基于离心模型试验的软基路堤基底压力和垫层筋带拉力分析
BFRP筋的力学性能试验
BFRP筋的力学性能试验霍宝荣1，2 ，张向东1( 1. 辽宁工程技术大学土木工程与交通学院，辽宁阜新123000; 2. 沈阳大学建筑工程学院，辽宁沈阳110044)摘要:目的研究BFRP 筋基本力学性能，找出力学性能的变化规律，为编制FRP 材料力学性能试验规范提供依据．方法研制压制式套筒锚具，根据国家标准《GFR P筋拉伸性能实验方法》进行BFRP 筋拉伸试验．结果BFRP 筋拉力－变形关系破坏前呈直线，参考钢筋钢丝或钢绞线，可以近似取BFRP 筋的可靠强度为其极限抗拉强度的80%．BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与玄武岩纤维的含量有关，玄武岩纤维含量越高，BFRP 筋的抗拉弹性模量越大;BFRP 筋直径越大，玄武岩纤维含量越高，故抗拉弹性模量随直径增大而增大．结论与钢筋相比，BFRP 筋在抗拉强度、耐腐蚀等方面具有明显的优势，把BFRP 筋作为混凝土结构抗拉增强材料是可行的．关键词:BFRP; 拉力－变形曲线; 抗拉强度; 抗拉弹性模量中图分类号:TU 746. 3 文献标志码:AExp e ri m e n t a l Study of M e c h a n i ca l P r o p e r t i es of t h e BFRPB a r in D i ff e r e n t D i a m e t e r sHUO Baorong1，2，ZHANG X i angd o ng1( 1．Co ll eg e o f C iv il En g i n eer i n g and T raff i c，L i ao n i n g T ec hn i ca l U n i v ers i ty，Fu x i n，C h i n a，123000; 2．Co ll e ge o f A rc h i te ct u ra l a nd En g i n ee r i n g，S henyang U n i v ers i ty，S h e n y a n g，C h i n a，110044)Ab s t r ac t: The purpose of t h i s paper i s to study the b as i c m ec h a n i ca l p ro p ert i es of B FRP bars w i t h the a i m of esta b li s h i n g the test i n g r u l e of m ec h a n i ca l p ro p ert i es of the m ater i a l and f i nd i n g the m ec h a n i ca l p erf o r m a n ce．U s i n g the o pp ress i v e s l eev e anchor d ev e l o p e d by the researc h e rs，te n s il e tests of BFRP bars are carr i e d o u t acco r d i n g to the n at i o n a l standards o f “GFR P bar te n s il e test m et h o d s”． The BFRP b ar' s fo rce-d ef o r m at i o n curve i s li n ear bef o re the f o rce-d ef o r m at i o n re l at i o n s h i p i s d estro y e d，t h eref o re，ref err i n g to stee l w i re or stee l ca b l e，t h e BFRP b ar's re li a b l e stren gth i s sugge sted to be a pp ro x i m ate l y 80% of i ts u l t i m ate te n s il e stre n gt h．T he BFRP b ar' s te n s il e e l ast i c m o du l u s i s m a i n l y re l ate d to the co ntent of b asa l t f i b er．The te n s il e e l ast i c m o du l u s i n creases w i t h the i n crease of the b asa l t f i b er' s co ntent and the co ntent i n crea ses w hen the B FR P b ar's d i a m eter beco me s l o n ge r，so the BFRP b ar' s te n s il e e l ast i c m o du l u s i n creases w i t h the i n crease of i ts d i a m eter． Compared w i t h stee l，t h e BFRP bar i s o b v i o u s l y s up er i o r in the aspects of te n s il e stre n gt h，co rro- s i o n res i sta n ce，etc，t h eref o re to use the BFRP bar in re i n f o rce d co ncrete struc ture s i n stea d of stee l i s f eas i- b l e．K e y w o r d s: BFRP; fo rce-d ef o r m at i o n curve; te n s il e stre n gt h;te n s il e e l ast i c m o du l u sBFRP 筋是由多股玄武岩纤维与树脂基体材料结合，经挤压、拉拔成型，挤压成型工艺从原材收稿日期:2011 －05 －24基金项目:国家自然科学基金项目( 50478033) ; 辽宁省自然科学基金项目( 2051207，20092044)作者简介:霍宝荣( 1976—)，女，博士研究生，主要从事土木工程专业的教学与科研工作．第 27 卷霍宝荣等: BFRP 筋的力学性能试验 627料开始，经过浸润、压模、固化、切割等，最后形成 的一种新型复合材料，整个工艺连续不断地进行， 包括连 续 缠 绕、连 续 拉 挤、热塑性增强挤出成 型［1 － 3］． BFRP 筋材中纤维是受力主体，纤维含量 越多，抗拉强度越大，但随纤维含量的增加，延性 将变差; 树脂基体主要起粘结作用，把纤维粘结在 一起，起保护纤维和稳定尺寸的作用． BFRP 筋与 钢筋相比，具有耐腐蚀、强度高、质量轻、抗疲劳、 绝缘等优点，可以替代或部分替代钢筋用于混凝 土结构中，从根本上解决钢筋锈蚀问题，逐步受到 土木工程界的关注［4 － 5］． 