固化滨海盐渍土路用性能的室内试验与现场测试

渤海湾西海岸带地区的路堤多为填方型式,且以滨海盐渍土为主要填料。以滨海盐渍土填筑路堤,须解决土的盐胀、溶陷和吸湿软化带来的强度下降和稳定性降低问题,以进行土的改性或固化处理。为降低工程费用,固化材料应以常规的无机材料为主,辅助少量的高分子材料。为研究滨海盐渍土填筑路堤的力学性能,完成了石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土的无侧限抗压强度、劈裂法抗拉强度、三轴抗剪强度和加州承载比等室内试验,同期还进行了固化土的现场碾压试验,检测了碾压固化土的压实度、平整度、回弹弯沉、加州承载比和回弹模量等指标。试验与研究结果显示:(1)石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土均满足填筑路堤的强度和变形指标要求,后者的力学性能优于前者; (2)SH固土剂干燥后的胶膜包裹了土颗粒,且在颗粒间形成了抗水的胶结联结,胶丝在土的孔隙内形成了絮状联结网。胶膜和胶丝网共同作用,提高了固化土的强度、抗变形能力和水稳性; (3)2种固化土的现场碾压试验效果都很好,碾压固化土的现场测试结果与固化土的室内试验结果相一致。石灰+SH固土剂固化土的碾压性能和力学指标均满足"公路路基设计规范"的要求,效果良好,这种固化方法适宜在滨海盐渍土地区推广使用。     

聚丙烯纤维加筋绍兴非饱和黏土的剪切特性研究

为了研究纤维加筋非饱和土的剪切特性，以绍兴地区广泛分布的非饱和黏土为研究对象，聚丙烯纤维为加筋材料，通过一系列非饱和直剪试验，探讨了纤维长度对加筋土剪切变形特性、抗剪强度及其指标的影响规律，并简要分析了聚丙烯纤维的增强机理，最后得出了0.2%掺量下补强效果最佳的纤维长度．研究结果表明：随着净法向应力的增大，土体的剪应力-剪切位移曲线由软化型逐渐向硬化型转化，纤维长度L为12 mm的加筋土样表现出的剪切硬化特性最明显；不同净法向应力下，纤维加筋非饱和土的抗剪强度均高于素土；随着纤维长度的增加，纤维加筋土的黏聚力呈先增加后减小，内摩擦角先增加后趋于平缓；当纤维长度L为12 mm时，聚丙烯纤维对土体抗剪强度指标的补强效果能够最大程度得到发挥．     

CFRP复合材料构件胶接特性及失效规律研究

对不同铺层方式和不同胶层厚度的复合材料胶接单搭结构(SLJs)的连接性能进行了研究。使用内聚力模型模拟了SLJs的胶层退化及失效过程，通过与实验对比验证了数值模型的有效性；基于改进后的三维Hashin失效准则，模拟了复合材料层合板的损伤演化。结果表明：胶层的退化形态及失效规律与胶层粘连的复合材料铺层角度密切相关，当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为0°时，胶层会退化形成椭圆环状；当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为45°或-45°时，胶层会退化形成上下中心对称的水滴状；当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为90°时，胶层会退化成沙漏状。0°铺层与胶层相邻时，结构的极限失效载荷最大，此时复合材料未出现损伤；当90°铺层与胶层相邻，结构的极限失效载荷最小且复合材料出现基体损伤、纤维损伤和分层损伤。胶层厚度在0.05～0.5mm时，复合材料胶接单搭结构的连接性能最好，当胶层厚度大于0.5mm,结构的连接性能会大幅下降。     

粗集料对超高性能水泥基材料动态力学性能的影响

采用大掺量超细工业废渣取代水泥、最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600 m的磨细石英砂，并掺加了最大粒径为10 mm的高弹高强粗集料，制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料。并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的钢纤维增强超高性能水泥基复合材料（ultra-high performance steel fiber reinforced cementitious composites, UHPSFRCC）试件进行了高速冲击压缩实验，研究了应变率和纤维掺量对该材料抗冲击性能的影响规律及粗集料发挥的作用。结果表明，UHPSFRCC的抗冲击能力随纤维掺量的增加而增强；动态强度随应变率的提高相应地增大；动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的改善。还分析了超高性能水泥基复合材料具有高动态性能的机理。     

