粉煤灰路基的力学变形特性及综合含水率研究

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作者 郑立阳 惠迎新 +2 位作者 郭聚坤 闫升 董旭光 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第4期1486-1494,1524,共10页

合理确定施工含水率对确保路基填料达到最佳综合性能具有重要意义。为探究含水率对粉煤灰路基强度变形特性的影响规律,确定适合粉煤灰路基施工含水率,以宁夏地区粉煤灰为试验材料,结合击实试验结果,开展固结压缩和剪切等室内试验,分析... 合理确定施工含水率对确保路基填料达到最佳综合性能具有重要意义。为探究含水率对粉煤灰路基强度变形特性的影响规律,确定适合粉煤灰路基施工含水率,以宁夏地区粉煤灰为试验材料,结合击实试验结果,开展固结压缩和剪切等室内试验,分析不同含水率下粉煤灰的力学特性,确定各单一因素下的最佳含水率,并基于灰色关联法提出能够保证粉煤灰路基达到最佳综合性能的施工含水率。结果表明,随含水率增加,压缩系数先减小后增大,压缩模量先增大后减小,最终竖向应变在一定范围内波动,含水率为31%时粉煤灰压缩性最小。在高法向应力和高含水率时粉煤灰剪切应力-剪切位移曲线表现为强应变软化型。随着含水率增加,残余内摩擦角逐渐减小,残余黏聚力先增加后减小并趋于稳定,含水率为23%时粉煤灰残余抗剪强度最大。含水率在31%~35%时,各力学指标关联度值维持在一个较高且相对稳定的区间,可作为指导施工的综合含水率。 展开更多

关键词 粉煤灰 压缩特性 剪切特性 残余抗剪强度指标 灰色关联法 综合含水率

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微塑料与植物根对废弃尾矿土复合体抗剪特性的影响研究

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作者 梁晓晶 郝喆 +2 位作者 韩震宁 杨青潮 张倩 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期278-283,共6页

为了探究植物根系及微塑料对尾矿土抗剪强度的影响,以鞍山某废弃尾矿库尾矿土为对象,开展了根含量、根径及微塑料含量对土复合体抗剪强度的影响研究。结果表明:①尾矿土抗剪强度及黏聚力随含水率增大先增后减,而内摩擦角则呈减小的趋势... 为了探究植物根系及微塑料对尾矿土抗剪强度的影响,以鞍山某废弃尾矿库尾矿土为对象,开展了根含量、根径及微塑料含量对土复合体抗剪强度的影响研究。结果表明:①尾矿土抗剪强度及黏聚力随含水率增大先增后减,而内摩擦角则呈减小的趋势。含水率对尾矿土抗剪强度的影响主要取决于黏聚力,而对内摩擦角的影响不明显。②添加微塑料会降低尾矿土的抗剪强度,尾矿土添加微塑料后,含水率对尾矿土抗剪强度的负面影响显著提高,对尾矿土抗剪强度影响主要取决于黏聚力。③根系含量增加显著提升尾矿土抗剪强度。在相同含水率下,随着根含量增加,尾矿土内摩擦角减小,黏聚力增大。对抗剪强度的影响主要取决于黏聚力,而内摩擦角变化不显著(<2°)。随着根径增粗,抗剪强度先增加后减小,尾矿土内摩擦角先增大后减小,黏聚力则呈减小趋势。根径范围在0.9~1.2 mm时抗剪强度达到峰值。无根系时,黏聚力与内摩擦角均对含水率敏感,添加根系后,含水率影响被弱化。④微塑料-尾矿土复合体抗剪强度低于素尾矿土,根-尾矿土复合体抗剪强度高于素尾矿土,根与微塑料共同作用时,根系可部分抵消微塑料的负面影响,但微塑料对黏聚力的削弱仍占主导。 展开更多

关键词 微塑料 根系 尾矿土 抗剪强度

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道路用水泥-粉煤灰流态固化土宏观力学性能与细观行为研究 被引量：6

3

作者 郭聚坤 曹芯芯 +3 位作者 马永明 惠迎新 黄亚娟 沈丙尧 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第11期4107-4118,共12页