目前国内对 BFRP 筋基本力学性能的试验方 法尚无统一的规范，有关研究采用的试验方法也 不尽相同［6 － 8］，笔者与辽宁工程技术大学机械学 院金工实训基地合作研制了 BFRP 筋压制式钢套筒锚具，根据国家标准《GFR P 筋拉伸性能实验方 法》进行 BFRP 筋拉伸试验，研究 BFRP 筋的基本 力学性能，获得了 B FRP 筋应力 － 应变关系破坏前呈直线，BFRP 筋的可靠强度近似为其极限抗 拉强度的 80% ; BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与 玄武岩纤维的含量有关等重要结论，为 BFRP 筋 的推广应用提供参考．很容易被压坏，而此时 BFRP 筋还未达到极限抗拉强度，因 此 无 法 测 定 BFRP 筋实际抗拉强度 值［9 － 11］． 为此，试验小组与辽宁工程技术大学机 械工程学院的金工实训基地合作，研究制作压制 式套筒锚具，试验时，将其套在 BFRP 筋试件的端 部，不涂抹任何粘结剂，然后压制机缓慢、均匀地 压金属筒外周，使其径向收缩压紧纤维筋，这样金 属套筒对 B FRP 筋可以做到均匀施压，并且大小 自行控制［12］． 防止由于横向剪切强度低，B FRP 筋 试件在达到极限抗拉强度之前，端部提前剪坏，中 止试验．拉伸试验在辽宁工程技术大学建材实验室内 电液伺服万能试验机( 见图 1 ) 上进行． 采用压制 式钢套筒锚具标准试件进行拉伸试验． BFRP 筋的力学性能试验1 1. 1 试验材料试件所用 BFRP 筋委托上海俄金玄武岩纤维有限公 司 加 工 生 产． BFRP 筋 直 径 有 9、11、16、 19 mm ，B FRP 筋体中纤维含有率约为 45% ，但是 纤维含有率随着直径的增加逐渐降低，筋体表面 光滑，没有进行粘砂及异形处理． 图 1 电液伺服万能试验机F i g. 1 E l ec tr i c -f l u i d servo co m p ress i o n m ac h i n es试件选用直径为 9、11、16、19 mm 的 B FR P 筋各 2 根，加载速度为 2 mm / m i n ，测量其荷载及 伸长量，求得各试件极限抗拉强度和弹性模量． 注 意端部发生破坏的试件应作废，本次试验过程中， 未发生试件端部破坏的情况，证明研制的压制式 金属套筒在试验过程中发挥了作用．试验标准B FR P 筋拉伸试验采用我国国家标准中的 《拉挤玻璃纤维增强塑料杆拉伸性能实验方法 ( GB T13096 11 ～ 91 ) 》进行力学性能试验研究， 主要内容是 GB 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则; 试验设备按 GB 1446 中5. 1 条规定; 试验 环境条件按 GB 1446 第 3 章规定，温度为 23 ± 2 ℃ ; 相对湿度为 50 ± 5% ． 试样的形状及尺寸为 拉伸试件中的直杆试件． 1. 3 试验方法BFRP 筋呈各向异性，横向抗剪强度低，抗拉 强度高，进行 BFRP 筋拉伸试验时，如果直接把 BFRP 筋安放在试验机上，荷载施加过程中，端部1. 2 试验结果与分析2 2. 1 BFRP 筋典型试验现象BFRP 筋拉伸破坏时，首先在 BFRP 筋表面出 现胶合剂剥落，随后纤维拉毛，纤维间纵向滑移之 后破坏，即 B FRP 筋的树脂拉裂，纤维部分拉断．B FRP 筋破坏过程中，荷载一直稳定地增大; 继续 加载，出现纤维与树脂剥离的响声; 加载后期，纤维剥离的响声不断增大，BFRP 筋表面出现白斑628沈阳建筑大学学报 ( 自 然 科 学 版 ) 第27 卷 状裂纹． 随荷载进一步增加，响声不断增大，变得频繁，伴随一声巨响纤维突然断裂，BFRP 筋中部 成爆炸状被拉断． BFRP 筋是完全弹性破坏，断裂 前基本没有预兆． 建议做纤维筋拉伸试验时，试验 人员采用护网保护．线峰值过后，达到其极限抗拉强度之前，出现近似于垂直的跌落，这与钢筋存在屈服阶段明显不同， 因此属于脆性材料．由前人试验和本次试验结果分析可知，B FR P 筋抗拉强度变化规律基本符合正态分布曲线规 律，按照 95% 抗拉强度保证率，试验确定 B FR P 筋极限抗拉强度值为拉力 － 变形曲线关系根据受拉试件破坏全过程实测结果，计算机 自动绘出各试件拉力 － 变形曲线如图 2．从图2 曲线可知，在B FRP 筋拉力 － 变形曲2. 2 ( 1)f fu ，k = f fu ，a － 1. 65σ．式中: f f u ，k 为 BFRP 筋的理想强度; f f u ，a 为 B FRP 筋 极限拉伸强度实测值的平均值; σ 为 BFRP 筋试 验值的平均值的标准方差．鉴于 BFRP 筋的应力 － 应变曲线为直线，不 存在屈服阶段，考虑保证 BFRP 筋有足够的强度 储备，参照高强钢丝名义屈服强度的定义以及国 外资料，BFRP 筋的名义屈服强度一般取其极限 抗拉强度的 70% ～ 85%［13 － 16］． 参照 BFRP 筋试验 研究，BFRP 筋名义屈服强度为其极限抗拉强度 的80% ． B FRP 筋的可靠强度 f k 为 ( 2)f k = 0. 8f f u ，k ．抗拉强度2. 3 不同直径 B FRP 筋的试验结果如表 1 所示．抗拉强度由液压伺服试验机测得荷载除以名义横 截面积( 由名义直径计算的面积) ，平均应变值近似为0. 1． 图 2 不同直径筋材的拉力 － 变形曲线F i g. 2F o rce -d efo r m at i o n curves w i t h d i ff ere n t d i a m eterso f th e re i n f o rce m e n t 表 1 BFRP 筋的力学性能T a b l e 1 M e c h a n i ca l p ro p e rt i e s o f the BFRP b ars极限抗拉 强度 / M Pa 弹性模量 试验值 / M Pa 极限抗拉强 度均值/ M P a 弹性模量 均值 / M Pa 极限抗拉强度 参考值 / M Pa 弹性模量 参考值 / M Pa 直径 / m m204． 5208． 7209． 4 207． 8210． 1 1 9861 990 1 9991 9932 014 9206． 61 988211． 61 99011208． 61 996216． 31 99516210． 2 2 016 217． 2 2 020210． 32 018 211． 62 02419212． 32 036 220．3 2 050213． 