棚洞顶板抗落石冲切安全系数。 展开更多

关键词 隧道工程 落石冲击 棚洞顶板 玻璃钢格栅 复合垫层 室内试验 数值仿真

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低气压—盐蚀—冻融作用下混凝土性能劣化机制

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作者 陈锐 亢志鹏 +2 位作者 孙勋 柯晓鼎 包卫星 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期1550-1563,共14页

针对不同气压(101、70和50 kPa)养护成型的引气混凝土开展了盐蚀—冻融循环试验,研究了低气压—盐蚀—冻融作用下混凝土耐久性能、微观形貌和孔隙结构的演化规律及劣化机理,建立了低气压—盐蚀—冻融循环作用下混凝土损伤劣化模型。研... 针对不同气压(101、70和50 kPa)养护成型的引气混凝土开展了盐蚀—冻融循环试验,研究了低气压—盐蚀—冻融作用下混凝土耐久性能、微观形貌和孔隙结构的演化规律及劣化机理,建立了低气压—盐蚀—冻融循环作用下混凝土损伤劣化模型。研究结果表明:在低气压环境下,养护的混凝土原生孔隙及裂纹增多,气孔壁变薄;在盐蚀—冻融作用下,混凝土耐久性能劣化速度随养护气压降低而增大,混凝土气孔壁及界面过渡区受到明显侵蚀破坏,混凝土裂缝数量增加,孔隙结构劣化程度增强;低气压环境会进一步加剧混凝土原生结构在盐蚀—冻融循环作用下的劣化损伤程度。 展开更多

关键词 高原环境 混凝土耐久性能 低气压—盐蚀—冻融循环 损伤劣化模型

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隧道洞口危岩冲击河砂垫层试验及SPH-FEM仿真

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作者 王星 来显杰 +2 位作者 黄帅 聂亚伟 胡朝霞 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期34-41,共8页

在考虑缓冲行程理念下提出了河砂垫层棚洞设计方案,依托某隧道工程洞口危岩落石灾害,构建了室内试验模型,建立了SPH-FEM耦合算法的棚洞计算模型。研究结果表明:相较于传统砂土垫层,河砂垫层棚洞顶板中心测点应力峰值降幅达42.52%,立柱... 在考虑缓冲行程理念下提出了河砂垫层棚洞设计方案,依托某隧道工程洞口危岩落石灾害,构建了室内试验模型,建立了SPH-FEM耦合算法的棚洞计算模型。研究结果表明:相较于传统砂土垫层,河砂垫层棚洞顶板中心测点应力峰值降幅达42.52%,立柱压应力峰值降幅达65.77%,落石加速度峰值降幅达56.84%;相较于砂土垫层,河砂垫层下落球冲击坑深度由28.54 mm增加至58.24 mm,增幅达50.99%,河砂垫层情况下落石的冲击侵彻缓冲行程远高于砂土垫层,以此提升了河砂垫层棚洞耗能减震效果;再次构建实际尺寸棚洞结构模型,当铺设河砂垫层后顶板腹部单元应力峰值降幅达53.41%,顶板腹部单元位移峰值降幅34.44%,落石加速度峰值降幅达55.41%。 展开更多

关键词 隧道工程 落石冲击 棚洞结构 河砂垫层 模型试验 SPH-FEM

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珍珠棉颗粒土垫层与砂土垫层的力学性能比较

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作者 王星 涂鹏 +2 位作者 黄帅 聂亚伟 胡朝霞 《深圳大学学报(理工版)》 北大核心 2025年第3期273-280,I0005,共9页

为探究珍珠棉(expandable polyethylene,EPE)颗粒土缓冲垫层的耗能减震特性,构建1∶10几何相似比例的室内试验模型,进行EPE颗粒土垫层冲击试验.棚洞顶板上部分别铺设砂土和EPE颗粒土垫层,以5.52 kg铁球在0.8 m高度通过自由落体方式进行... 为探究珍珠棉(expandable polyethylene,EPE)颗粒土缓冲垫层的耗能减震特性,构建1∶10几何相似比例的室内试验模型,进行EPE颗粒土垫层冲击试验.棚洞顶板上部分别铺设砂土和EPE颗粒土垫层,以5.52 kg铁球在0.8 m高度通过自由落体方式进行冲击,揭示两种垫层情况下棚洞结构的响应机制.结果表明,相较于砂土垫层工况,EPE颗粒土垫层工况的顶板腹部中心应力峰值降低了25.07%,立柱压应力降低了59.37%.分别构建与试验呈1∶1的光滑粒子流体动力学模型和有限元模型,数值计算结果表明:相较于砂土垫层工况,EPE颗粒土垫层工况的顶板中心应力降低了25.59%,顶板中心位移峰值降低了22.22%,立柱压应力降低了42.02%,加速度降低了21.84%.通过实际工程模拟结果得出,EPE颗粒垫层工况下顶板腹部中心应力峰值比砂土垫层工况降低了20.56%,落石加速度峰值降低了26.01%,EPE颗粒土垫层的缓冲减震效果明显.研究成果可为隧道洞口危岩防护结构设计提供理论支撑. 展开更多