为探究水泥-粉煤灰流态固化土宏观力学性能和细观行为演化规律,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试方法,结合力学试验与颗粒流(PFC)离散元数值仿真试验,研究了不同配合比流态固化土在冻融作用下的强度特性,分析了其细观形貌... 为探究水泥-粉煤灰流态固化土宏观力学性能和细观行为演化规律,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试方法,结合力学试验与颗粒流(PFC)离散元数值仿真试验,研究了不同配合比流态固化土在冻融作用下的强度特性,分析了其细观形貌和裂隙演化特征。研究结果表明:流态固化土的流动性与水泥、粉煤灰掺量呈正相关,粉煤灰的掺加有效降低了流态固化土的湿密度;粉煤灰火山灰反应生成的凝胶物质显著提升了流态固化土的后期强度和抗冻性;流态固化土试件裂隙在轴向应变约为1%时首次出现,之后裂隙数量呈线性增长,在轴向应变为4%~5%时趋于稳定,试件表面出现平行于轴向的贯通裂隙。 展开更多

关键词 流态固化土 粉煤灰 抗压强度 冻融特性 细观形貌 裂隙发育

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砂-结构界面剪切机理及细观行为演化研究 被引量：2

4

作者 马永明 郭聚坤 +3 位作者 王瑞 左珅 李晋 魏道凯 《水利水电技术（中英文）》 北大核心 2024年第7期186-196,共11页

【目的】粗糙度和粒径是影响砂土地基桩侧摩阻力的关键因素,探究其对界面宏观力学特性和细观剪切机理的影响具有重要意义。【方法】利用改进的直剪设备,研究了考虑结构物表面纹理宽度与颗粒粒径影响的钢-砂界面宏观剪切性状和内在变化机... 【目的】粗糙度和粒径是影响砂土地基桩侧摩阻力的关键因素,探究其对界面宏观力学特性和细观剪切机理的影响具有重要意义。【方法】利用改进的直剪设备,研究了考虑结构物表面纹理宽度与颗粒粒径影响的钢-砂界面宏观剪切性状和内在变化机理,借助PFC软件研究了界面细观行为演化规律。【结果】结果表明:细砂和中砂粒组的界面峰值剪切应力随纹理宽度增大而增加,粗砂粒组则呈现先增加后减小的变化规律;在纹理宽度与砂粒径的不同相对尺寸关系下,界面剪切机理与砂-砂剪切、颗粒-纹理嵌锁作用及纹理棱角阻碍作用密切相关;光滑界面的摩擦角随粒径增大而减小,粗糙界面的摩擦角基本与粒径成正比例关系;配位数和受界面剪切影响的颗粒范围随粒径的增大而增加,粒径较大的砂颗粒在试验中后期的界面处出现力链断裂现象。【结论】纹理的设计能够显著提升界面抗剪强度,具有粗糙纹理的桩表面更有利于中、粗砂地基桩基承载力的发挥。 展开更多

关键词 钢 砂 粒径 纹理 剪切机理 细观行为 力学性能 变形

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钙质砂颗粒形状及破碎特性试验研究 被引量：6

5

作者 王瑞 郭聚坤 +2 位作者 尹斌 雷胜友 魏道凯 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第5期158-166,共9页

单颗粒强度及形状是影响钙质砂强度、变形和破碎的重要因素。以0.5~1.0 mm和1.0~2.0 mm粒径范围的钙质砂颗粒为研究对象,开展了颗粒形状及尺寸分类统计和单颗粒破碎试验,研究了力—位移关系、单颗粒强度—平均粒径关系和单颗粒破碎能量... 单颗粒强度及形状是影响钙质砂强度、变形和破碎的重要因素。以0.5~1.0 mm和1.0~2.0 mm粒径范围的钙质砂颗粒为研究对象,开展了颗粒形状及尺寸分类统计和单颗粒破碎试验,研究了力—位移关系、单颗粒强度—平均粒径关系和单颗粒破碎能量。结果表明:块状颗粒是钙质砂的主要形状颗粒,粒径较大颗粒的形状不规则程度较高。块状颗粒的破碎过程根据力—位移关系曲线中第一次颗粒破碎力、颗粒破碎峰值力和颗粒完全破碎力出现位置的不同分成5种情况,以颗粒发生多次破碎为特征的情况Ⅰ和情况Ⅱ出现次数最多,其余情况仅在0.5~1.0 mm粒径范围的颗粒中出现。单颗粒强度随平均粒径的增大而减小,1.0~2.0 mm和0.5~1.0 mm粒径范围的单颗粒强度分形维数分别为2.95和1.53,粒径较大的钙质砂颗粒更容易破碎。提出了钙质砂单颗粒破碎能量的简化计算公式,1.0~2.0 mm粒径范围的单颗粒破碎能量较0.5~1.0 mm的更大。 展开更多