02 048由试验结果可知，BFRP 筋的抗拉强度均大 于 200 M Pa ，鉴于 BFRP 筋的拉力 － 变形曲线，不 存在屈服台阶，为方便计算，可认为规定达到极限 强度前的强度为屈服强度．试验结果与厂家提出的参考值相比较极限抗 拉强度值较低，即得到的试验值接近真实值，又比真实值小，但不明显，说明试件端部保护起到一定作用，BFRP 筋的强度基本发挥出来，但是目前不 同厂家、不同纤维含量 BFRP 筋基本力学性能指 标尚不统一，为加大 B FRP 筋的推广应用，建议国 家有关部门尽快制定统一的生产标准、产品标准 及试验标准． 因此，进行 BFRP 筋混凝土梁设计第 27 卷霍宝荣等: BFRP 筋的力学性能试验 629时，应通过现场取样试验确定 BFRP 筋各项指标． BFRP 筋 单 位 体 积 的 纤维含量分别为 B FR P 不同直径 BFRP 筋的抗拉弹性模量引伸计应变检测操作简单，对筋材没有特殊要求，但是精度不高． BFRP 筋成型过程中，B FR P 纤维的含量随直径不同而变化，4 种不同直径 D ( 9，11，16 和 19 mm ) 的 BFRP 筋的抗拉弹性模量的试验结果见图 3．74% ，76% ，80% ，82% ，从而导致 BFRP 筋的抗拉弹性模量随直径增大而增大．( 2) BFRP 筋是一种复合材料，其力学性能受 工艺、环境等因素的影响，在材料表面和内部不可 避免地存在许多缺陷，而筋材的力学性能往往取决于这些随机分布的最薄弱环节［17］． 2. 5 高模量 BFRP 筋的研制以 HRB235 为例，其抗拉强度 f s = 235 MP a ， 抗拉弹性模量 E s = 2. 10 GPa ，BFRP 筋的抗拉强 度相当，而抗拉弹性模量比钢筋小 10% ．较低的弹性模量使刚性不足，提高 BFRP 筋的抗拉弹性 模量，可以增强结构的安全感和可靠性，控制结构 裂缝，防止裂缝过大影响功能和美观． 根据混杂原 理［18］，建 议 将 钢 丝 和 BFRP 纤 维 进 行 混 杂，在 BFRP 筋生产中掺入一定体积分数的钢丝，以提 高其抗拉弹性模量，同时改善 BFRP 筋的延性． 混 杂筋有一定的延性，纤维断裂后钢丝还能继续承 担一部分荷载． 此外，钢丝的价格远低于 BFRP 纤 维，掺入钢丝还有利于降低生产成本，有利于推广 应用．2. 4 图 3 不同直径的 BFRP 筋的抗拉弹性模量F i g. 3 T e n s il e e l a st i c m o du l u s o f the BFRP bars w i t hd i ff ere n t d i a m ete rs由图 3 可知，BFRP 筋的抗拉弹性模量随直 径增大而减小． 造成这种现象的原因是:( 1) BFRP 筋主要由高强度、高弹性模量的连 续玄武岩纤维和热固性树脂组成． 受力时，高弹 性、高模量的增强纤维承受大部分荷载，而基体主 要作为媒介传递和分散荷载．BFRP 筋的弹性模量与各组分材料性能关系 如下:结 论3 ( 1) BFRP 筋为脆性破坏，拉力 － 变形关系破坏前呈直线，仿照没有屈服平台的钢筋钢丝或钢 绞线，可以近似取 BFRP 筋的可靠强度为其极限 抗拉强度的 80% ．( 2) BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与玄武岩 纤维的含量有关，玄武岩纤维含量越高，BFRP 筋 的抗拉弹性模量越大; BFRP 筋直径越大，玄武岩 纤维含量越大，故抗拉弹性模量随直径增大而增 大．( 3) 与钢筋相比，BFRP 筋在抗拉强度、耐腐 蚀等方面具有明显的优势，把 BFRP 筋作为混凝 土结构抗拉增强材料是可行的．E B = k 1［E f V f + E m ( 1 － V f ) ］．( 3)式中: E B 为 BFRP 筋弹性模量; E f 、E m 分别为玄武 岩纤维和基体( 环氧树脂) 抗拉弹性模量; V f 为玄 武岩纤维体积分数; k 1 为常数，主要与界面强度 有关，纤维与基体界面的结合强度，还与纤维的排 列、分布方式和断裂形式有关．单根 BFRP 纤维的抗拉弹性模量最高可达 110 G Pa ，远大于热固性树脂的抗拉弹性模量，因 此，BFRP 筋的抗拉弹性模量主要取决于 BFRP 纤 维的含量． BFRP 纤维含量越高，BFRP 筋的抗拉 弹性模量越大，但过高的纤维含量造成树脂含量 过低，拉 挤 困 难，难 以 固 化 成 型． 上 述 直 径 为 ( 4 ) 根 据 筋抗拉弹性模量为 B FR P 2 000 M Pa 左右，弹性模量较低，建议研制高抗拉弹性模量 BFRP 筋，以减少 BFRP 筋增强混凝土 梁的挠度和推迟这类梁裂缝的产生． 参考文献:［1］郝庆多，王言磊，欧进萍． 玻璃纤维增强复合材料筋肋参数优化试验研究［J ］． 复合材料学报，2008， 9 mm ，11 mm ，16 mm和 19 mm 的 4 种 规 格630 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) 第27 卷25( 1) : 119 －126．( Hao Q i n g du o，Wang Y a n l e i，O u J i np i n g．E x p er i-m e n ta l study o n o p t i m i zat i o n o f r i b geo m etr i e s fo rg l ass f i b er re i n fo rce d co m p o s i te re b ars［J］．A c ta M a-ter i a e Co m p o s i tae S i n i ca，2008，25( 1) : 119 －126． ) 叶列平，冯鹏． FRP 在工程结构中的应用与发展［J］．土木工程学报，2006，39( 3) : 24 －36．( Ye L i e p i n g，Feng Pe n g．A pp li cat i o n s and d ev e l o p- m en t o f f i b e r-re i n fo rce d p o l y m er in e n g i n ee r i n g struc tu res ［J］．C h i n a C iv il En g i n eer i n g J o u r n a l，2006，39( 3) : 24 －36． )Huo B ao ro n g，Zhang X i a n g d o n g．Co n so li d at i o n test o f RC co l um n s bo und w i t h tw o k i nd s o f f i b er B FR P，C FR P［R］//2010 I n te r n at i o n a l C o nference o n C i v ilEn g i n ee r i n g in C h i n a-C u rre n t Pract i ce a nd Research R e p o rt．