关键词 结构工程 落石冲击 缓冲垫层 珍珠棉颗粒土 砂土垫层 模型试验

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铁路隧道机械化装药掏槽爆破参数的优化

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作者 高轩 尹训江 +2 位作者 王帅帅 苗龙刚 郭亚斌 《爆破器材》 北大核心 2025年第4期46-54,64,共10页

为实现隧道智能爆破技术的研发及应用,开展了铁路隧道机械化装药掏槽爆破参数优化的研究。通过理论计算,确定了中空孔与中心掏槽孔间距的范围。运用LS-DYNA数值模拟软件,对理论计算取值范围内中心掏槽孔与中空孔间距为12.5、22.5、42.5... 为实现隧道智能爆破技术的研发及应用,开展了铁路隧道机械化装药掏槽爆破参数优化的研究。通过理论计算,确定了中空孔与中心掏槽孔间距的范围。运用LS-DYNA数值模拟软件,对理论计算取值范围内中心掏槽孔与中空孔间距为12.5、22.5、42.5 cm的爆破方案进行模拟研究。对各模拟方案下孔底截面、距起爆中心1/2炮孔长度截面、孔口截面的有效应力、损伤演化及爆破振动等进行分析。结果表明:随着中心掏槽孔与中空孔间距的增大,峰值有效应力及掏槽区域损伤面积呈先增大、后减小的变化趋势,平均爆破振速整体呈减小的变化趋势,槽腔贯通性逐渐变差。对3种爆破模型综合分析后,确定中心掏槽孔与中空孔间距为22.5 cm。将优化后的爆破参数应用于现场爆破后发现,岩石的大块率显著下降,平均线性超挖降低了19.23%,爆破效果良好。 展开更多

关键词 混装炸药 空孔与掏槽孔间距 空孔效应 数值模拟 有效应力

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低气压对水泥基材料性能及水化进程的影响 被引量：1

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作者 包卫星 孙勋 陈锐 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期773-779,788,共8页

采用强度试验、X射线衍射仪和综合热分析仪等手段,研究了低气压对水泥基材料性能及水化进程的影响.结果表明:低养护气压延缓了水泥水化进程,水化产物生成量减小,且养护气压越低,影响效果越显著,3~7 d龄期时出现明显的水化平台期;低养护... 采用强度试验、X射线衍射仪和综合热分析仪等手段,研究了低气压对水泥基材料性能及水化进程的影响.结果表明:低养护气压延缓了水泥水化进程,水化产物生成量减小,且养护气压越低,影响效果越显著,3~7 d龄期时出现明显的水化平台期;低养护气压下水泥基材料孔隙结构劣化,凝胶孔占比增长幅度最大;养护气压越低,水泥基材料吸水速率越快,吸水量越大;水泥基材料的吸水量、吸水速率及相对吸水率均随着环境气压的降低明显减小. 展开更多

关键词 低气压 水泥水化 孔隙结构 毛细吸水性能 相对吸水率

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砂土-高密度海绵垫层棚洞力学特性研究 被引量：1

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作者 王星 王帅帅 +2 位作者 黄帅 梅华 胡朝霞 《重庆交通大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期16-24,共9页

依托某隧道洞口工程,探究更为有效的落石冲击防护结构,采用1∶10几何相似模型试验与LS-DYNA数值计算方法,揭示落石冲击作用下砂土-高密度海绵复合垫层力学响应机理。模型试验结果表明:添加3、6 cm高密度海绵构成复合垫层,顶板腹部中心... 依托某隧道洞口工程,探究更为有效的落石冲击防护结构,采用1∶10几何相似模型试验与LS-DYNA数值计算方法,揭示落石冲击作用下砂土-高密度海绵复合垫层力学响应机理。模型试验结果表明:添加3、6 cm高密度海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.71 MPa依次下降至0.75、0.24 MPa,降幅为55.90%、86.43%。与试验等比数值计算结果表明:添加3、6 cm海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.13 MPa降至0.57、0.22 MPa,降幅可达49.73%、80.35%。实际工况数值计算结果表明:复合垫层棚洞应力水平大幅降低,板内应力整体较均匀且中心位置应力集中状态已基本消除,应力曲线已由纯砂土垫层的折线形式变化为波浪式,应力峰值由5.63 MPa降至1.77 MPa,降幅可达68.56%。位移峰值由-3.08 mm降至-2.51 mm,加速度峰值由514 m/s 2降至445 m/s 2。 展开更多

关键词 隧道工程 落石冲击 防护结构 砂土-海绵垫层 模型试验 LS-DYNA

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300 m^(2)级5车道隧道九硐室施工力学特性数值计算

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作者 王星 黄帅 +2 位作者 王帅帅 霰建平 葛国库 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期44-53,共10页