不同化学溶液下砂岩I型断裂韧度及其强度参数相关性的试验研究

本文通过长期浸泡的方法，以陕西铜川新区龙潭水库典型的库岸边坡的砂岩为研究对象，研究了浸泡在不同化学溶液下砂岩的力学特性及其损伤劣化机制，分析了经不同化学溶液腐蚀后试样的物理力学特性随化学腐蚀时间的劣化规律。研究发现：化学腐蚀后砂岩的物理力学特性均发生不同程度的劣化，其随化学腐蚀时间的劣化规律基本一致；但不同化学溶液下试样物理力学特性的劣化程度有所差异，酸性溶液（pH=3.0）加剧了砂岩的劣化程度，中性化学溶液对其损伤劣化程度也有一定的影响，试验初期，强碱性溶液下砂岩的劣化程度最小，但随着化学腐蚀时间的加长，强碱性溶液下的劣化程度逐渐加剧，大于中性溶液下的，但仍小于酸性溶液。化学腐蚀后砂岩试样均呈现出明显的弱化趋势，其断裂韧度KIC、抗压强度和抗拉强度的劣化程度显著，但各力学特征的劣化程度存在明显的差异，其中抗压强度的劣化程度相对减小，而其KIC的劣化程度较大；同时，化学腐蚀后砂岩的断裂韧度与抗拉强度、抗压强度间的一致性比较明显，存在明显线性关系。可以利用不同化学溶液下砂岩的裂纹扩展半径r来间接说明其力学特征发生损伤劣化的程度。     

高温高压下扩张式封隔器胶筒非线性流动仿真计算

针对井下温度压力环境下扩张式封隔器的工作状态，本文建立了卡距内管柱及封隔器力学模型，采用网格重划分方法来描述胶筒在环空间隙中的非线性流动，并将重划分前后的网格信息进行映射，解决了封隔器有限元方程矩阵奇异问题。对不同压裂泵压、不同井温和不同环空间隙下封隔器胶筒的位移、剪切应力及接触压力进行仿真计算。压裂泵压为30 MPa～80 MPa时，胶筒未发生轴向窜动，橡胶基体的剪切应力及接触压力随着压裂泵压的增加而增大；井温为25℃～175℃时，胶筒基体剪切应力随井温的升高而增大，胶筒与套管间接触压力随井温升高而降低；胶筒与套管环空间隙为2.5 mm～9.5 mm,胶筒剪切应力随间隙增加而增大，胶筒与套管接触压力随间隙增加而降低。通过胶筒网格变形可知，胶筒橡胶在环空间隙中产生非线性流动是引起胶筒剪切应力数值增大、接触压力数值降低的根本原因。综上可得，在压裂作业中，随着压裂泵压的增大、井温的升高和环空间隙的增大，封隔器胶筒更容易发生剪切撕裂破坏，且封隔器的密封效果亦降低。     

玄武岩纤维高延性水泥基复合材料的动态力学性能

利用玄武岩纤维和水泥基材料，通过一定配比融合制成了在静态拉伸试验中呈现多缝开裂、应变硬化、极限拉伸应变0.5%以上的玄武岩纤维高延性水泥基复合材料(basalt fiber engineered cementitious composites, BF-ECCs)。用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置对不同玄武岩纤维掺量的水泥基复合材料进行动态压缩和动态劈裂试验。结果表明:(1)在压、拉两种应力状态下,玄武岩纤维对水泥基复合材料的静态强度、动态强度均有增强，且高应变率下玄武岩纤维对抗压强度动态增幅较小，对劈裂强度动态增幅较大；(2) BF-ECC的抗压强度和劈裂强度均随应变率升高而显著提高，两者均可以采用动态增强因子(dynamic increase factor, DIF)反映动态强度的增幅，但劈裂强度的应变率敏感性强于抗压强度；(3)依据试验得到的普通水泥混凝土速率敏感性的CEB-FIP方程(2010)不适用于BF-ECCs。     