B e jii n g:A u ss i n o A ca d e m i c P ub li s h i n g Ho use，2010: 836 －840．胡显奇．我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议［J］．高科技纤维与应用，2008，33( 6) : 12－19．( Hu X i a nq i．The o v erv i e w o f the p resent d ev e l o p- m en t o f b asa l t f i b e r in c h i n a［J］．H i-T ec h F i b er＆A pp li cat i o n，2008，33( 6) : 12 －19． )霍宝荣，张向东，郝哲，等． BFRP 布加固双曲拱桥的非线性有限元分析［J］．沈阳建筑大学学报: 自然科学版，2010，26( 5) : 887 －891．( Huo B ao ro n g，Zhang X i a n g d o n g，Hao Zhe，e t a l．N o n li n ear FEM a n a l y s i s o f tw o-w ay curved arch b r i d g e re i n f o rce d by B FR P［J］．J o u r n a l o f S henyang J i a n z hu U n i v ers i ty:N at u ra l S c i e n ce，2010，26 ( 5 ):887 －891． )霍宝荣，杨波，张向东，等．新型BFRP 加筋混凝土梁抗弯性能有限元分析［J］．沈阳建筑大学学报: 自然科学版，2011，27( 2) : 286 －291．( Huo B ao ro n g，Yang B o，Zhang X i a n g d o n g，e t a l．FEM a n a l y s i s o f n ew -ty p e BFRP re i n fo rce d co n c rete b ea m s'm ec h a n i ca l p ro p ert i es［J］．J o u r n a l o f S heny- ang J i a n z hu U n i v ers i ty:N at u ra l S c i e n c e，2011，27 ( 2) : 286 －291． )吴刚，罗云标，吴智深，等．钢－连续纤维复合筋( S FCB) 单向拉伸力学性能试验研究［J］．工程抗震与加固改造，2009，31( 1) : 1 －7．( Wu G a n g，L uo Y unb i ao，W u Z h i s h e n，et a l． E x p e r i-m e n ta l study o n m ec h a n i cs p ro p ert i es o f stee l f i b er co m p o s i te bar( S FCB) under un i ax i a l l o a d［J］．E a rt h-quake R es i sta n t En g i n ee r i n g and R etro f i tt i n g，2009，31( 1) : 1 －7． )c h aracte r i zat i o n o f g l ass F RP b a rs［J］．Co m p o s i tes:Part B，2005( 36) : 127 －134．Bank L C，Auro ra D． A n a l y s i s o f RC beams stro n gt h i nn e d w i t h m ec h a n i ca ll y fa stene d FR P ( M F-FR P)str i p s［J］．Co m p o s i te S tr u ct u re，2007，79 ( 2 ) : 180 －191．M ayday T E，S o uks K．S tre n gt h e n i n g o f re i n fo rce dco ncre te s l a b s w i t h m ec h a n i ca ll y-ancho red unb o und-ed FRP sy ste m［J］．Co n str u ct i o n and B u il d i n g M ate-r i a l，2008，22( 4) : 444 －455．Po r np o n gsa ro j P，P i ra nh as A．Eff e ct o f end w ra pp i n go n p ee li n g b e h av i o r o f FR P-stre n gt h e n e d b eams［C］∥P ro cee d i n g s o f FR P R CS-6． D etro i t: A m er i ca nCo ncre te I n st i t u te，2003:277 －286．Teng J G，L am L，C han W ，e t a l． R etro f i tt i n g o f d ef i-c i e n t RC ca n t il ev e r s l a b s u s i n g GFRP str i p s［J］．J o u r n a l o f Co m p o s i te fo r Co n str u ct i o n，2000，4 ( 2 ):75 －84．Grace N F．I m p ro v e d a n c h o r i n g sy stem fo r C FR Pstr i p s［J］．Co nc re te I n te r n at i o n a l，2001，23 ( 10 ) :55 －60．A n to n i a d i s K K，S a l o n i k a' s T N，K a p o s i A J．Cy-c li ctestso n se i s m i ca ll y damaged re i n fo rce d co n c retew a ll s stren g the ned u s i n g f i b e r-re i n fo rce d p o l y m er re-i n fo rce m e n t［J］．A C I S truc tu re J o u r n a l，2003，100( 4) : 510 －518．Wu Y F，Huang Y． H y b r i d b o nd i n g to re i n fo rce dco ncre te str u ct u re［J］．J o u r n a l o f Co m p o s i te fo r Co n-str u ct i o n，2008，12( 3) : 266 －273．