针对深圳侨城东路宝鹏大型地下互通式立交涉及的300 m^(2)级5车道超大断面隧道,开展施工技术方案及结构受力研究.首先,提出一套“分硐室开挖+衬砌加强支护”的超大断面隧道九硐室开挖施工技术.然后,结合隧道几何尺寸及支护方案,建立Mida... 针对深圳侨城东路宝鹏大型地下互通式立交涉及的300 m^(2)级5车道超大断面隧道,开展施工技术方案及结构受力研究.首先,提出一套“分硐室开挖+衬砌加强支护”的超大断面隧道九硐室开挖施工技术.然后,结合隧道几何尺寸及支护方案,建立Midas三维有限元数值计算模型探究5车道超大断面隧道开挖施工动态力学响应特性.最后,提取隧道各分部结构应力云图,统计特征测点应力及位移监测曲线.研究结果表明:施工期间需采用超前小导管+管棚注浆措施对围岩进行预加固;现场需通过双侧壁导坑+双临时横撑构成九硐室开挖工法,并采用双层初期支护+加强加厚二次衬砌支护方案;现场开挖施工后结构应力与位移呈现快速增加趋势,而后隧掌子面不断前移各统计曲线逐步趋于平稳;围岩压力峰值可达2.01 MPa,拱顶位置超前小导管内力值最大为10 kN,两侧拱腰位置管棚内力最高为20 kN,拱腰及拱脚位置钢拱架内力最大为113 kN,拱肩位置锁脚锚杆内力在第66开挖施工步达到18 kN;初支结构测点应力峰值为2.4 MPa;初支拱顶、拱肩部位沉降峰值分别为12.4、6.8 mm;管棚、锁脚锚杆等结构联合支护效果明显. 展开更多

关键词 地下互通式立交 5车道隧道 双侧壁导坑+双临时横撑 双层初支 动态响应

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基于降维理念与无量纲解法的落石冲击力推导 被引量：3

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作者 王星 霰建平 +2 位作者 王永东 叶飞 黄帅 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第34期14841-14850,共10页

落石灾害是中国三大地质灾害之一,防护结构合理设计的前提即是准确解析落石最大冲击力。为探索更为有效的冲击力算法,根据降维理念,结合落石冲击垫层力学特性、几何关系及能量守恒原理,提出了一种落石冲击力的MDR算法。基于室内模型试... 落石灾害是中国三大地质灾害之一,防护结构合理设计的前提即是准确解析落石最大冲击力。为探索更为有效的冲击力算法,根据降维理念,结合落石冲击垫层力学特性、几何关系及能量守恒原理,提出了一种落石冲击力的MDR算法。基于室内模型试验及无量纲理念提出了一种无量纲算法。通过杨其新试验算法与扩大系数理念,分别提出了落石冲击力的三角形修正算法、正弦修正算法、数值模拟修正算法。经研究表明:针对某在建特长铁路隧道洞口危岩落石情况,5种算法结果整体具备一定吻合度与可靠性。相较而言,日本、瑞士算法结果或适度偏高,这可能由于二者均未考虑垫层参数影响所致。杨其新算法结果整体相对偏低。通过Pichler野外落石冲击试验及彻底关大桥冲击灾害实例,再次验证了本文算法可靠性,研究结果可为落石防护工程设计提供借鉴参考。 展开更多

关键词 落石灾害 最大冲击力 MDR算法 无量纲算法 模型试验

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钢拱架槽钢纵连+三台阶锁脚锚杆炭质软岩隧道施工数值计算与现场试验 被引量：3

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作者 王星 来显杰 +2 位作者 王帅帅 黄帅 靳军 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期120-129,共10页

针对某高速公路炭质软岩隧道施工病害问题,提出一种钢拱架槽钢纵连+三台阶锁脚锚杆加强支护方案,采用有限元数值计算及现场试验测试方法,探究了开挖施工步影响下初期支护结构受力及变形规律.研究结果表明:采用加强支护方案后,结构最大... 针对某高速公路炭质软岩隧道施工病害问题,提出一种钢拱架槽钢纵连+三台阶锁脚锚杆加强支护方案,采用有限元数值计算及现场试验测试方法,探究了开挖施工步影响下初期支护结构受力及变形规律.研究结果表明:采用加强支护方案后,结构最大应力位于初期支护结构拱顶部位,数值计算与现场试验值分别为1.591、1.587 MPa,拱顶沉降的数值计算与测试值分别为9.575、13.670 mm,数值计算与现场试验结果基本吻合,满足结构安全要求;钢拱架槽钢纵连结构整体稳定性较好且内力分布均匀,提高了初期支护结构纵向稳定性,降低了围岩及初期支护结构的不均匀沉降值;三台阶锁脚锚杆由于受到初期支护结构的下沉剪力作用,根部形成弯折,通过横向抗力将荷载传递到围岩中,加强了初期支护结构环向承载力,抑制了初期支护结构的变形与沉降.研究成果可为类似工程提供借鉴参考. 展开更多

关键词 隧道工程 炭质软岩 槽钢纵连 现场试验 数值模拟

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