关键词 钙质砂 颗粒形状 破碎特性 单颗粒强度 分形维数 破碎能量 深海资源 南海

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寒区土体一维水-热-力耦合模型与数值分析 被引量：8

6

作者 魏道凯 荆皓 +1 位作者 陈琦 寇海磊 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期150-157,共8页

寒区土体的冻胀融沉特性对结构物稳定带来极大挑战,冻土冻融作用机理的研究对寒区冻融灾害预防具有极其重大的意义。文中通过质量守恒定律以及能量守恒定律建立寒区一维土柱水分场、温度场数值模型,考虑冰水相变引起土体内部应力变化以... 寒区土体的冻胀融沉特性对结构物稳定带来极大挑战,冻土冻融作用机理的研究对寒区冻融灾害预防具有极其重大的意义。文中通过质量守恒定律以及能量守恒定律建立寒区一维土柱水分场、温度场数值模型,考虑冰水相变引起土体内部应力变化以建立应力场。构建一维非饱和土柱水热力耦合模型,通过与已有研究比对以验证三场耦合数值模型的准确性。研究表明:冻结锋面随冻结时间不断下移。在冻结初期,冻结锋面下移速度较快,在冻结后期冻结速度变缓,且土柱内温度成近似线性分布趋势。土柱内水分场在冻结锋面处出现明显的S形曲线。在冻结条件下,土柱发生竖向的冻胀变形,模拟结果与已有试验数据吻合良好,验证了该模型的合理性以及准确性。 展开更多

关键词 冻融灾害 水热力三场耦合 一维土柱 温度场 水分场 冻结锋面 冻胀变形

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含水率和温度影响下的高原土体力学特性试验研究 被引量：1

7

作者 王瑞 郭聚坤 +4 位作者 魏道凯 卞贵建 雷胜友 琼吉 张庆鑫 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期90-99,共10页

利用自主研制的土体冻融循环剪切试验仪,开展了温度和含水率影响下的青藏高原土体力学特性正交试验,从压缩特性、冻结和冻胀、剪切特性3个方面对土体进行分析。结果表明:土样压缩过程的法向位移随含水率的增大而增加,压缩量与法向应力... 利用自主研制的土体冻融循环剪切试验仪,开展了温度和含水率影响下的青藏高原土体力学特性正交试验,从压缩特性、冻结和冻胀、剪切特性3个方面对土体进行分析。结果表明:土样压缩过程的法向位移随含水率的增大而增加,压缩量与法向应力关系可用双曲线模型进行描述。不同含水率的土体从0℃降至−12℃过程中均产生了土体冻结现象,含水率12%的土体发生冻胀时的温度集中在−3~−2℃范围内。温度越低,土体的应力软化特性越明显,且峰值剪切应力和残余剪切应力越大,土体在最佳含水率附近时峰值剪切应力最大。−12℃土体的法向位移变化规律在不同试验条件下均表现出剪胀特性,而12℃和0℃土体随着含水率的增加由胀缩特性并逐渐变化至完全以剪缩特性为主。内摩擦角随含水率和温度的增大而减小,黏聚力随温度的升高而减小,在最佳含水率附近最大。 展开更多

关键词 高原土 温度 含水率 压缩 冻胀 剪切特性

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粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响 被引量：12

8

作者 郭聚坤 雷胜友 +2 位作者 魏道凯 寇海磊 王瑞 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期85-94,共10页

下部基础与土体界面的剪切特性对于整个结构的安全施工至关重要,地基上部土层中多见砂土层,砂粒径大小和结构物表面粗糙程度会影响下部基础的受力特性,对于研究砂土层下部基础的侧摩阻力具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行粒组为0.0... 下部基础与土体界面的剪切特性对于整个结构的安全施工至关重要,地基上部土层中多见砂土层,砂粒径大小和结构物表面粗糙程度会影响下部基础的受力特性,对于研究砂土层下部基础的侧摩阻力具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行粒组为0.075~0.150mm,0.150~0.300mm的砂与人造粗糙混凝土板、钢板的界面剪切试验,研究不同砂粒组、不同粗糙度、不同法向应力下的钢-砂和混凝土-砂界面抗剪强度和界面剪切强度指标。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系可用双曲线模型描述,试验峰值剪切应力与模型峰值剪切应力的比值为0.85~0.95;峰值剪切应力随法向应力和粗糙度的增大而增加,粒组Ⅰ的较粒组Ⅱ略大,混凝土-砂界面峰值剪切应力较钢-砂界面的大;对于未刻纹路的结构物-砂界面剪切面为一移动的水平面,刻有纹路的结构物-砂界面剪切面由间断的水平剪切面和动态曲形剪切面构成;界面摩擦角随粗糙度增大而增加,粒组Ⅰ的抗剪强度指标较粒组Ⅱ略大,钢-砂界面摩擦角集中在23°~28°,混凝土-砂界面摩擦角集中在25°~31°。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计和数值模拟提供参考。 展开更多