A l a hh a b I M ，C ho Y T，N ew S o n T P．Co m p ar i so n o fthe m etho d s fo r d i scr i m i n at i n g tem p era tu re and stra i nin spo n taneo u s b r illi o n based d i str i bu te d se n so rs［J］．O p t i cs L etters，2004，29( 1) : 26－28．刘汉东，于新政，李国维． GFRP 锚杆拉伸力学性能试验研究［J］．岩石力学与工程学报，2005，24( 20) : 3719 －3723．( Liu H a nd o n g，Yu X i n z h e n g，Li G u o w e i． E x p e r i-m e n ta l stu dy o n te n s il e m ec h a n i ca l p ro p ert i e s o fg l a ss f i b e r re i n fo rce d p l a st i c re b ar［J］．C h i n ese J o u r-n a l o f Ro ck M e c h a n i c s an d En g i n ee r i n g，2005，24( 20) : 3719 －3723． )崔益华，N o r u z i aa n B，L ee S，等．混杂型高模量高韧性复合材料加强筋［J］．复合材料学报，2006，23 ( 2):93 －98．( C u i Y i hu a，N o r u z i aa n B，L ee S，e t a l．Hig h m o du l u sa nd du ct il e h yb r i d co m p o s i te re b a r［J］．Ac ta M ater i- aeCo m p o s i tae S i n i ca，2006，23( 2) : 93 －98． )［9］［2］［10］［11］［3］［12］［4］［13］［14］［5］［15］［16］［6］［17］［7］［18］［8］K o kako s S，S amaranayake V A，Nanny A．T e n s il e。
二级建造师《公路工程管理与实务》真题模拟考试卷带答案解析
二级建造师《公路工程管理与实务》真题模拟考试卷带答案解析姓名:_____________ 年级:____________ 学号:______________正确答案：1、关于击实试验法测定最佳含水量的说法，错误的是（）。
A.用干法或湿法制备一组不同含水量的试样B.制备好的土样应一次性倒入击实筒C.计算各试样干密度，以干密度为纵坐标、含水量为横坐标绘制曲线D.当试样中有大于规定的颗粒，应先取出大颗粒，其百分率合格后，再对剩余试样进行击实试验参考解析：：【内容考查】此知识考查击实试验法。
【选项分析】击实试验法：1.用干法或湿法制备一组不同含水量（相差约2%）的试样（不少于五个）。
2.取制备好的土样按所选击实方法分3次或5次倒入击实筒，每层按规定的击实次数进行击实，要求击完后余土高度不超过试筒顶面5mm。
3．计算各试样干密度，以干密度为纵坐标，含水量为横坐标绘制曲线，曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水量。
4．当试样中有大于25mm（小筒）或大于38mm（大筒）颗粒时，应先取出大于25mm或大于38mm颗粒，求得其百分率（要求不得大于30%），对剩余试样进行击实试验,再利用修正公式对最大干密度和最佳含水量进行修正。
正确答案：B2、土基施工最佳含水量是指（）。
A.土基最大干密度所对应的标准含水量B.土基达到最大干密度所对应的含水量C.土基最小干密度所对应的标准含水量D.土基最小干密度所对应的含水量参考解析：：【内容考查】本题考查的是最佳含水量测定。
【选项分析】最佳含水量是土基施工的一个重要控制数，是土基达到最大干密度所对应的含水量。
正确答案：B3、土基最佳含水量是土基达到（）所对应的含水量。
A.100%压实度B.最大湿密度C.最大干密度D.液限参考解析：：【内容考查】此题考查最佳含水量的定义。
【选项分析】最佳含水量是土基施工的一个重要控制参数，是土基达到最大干密度所对应的含水量。
正确答案：C4、土基达到最大干密度时所对应的含水量称为（ )。
软土地基的加筋
——下文均摘自文献
天然地基的沉降计算
对于马迹山港矿场高堆载工程来说,由于场区内存在深厚、高压缩 性、高含水量的软土地层,因此地基沉降分析是至关重要的.为了对结果 进行比较分析,文献分别采用分层总和法和陆培炎教授提出的变形沉降 公式进行沉降计算. 下面是计算结果：
序号 1
区域 一期工程
荷载范围/m2 640.0×200.5
1.0
1.2
1.4
相对长度 l/B
相对深度 d/B
图9 承载力随筋材长度而增加
图10 承载力随加筋深度变化
加筋层的深度对承载能力有很重要的影响。加筋层的最有效 深度也可用数值分析得出。试验表明，对砾石土（φ=30°，
φ=30° 和 fb=0.6， q=0）和黏性土（ φ=0°， φ=10° 和
fb=fc=0.6， q/c=1 ），最优深度主要取决于土的内摩擦角。q 为 上覆荷载，fb 和 fc 为与内摩擦角φ 和黏聚力 c 有关的系数。
软土加筋垫层的加固作用主要来自三方面：
①增强砂垫层的整体性和刚度，以减小沉降； ②扩散应力，使地基的附加应力降低，且分布均匀化， 调整不均匀沉降； ③约束软黏土的侧向变形。
根据对加筋地基的试验 研究，相关试验装置见图3 和使用经验，下述的一些规
z1
b pu
律是可以参考的。
若令承载比BCR=pu/po， po为无加筋时的极限荷载，
标准层中心沉降/m 0.5825
按最后软土层计算中心 沉降/m 0.7370
2
3
一二期工程
一二及远期工程
640.0×297.5
640.0×393.5
0.9335
1.2771
1.1967
1.7624
循环交通荷载下软土路基长期沉降理论解_吕玺琳
（2）
d y
2 pdxdy 1 2 z a 3 y z a 8π 1 R13 R15
1 2 3 z a 4 z a
3 R2
30ay 2 z z a
7 R2
3 3 4 y 2 z a 6a z a 1 2 z 2 a
5 R2
4 1 1 2 y2 y 2 1 2 R2 R2 z a R R z a R 2 2 2
436
岩
土
力
学
2016 年