不同种类再生大骨料制作自密实堆积混凝土的实验研究

采用毛石、废弃的混凝土块、废弃的砖块做再生大骨料,按照不同的再生大骨料取代率制作了强度等级为C20,尺寸均为420mm×420mm×1200mm的五组再生骨料自密实堆积混凝土试件,五组试件的再生大骨料分别是:100%的毛石;100%的废弃砖块;100%的废弃混凝土块;废弃混凝土块和废弃砖块各50%;毛石、废弃砖块、废弃混凝土块各占1/3。在500吨压力试验机上,对五组试件分别进行了抗压承载力试验。结果表明,不同的再生大骨料对自密实堆积混凝土的力学性能影响很大,棱柱体抗压强度变化明显。添加废弃混凝土再生大骨料试件的抗压强度较大,而添加废弃砖块试件的抗压强度则有不同程度的降低,单一再生大骨料制作试件的弹性模量高于混掺再生大骨料制作试件的弹性模量。上述结果为今后推广再生大骨料制作自密实堆石混凝土的工程应用提供了实验依据。     

基于缺陷敏感性分析的加筋圆柱壳结构设计

为了对加筋圆柱壳进行面向低缺陷敏感度的结构设计，针对一个直径为3m 的正置正交加筋圆柱壳，基于显式后屈曲数值分析，研究了预制不同幅度的内凹、外凸双曲母线形状设计的加筋圆柱壳轴压临界荷载对初始模态缺陷的敏感性。结果表明：外凸双曲母线形状可在幅度为20mm时提高含缺陷结构的轴压临界荷载，可达6.6%，表现为对缺陷的低敏感性；内凹双曲母线则可在幅度为-10mm时小幅提高完善结构的轴压临界荷载，可达1.7%；当加筋圆柱壳应用于运载火箭的燃料贮箱时，燃料加注会升高贮箱内压，因此可通过内压控制形成外凸形状来降低结构的缺陷敏感性。     

盐腐蚀后混凝土的动态本构模型

为探究混凝土受盐腐蚀后的动态力学响应，配置了粉煤灰质量分数为15%的普通硅酸盐水泥混凝土，将其置于质量分数均为15%的NaCl和Na₂SO₄溶液中浸泡腐蚀60 d后，利用?100 mm分离式霍普金森压杆实验装置，测试其受腐蚀后的动态力学性能，并结合宏观唯象损伤统计理论和Weibull分布思想，建立了混凝土受盐腐蚀后的动态统计损伤本构模型。结果表明:受盐腐蚀后，混凝土试件的动态抗压强度均有不同程度的下降，且NaCl溶液腐蚀试件的降幅大于Na₂SO₄溶液腐蚀试件；模型曲线与实验曲线的拟合度较高，能够较准确地描述混凝土在冲击荷载作用下的动态力学响应规律。     

基于数字图像相关的玄武岩纤维增强混凝土抗压实验研究

制备不同玄武岩纤维(Basalt Fiber, BF)掺量的玄武岩纤维增强混凝土(Basalt fiber Reinforced Concrete, BFRC)试块，结合数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)方法研究了BF对混凝土抗压特性的影响。结果表明，混凝土中加入适量BF可以提高其抗压强度和劈裂抗拉强度，但过量的BF会产生负面效果，且BFRC的抗压强度与劈裂抗拉强度呈线性关系；当BF掺量为0.6%时，增强效果最佳，其抗压强度比素混凝土增大24.40%,劈裂抗拉强度比素混凝土增大38.84%。通过DIC方法获取试件抗压破坏的全场应变演化，并通过应变场观察到微裂纹和宏观裂纹的发展过程。素混凝土微裂纹扩展路径单一，且宏观裂纹扩展速度较快；对于BFRC试件，微裂纹出现在多个区域，各区域微裂纹独自发展，且宏观裂纹路径较为复杂。基于应变场特征将BFRC的压缩破坏过程分为微裂纹萌生、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展3个阶段，并分别讨论了BF在每个阶段的作用效果和机理。     

不同孔隙率的碾压混凝土力学性能试验研究

混凝土的破坏受其内部缺陷影响，为了研究孔隙含量对碾压混凝土力学性能的影响，探讨碾压混凝土的力学性能和尺寸效应随孔隙率的变化规律，采用预制孔隙法模拟碾压混凝土中的孔隙开展力学性能试验，分析3种尺寸C20碾压混凝土试件在4种不同孔隙率情况下的抗压强度和劈拉强度的变化情况。结果表明：同一尺寸下，C20碾压混凝土的抗压强度和劈拉强度随着孔隙率增加逐渐降低，碾压混凝土孔隙含量增加对其强度产生了负面影响；碾压混凝土拥有明显的尺寸效应，孔隙率越大，碾压混凝土强度的尺寸效应越显著。     