关键词 砂 粗糙度 粒组 剪切面 界面摩擦角

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基于三维数字图像相关技术钙质砂颗粒运动行为试验研究 被引量：4

9

作者 郭聚坤 王瑞 +3 位作者 寇海磊 魏道凯 卞贵建 雷胜友 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2785-2798,共14页

桩基附近土颗粒的运动行为与宏观力学表现密切相关,对揭示界面剪切机制具有重要意义。利用自主研制的大型直剪仪,结合三维数字图像相关技术(3D-DIC)全场位移测量分析系统,开展了钢-钙质砂界面循环剪切试验,研究了界面附近砂颗粒的运动... 桩基附近土颗粒的运动行为与宏观力学表现密切相关,对揭示界面剪切机制具有重要意义。利用自主研制的大型直剪仪,结合三维数字图像相关技术(3D-DIC)全场位移测量分析系统,开展了钢-钙质砂界面循环剪切试验,研究了界面附近砂颗粒的运动行为演化规律。结果表明:界面峰值剪切应力和发挥的界面摩擦角随循环次数的增大而增加,体变特性以剪缩为主;钙质砂颗粒左右移动的幅度与距界面的垂直距离成反比,钙质砂颗粒的位置随循环次数的增大逐渐向正剪切方向移动,试验结束时上剪切盒左侧区域的钙质砂颗粒向正剪切方向移动的距离最大;钙质砂颗粒在单个循环内出现有规律的上下移动,向下移动的幅值更大,位于上层的钙质砂颗粒向下移动的位移值大于下层;钙质砂颗粒的运动速度在沿单方向剪切时,呈现出慢-快-慢的变化规律,位于上剪切盒右侧区域的钙质砂的体变特性较左侧区域更显著;网格位移值和缺失数量随循环次数的增大而增加,在试验后期趋于稳定,试验结束时的破碎带厚度为6.21 mm。 展开更多

关键词 钙质砂 界面剪切 颗粒运动 坐标 位移云图 破碎带

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桩-海洋黏土界面剪切性状试验研究 被引量：9

10

作者 郭聚坤 寇海磊 +1 位作者 许泓霖 雷胜友 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2019年第4期104-108,117,共6页

桩-土界面剪切性状制约着桩基受力特性,对研究桩-土相互作用机理具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行海洋黏土与钢板、混凝土板的界面剪切试验,研究不同含水率、不同固结时间的海洋黏土与钢、混凝土界面的剪切应力-剪切位移关系。结... 桩-土界面剪切性状制约着桩基受力特性,对研究桩-土相互作用机理具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行海洋黏土与钢板、混凝土板的界面剪切试验,研究不同含水率、不同固结时间的海洋黏土与钢、混凝土界面的剪切应力-剪切位移关系。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系表现出较好的弹塑性关系,可用双曲线模型表示;随着法向应力增大、含水率减小和固结时间增长,界面峰值剪切应力增大,所需峰值剪切位移增加,峰值剪应力的增加集中在固结开始后的14 d内;界面摩擦角和界面黏聚力随含水率增加而减小,界面摩擦角受固结时间影响不大,集中在20°～23°范围内,界面黏聚力随固结时间增加而增大,且集中在固结开始后的14 d内。研究成果可为海洋桩基工程沉桩阶段阻力估算及数值模拟提供参考。 展开更多