强度参数的影响对其进行改进。姚兆明等[5]和钱建 固等 考虑交通荷载下路基土中的主应力旋转效 应，通过开展空心圆柱扭剪试验，研究了交通荷载 心形循环加载下软黏土循环累积塑性应变和累积孔 压发展规律。边学成等[7]基于 Li-Selig 的指数模型， 通过 2.5 维有限单元法计算地基动应力，研究了路 基沉降。马霄等[8]基于经验显式模型，采用等效有 限元法对软 土 路 基 长 期 沉 降 进 行 了 数 值 模 拟 分 析。姚兆明等 [9]基于饱和软黏土循环动三轴试验结 果，结合有限元计算路基动应力分布，建立了交通 荷载下长期沉降计算方法。然而，基于循环动三轴 试验确定的软黏土循环累积变形和循环累积孔压， 不能合理地反映真实交通荷载下路基土主应力轴循 环旋转效应，导致计算沉降偏小。另一方面，基于 有限元模拟计算动应力的方法较复杂，不便于工程 应用。 本文在上述研究基础上，对循环交通荷载下软 土路基长期沉降进行了研究。通过弹性力学基本解， 获得了拟静力条件下的路基动应力分布，采用黄茂 松等[10]有关累积应变和孔压的经验显式模型，基于 主应力循环旋转的空心圆柱扭剪试验结果[11]，拟合 得出软黏土累积塑性应变模型和累积孔压参数，建 立了基于分层总和法的软土路基长期沉降计算模 型，通过工程案例分析，并与实测数据和以往分析 结果[12]对比，验证了本文模型的合理性。
基于科研资源的土木工程材料实验教学拓展探索
基于科研资源的土木工程材料实验教学拓展探索
王圣程;禄利刚;张朕;高嵩
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2018(035)004
【摘要】针对土木工程材料实验教学与工程脱节的问题,结合自身机场混凝土道面的科研资源,提炼出不同强度混凝土单轴压缩实验.引入混凝土破坏的能量计算方法,分析混凝土破坏的能量演化机制,并判断其突然劣化危险性等级.这种"科研—实验—拓展—辩证—工程"五位一体实验教学方案,使学生对土木工程材料知识产生更深层次的理解和认识,提高学生辩证分析工程问题的能力.
【总页数】4页(P199-202)
【作者】王圣程;禄利刚;张朕;高嵩
【作者单位】徐州工程学院土木工程学院,江苏徐州 221018;徐州工程学院土木工程学院,江苏徐州 221018;徐州工程学院土木工程学院,江苏徐州 221018;徐州工程学院土木工程学院,江苏徐州 221018
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
【相关文献】
1.基于CDIO理念的土木工程材料实验教学模式探索 [J], 周艳华;谢政;王小玲;陈镇旺
2.基于科研能力培养的土木工程材料实验教学模式探索与实践 [J], 袁晓露;彭艳周;
刘冬梅;朱乔森
3.土木工程材料实验教学改革与实践探索 [J], 曹甫臣
4.土木工程材料研究性实验教学的探索与实践 [J], 段海娟;陈兵
5.土木工程材料课程实验教学改革探索 [J], 罗丽
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土工合成材料加筋技术
3．土工织物加筋层应位于垫层的中底部，且不宜直接置于下 卧层的顶面。大板基础的基底应力分布为中间大边缘小，故 在基础边缘部位至筋带弯折部位土工织物网格应加密，并在 弯折处用砂卵石袋压紧。
二、加筋土地基
对于公路、铁路、河海堤防等构筑物下的软土地基，采用 土工合成材料加筋处理，对提高软基上堤坝填土的极限高度、 增加地基稳定性、减少地基不均匀沉降量有显著的效果。
3、土工网
由连续的聚合物肋条以一定角度的连续网孔平行挤 出而成。较大的孔径使其形成了像网一样的结构，同 时能承受一定的法向压力孔径不显著减小。
主要功能主要应用于排水领域。在土中需和外包无 纺土工织物反滤层构成土工复合材料。
三维土工网
土工网
土工网作用： 草皮长成前，可保持土地表面免遭 风雨的侵蚀。 与植物形成的复合保 护层可经受高水位、大流速的水流 冲刷。 可替代混凝土、沥青、块石 等坡面材料，主要用于公路、铁路、 河道、堤坝、山坡等坡面保护。 效益： 可大幅降低工程造价，造价为混凝 土护坡和干砌石护坡的1/7，浆砌 块石护坡的1/8。 采用高分子材料以及抗紫外线稳定 剂，其化学稳定性高，对环境无污 染（降解型的网垫二年后在土中不 留痕迹） 施工简便，将地表平整后，即可施 工。
1f
1f'
v v
3f
3f 3f
h/2
(a)
1f
(b) 1f'
3f
B
A
c
3f
1f
1f'
(c)
在三轴试验中，用土工织物加筋与未加筋土体的应力应变 关系如下图所示。当应变较小时，加筋对土的应力应变关系基 本上无影响。当应变达到某一界限时，加筋对土的应力应变关 系的影响逐渐显著，强度随土的应变增大而增大。加筋对土的 抗剪强度提高在产生较大的应变后才得以发挥。
基于ABAQUS的软土地基上路面结构沉降计算
吟 通讯作者院李子奇袁吉林大学交通学院袁硕士研究生袁邮箱院lzq16@遥
110
甘肃科技
第 35 卷
20m袁按 1:1.5 放坡袁采用 Drucker-Prager 弹塑性模 淤泥质黏土采用 Drucker-Prager 弹塑性模型袁粉质
1 工程实例
1援1 区域概况 某道路位于韩江三角洲平原地区袁属于滨海平
原区袁地势开阔尧地形平坦袁相对高差 0~2m袁年平均 气温 21.7益袁年平均降雨量 2474.73mm袁年平均风 速 1.9m/s袁最大风速 25m/s遥上覆第四系人工填土约 1~3m袁河流相约 2~7m袁海陆交互相成因淤泥及淤 泥质粉质黏土尧淤泥质砂厚度约为 15~32m袁下伏为 第四系上更新统冲积层的黏土尧粉细砂尧中粗砂尧砾 砂尧细圆砾土尧粗圆砾土尧淤泥质黏土尧淤泥质砂袁由
E 为 50MPa袁泊松比 滋 为 0.3遥地基下软土组成较为 面宽度取 50m袁模型总厚度为 46.69m遥
复杂袁简化为两层袁分别为淤泥质黏土和粉质黏土袁
路面结构的填筑顺序和填筑时间渊加载历时曲
表 1 Drucker-Prager 模型参数
材料类型 rd(kN/m3)
c(kPa)
渍(毅)
E(MPa)
第 35 卷 第 1 期 2019 年 1 月
甘肃科技 Gansu Science and Technology
Vol.35 No.1 Jan. 2019
基于 ABAQUS 的软土地基上路面结构沉降计算
贾江坤 1袁米怀军 1袁林 广 1袁栗 程 1袁李子奇 2袁吟
渊1.中铁十六局集团路桥工程有限公司袁北京 101500曰 2.吉林大学交通学院袁吉林 长春 130022冤
基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究
基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究李雨润;史精;梁艳;张浩亮【摘要】桩土动力p -y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用. 通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型. 分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析. 结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大. 自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求.%The p-y curve method of pile-soil dynamic interaction is widely used in geotechnical engineering. A simplified a-nalysis model of soil-single pile-cap interaction is set up by using p-y element through the embedded Pysimple1 material model of the Opensees software. The dynamic response characteristics of pile and pile cap in p-y element of sandy soil and clay soil were researched and the dynamic response of pile body and pile cap under different length of free field were analyzed. The re-sults show that the peak acceleration of pile cap in the p-y element of sand soil is larger than that of the clay element, while the peak displacement is less than the clay element. The pile shearing force, bending moment and acceleration in the p-y element of sand soil are stronger than those of the clay element. The shorter the free field length is, the greater the displacement and ac-celeration of pile caps are. The requirement of calculation accuracy would be satisfied when the free field length reaches 300 m.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2015(046)023【总页数】5页(P82-86)【关键词】Opensees软件;桩-土动力相互作用;简化计算方法;p-y单元;自由场【作者】李雨润;史精;梁艳;张浩亮【作者单位】河北工业大学土木工程学院,天津300401;河北省土木工程技术研究中心,天津300401;河北工业大学土木工程学院,天津300401;河北工业大学城市学院土木工程系,天津300130;铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院,天津300251【正文语种】中文【中图分类】P642目前，国内外在研究桩土动力相互作用问题时主要有原位试验、数值模拟与室内试验3种方法。
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第31卷第9期 岩 土 力 学 V ol.31 No. 9 2010年9月 Rock and Soil Mechanics Sep. 2010收稿日期：2009-08-14基金项目：铁道部科技研究开发计划项目（No. 2007G012）。
第一作者简介：张良，男，1976年生，在职博士生，讲师，主要从事路基工程、地基处理等方面的科研和教学工作。
E-mail: lzhang1314@文章编号：1000－7598 (2010) 09－2772－08基于离心模型试验的软基路堤基底压力和垫层筋带拉力分析张 良，罗 强，陈 虎，张敏静，裴富营（西南交通大学 土木工程学院，成都 610031）摘 要：为掌握垫层结构性能对基底压力和垫层筋带拉力的影响，设计了3种不同垫层结构的软土地基路堤离心模型试验，测试了在路堤荷载作用下的基底压力和垫层筋带拉力等数据。
试验数据及分析表明，（1）随垫层结构性增强，路堤中心处的基底压力逐渐减小，路基面范围的基底压力分布由“中大边小”的凸型曲线逐渐变为“中小边大”的凹型曲线；（2）随垫层结构性的降低垫层筋带拉力减小，路堤土体也由静止稳定状态变为主动极限状态；（3）随路堤荷载增加，地基土体状态由弹性进入弹塑性直至塑性屈服，垫层筋带拉力的分布也逐渐由双峰的马鞍型向单峰的抛物线型转变。
关 键 词：软土地基路堤；离心模型试验；路堤基底压力；加筋垫层筋带拉力 中图分类号：TU 472 文献标识码：AAnalysis of tensile force in reinforced cushion and pressure at bottom of soft soilfoundation embankment based on centrifugal model testsZHANG Liang ，LUO Qiang ，CHEN Hu ，ZHANG Min-jing ，PEI Fu-ying（School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China ）Abstract: Three groups of soft soil foundation embankment centrifugal model tests, separately with different types of cushion were designed to master the effect of reinforced cushion on the pressure at the bottom of embankment and the tensile force in reinforced cushion. Test results show as follows. (1) With the enhancement of reinforced cushion’s structural performance, the pressure at the center of embankment bottom decreases gradually and the distribution of the pressure at the bottom of embankment changes from convex curve which is large in the middle