关键词 海洋黏土 界面剪切性状 含水率 固结时间 改进直剪试验

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层状管道结构损伤识别的数值模拟和试验验证 被引量：1

11

作者 李赢 阎石 杨青潮 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期996-1003,共8页

目的根据超声导波在无损和损伤层状管道结构传播特性和损伤指数,建立一种层状管道结构损伤识别算法,并提出损伤指数与破坏等级的关系,实现层状管道结构损伤识别.方法利用有限元方法建立不同损伤程度层状管道结构模型,分析超声导波传播... 目的根据超声导波在无损和损伤层状管道结构传播特性和损伤指数,建立一种层状管道结构损伤识别算法,并提出损伤指数与破坏等级的关系,实现层状管道结构损伤识别.方法利用有限元方法建立不同损伤程度层状管道结构模型,分析超声导波传播特性差异,计算损伤指数,并进行试验验证.结果根据结构损伤指数与损伤程度的关系,将层状管道结构分为5个破坏等级,明确提出结构从完好到破坏的程度,当损伤指数大于0.3时,建议更换层状管道结构.结论结构的损伤指数与损伤程度密切相关,所提出的损伤识别算法是有效的,所建议更换层状管道结构的损伤指数范围具有可行性,有利于工程应用. 展开更多

关键词 层状管道结构 超声导波 有限元模型 损伤识别算法 试验验证

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粒径与纹理深度对钢-砂界面剪切性状的影响研究 被引量：1

12

作者 马永明 郭聚坤 +3 位作者 左珅 王瑞 李晋 崔倩 《水利水电技术（中英文）》 北大核心 2022年第9期186-196,共11页

颗粒粒径和结构物表面粗糙度是影响结构物-砂土界面力学特性的重要因素,利用自行改进的直剪仪,开展了不同纹理深度与粒组影响下的钢-砂界面单调直剪试验,分析了界面剪切应力与剪切位移的关系、界面峰值剪切应力变化机理及界面抗剪强度... 颗粒粒径和结构物表面粗糙度是影响结构物-砂土界面力学特性的重要因素,利用自行改进的直剪仪,开展了不同纹理深度与粒组影响下的钢-砂界面单调直剪试验,分析了界面剪切应力与剪切位移的关系、界面峰值剪切应力变化机理及界面抗剪强度指标变化规律。结果表明:粒组0.075~0.25 mm和0.25~0.5 mm的界面峰值剪切应力随纹理深度的增大呈现先增加后减小的变化规律,粒组0.5~2 mm的界面峰值剪切应力随纹理深度的增大而增加;利用多元非线性模型预测了不同试验条件下的界面抗剪强度,不同纹理深度下抗剪强度的不同与纹理内参与界面剪切的颗粒数量、纹理能否与颗粒形成嵌锁作用有关,因纹理深度与粒径的不同,分布于纹理内的颗粒分为参与界面剪切的主要颗粒、次要颗粒和未受剪切影响的颗粒;不同粒组的界面摩擦角随纹理深度的变化规律与界面峰值剪切应力保持一致。 展开更多

关键词 钢-砂 界面 粒径 纹理深度 峰值剪切应力

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大型多功能结构物-土界面循环直剪仪的研制与应用

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作者 郭聚坤 王瑞 +3 位作者 寇海磊 魏道凯 卞贵建 雷胜友 《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》 北大核心 2021年第5期673-681,共9页

借助剪切设备开展室内试验是研究结构物-土体相互作用的重要途径之一,因此,剪切设备的改进或研制具有重要意义.本文研制了一种大型多功能结构物-土界面循环直剪仪,该设备可以实现在法线方向施加常应力和常刚度两种加载方式,通过伺服电... 借助剪切设备开展室内试验是研究结构物-土体相互作用的重要途径之一,因此,剪切设备的改进或研制具有重要意义.本文研制了一种大型多功能结构物-土界面循环直剪仪,该设备可以实现在法线方向施加常应力和常刚度两种加载方式,通过伺服电机控制等应变、等应力方式施加剪切力,剪切盒上设有玻璃观察窗,可配合外置图像采集系统观察土体颗粒的运动轨迹,上下剪切盒的联接采用保证间隙的滚动方式结构,限制了上剪切盒在试验过程中的上翘,辅助导轨的设计方便了结构物更换和土样装卸,试验数据通过计算机控制系统实现自动采集和实时显示.利用该设备进行了钙质砂与粗糙钢板的界面循环剪切试验,试验结果表明:该设备能够较好地分析钢-钙质砂界面剪切特性,为后期结构物-颗粒土相互作用研究提供了有力的试验支撑. 展开更多

关键词 设备研制 界面剪切 常刚度 常应力 剪切特性 循环直剪

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