section but small at the two ends to concave curve which is small in the middle section and large at the two ends. (2) With the reduce of reinforced cushion’s structural performance, embankment changes from quiescent stable state to active limit state. (3) With the increase of embankment load, foundation changes from elastic state to elastoplastic state and up to plastic state. the distribution of tensile force in reinforced cushion changes from the shape of saddle with two peak to the shape of parabola with one peak.Key words: soft soil foundation embankment; centrifugal model test; pressure at bottom of embankment; tensile force in reinforced cushion1 引 言加筋垫层是目前应用较广的一种软土地基浅层处理方法，通过约束地基侧向变形来提高其承载 力，通过均化地表应力并改变地基应力场来减小地基沉降[1－3]，其中筋带的作用是至关重要的，它提高了垫层的抗拉强度及抗弯刚度，其极端状态是加筋垫层变为刚性垫层（如钢筋混凝土板）。
以往对于加筋垫层的研究大多注重垫层对于地基承载力的提高及对地基沉降的影响上[4－5]，而加筋垫层对于基底压力分布的影响及本身筋带拉力的分布规律、计算方法则不多，值得进一步研究。
检算路堤荷载作用下的地基承载力及地基沉降时，需准确掌握路堤基底压力的大小及分布。
常规的作法是将路堤高度与填料重度的乘积作为基底压力，但路堤本身是有刚度的，这一作法存在误差。
关于垫层筋带拉力的分布规律，黄广军[2]、苏谦[6]认为，条形荷载作用下的格栅拉力最大值出现第9期张良等：基于离心模型试验的软基路堤基底压力和垫层筋带拉力分析在荷载中心处，往两侧逐渐减小。
罗强[7]认为，路堤荷载作用下的格栅受力也呈中间大两侧小的分布。
曹新文[8]根据现场测试认为，桩网结构中路堤荷载作用下的格栅拉力的分布随填土高度的增加而有所不同，先是中心小两侧大，而后由于中心部分拉力增加速度快于两侧，逐渐形成中心大两侧小的分布形状。
现有研究表明，筋带设计拉力值远大于筋带拉力的发挥值[9]，如何准确计算筋带拉力是急待解决的问题，目前尚无专门的理论计算公式。
文献[10－11]指出，可以用Rankine主动土压力E a来计算桩网结构中筋带在路堤横向滑移作用下产生的拉力。
为研究加筋垫层对于基底压力分布的影响，探讨筋带拉力的分布与计算方法，本文结合某新建时速200 km/h客货共线铁路现场工点的情况，设计了3组不同垫层结构的软土地基路堤离心模型试验(详见试验方案)，测试了路堤基底压力、加筋垫层筋带拉力等数据。
2 试验设计2.1 现场地基土工参数原型工点场地地势平缓，地表垦为水田，表层软土厚0～10 m，软塑～流塑状；松软土厚1～8 m，软塑状；粉质黏土厚1～5 m，下卧强风化泥岩夹砂岩。
软土层的主要物理力学指标为现场取样室内试验测得，见表1，表中所列γ、ω、c、ϕ均为平均值，各参数95%置信区间分别为[18.68 kN/m3，18.94kN/m3]、[33.2%，35.6%]、[13.48 kPa，29.94 kPa]、[5.33°，11.93°]。
表1 软土主要物理力学指标Table 1 Main physico-mechanical parameters of soft soil天然含水率抗剪强度(天然快剪)相对密度G s液限w L /%塑限W P /%塑性指数I P重度γ/(kN/m3)ω/% c/kPaϕ/(°)2.72 45 29 17 18.81 34.4 29.8 6.2路堤断面为梯形，高7.92～8.21 m，路基面宽12.9 m，边坡坡度为1︰1.5，路堤底部0.5 m厚加筋砂砾石垫层夹一层土工格栅，典型断面如图1所示。
2.2 试验方案共进行了3组离心模型试验，模型率N = 80。
计划模拟双线铁路水平软土地基路堤全断面，软土层厚12 m，下卧硬土层，路基面宽12.9 m，边坡坡度为1:1.5，中心高度为8 m，路堤底部设3种不同结构形式的垫层，即0.5 m厚中粗砂垫层夹一层强度为300 kN/m的土工格栅（M1），0.5 m厚中粗砂垫层夹强度为900 kN/m的土工格栅（M2），0.3 m 厚钢筋混凝土板（M3）。
图1 原型工点典型断面Fig.1 Typical cross-section of prototype site试验模型的时间主要模拟主固结，时间比尺为N2 = 6 400[12]。
假定原型分4层填筑，每层厚2 m，每层填筑时间45 d，总填筑时间为180 d。
试验中以一次成型的模型路堤在离心场中的分级加载来模拟原型路堤的分层填筑，每级离心加速度均按荷载等效原则换算得出（所谓荷载等效，是指在每级离心加速度下一次成形路堤的重量应与对应的分层填筑路堤在80g离心加速度下的重量相等），具体加载历程如图2所示，图中数据表示每阶段起止时间。
表2为各级加载的时间与加速度值。
应指出的是，每级离心加速度下的稳速运行模拟的是该级路堤填筑完成后的主固结，该级路堤的施工填筑过程以离心机从低一级加速度至该级加速度的加速过程模拟。
图2 模型加载历程曲线（单位：g）Fig.2 The loading curve of models (unit: g)表2加载时间与加速度Table 2 Loading times and accelerations 时段编号原型时间/d模型时间/min加速度/g备注1 45 87.41 27.23路堤第1级2 45 26.30 49.64路堤第2级3 45 14.34 67.23路堤第3级4 45 10.13 80.00路堤第4级2773岩 土 力 学 2010年2.3 模型设计（1）模型材料模型所用地基土及路堤填料均由现场工点取回。
重型击实试验表明，路堤填料的最佳含水率为10.8%，最大干密度为20.7 kN/m 3。
原型加筋材料为双向（纵、横）抗拉力聚丙烯土工格栅，筋带条宽15 mm ，以间距100 mm 粘焊成正方形网格，纵、横向极限抗拉力均大于或等于50 kN/m ，纵、横向极限延伸率均小于或等于12%。
按强度相似原则 （筋带拉力比尺为80）进行垫层筋带的模拟，选用0.03 mm 厚的紫铜带作为模拟材料，拉伸试验表明其抗拉强度为375 MPa ，延伸率为8%。