电子互连导电胶的率相关剪切力学行为表征

电子封装互连时芯片与封装基板力/热性能的不匹配及电子产品使役中所遭受的振动、跌落及冲击易使导电胶互连层发生不同程度的剪切变形乃至胶连失效，开展电子互连导电胶的率相关剪切力学行为表征是胶连封装结构可靠性研究的重要基础；针对率相关剪切力学行为有效获取有别于金属/合金类材料的胶连层，本文采用Instron万能材料试验机与分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对50wt.%、60wt.%银含量导电胶搭接互连铜板双剪切试样开展了不同加载率下的剪切测试表征，通过对SHPB的入射波整形保证了胶连层开始发生剪切破坏前后较大时间范围内试样在恒应变率下的应力平衡及均匀变形状态；得到了不同工况下胶连件的剪切失效模式并给出了消除胶连件铜板弹性变形影响的胶连剪切应变与应变率获取方法，分析了加载率与导电颗粒对胶连剪切变形行为及剪切强度的影响；消除胶连件铜板弹性变形后的胶连剪切应变与剪切应变率值相对较小，不同工况下的导电胶互连剪切主要表现为胶粘接失效模式，准静态下较低银含量胶连件的剪切强度相对较高而动态下则相反；研究结果对导电胶在电子工业领域的高效应用及胶粘接结构剪切力学行为的有效表征具有重要意义.     

掺氢天然气管道完整性评价技术的进展与挑战

“双碳目标”背景下，我国积极推进掺氢天然气管道发展，本文总结了国内外掺氢天然气管道完整性评价方面的研究进展与挑战，得到主要结论如下。（1）现有金属材料相容性试验结论不明确，亟需制定国际统一的金属材料掺氢相容性试验标准；掺氢后管材、焊缝性能劣化规律不清晰，需系统地开展相关试验，揭示其氢损伤机理。（2）天然气管道非金属密封材料在氢环境中的密封性能及力学性能尚不明确，亟需开展相关试验以探索其性能规律；工程上缺乏高性能的非金属输氢管道，需研发低渗透耐侵蚀的输氢管材。（3）现有无损检测技术对掺氢后天然气管道的适用性研究不足，需改进或研发更高精度的无损检测工具以满足掺氢条件下对缺陷检测精度的要求。（4）掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法研究仍处于初级阶段，需要以丰富的试验数据为基础开展耦合考虑氢介质与应力状态的管材微观损伤本构研究，完善掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法。本文可为掺氢天然气管道安全保障相关研究提供参考。     

矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的冲击力学性能

以矿渣和粉煤灰为原料,以氢氧化钠和液体硅酸钠为激发剂制备出养护28 d后静态抗压强度高达56.4 MPa的矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土（geopolymer concrete, GC）试件，以普通硅酸盐水泥为原料制备出养护28 d静态抗压强度高达61.6 MPa的普通硅酸盐水泥混凝土（ordinary Portland cement concrete, PC）试件，采用100 mm霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）试验装置分别对GC试件和PC试件进行冲击压缩试验，得到了2种材料在0~100 s-1平均应变率范围内的应力应变曲线。通过分析应力应变曲线，并与PC进行了对比，研究了矿渣-粉煤灰基GC的冲击力学性能。结果表明，GC作为一种新型混凝土类材料，在冲击荷载作用下具有较好的强度、变形性能和韧性；GC是一种率敏感材料，冲击荷载作用下抗压强度、变形性能和韧性随应变率的增大而增强；和PC相比，冲击荷载下GC的抗压强度较小，韧性较低，GC在开始破坏前产生的变形与PC的基本相等，完全破坏时产生的变形较小。     

超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验

为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式，以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象，通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试，获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000 s-1应变率范围内的力学行为，分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法，获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9 mm厚)的弹道极限速度，通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能，讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异，分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明:3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关，但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异；在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下，3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关，Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征，其断裂失效主要取决于材料的剪切强度，而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性，其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。     

铝合金与槽型界面钢板的爆炸焊接

采用尺寸为4 mm×410 mm×410 mm的5083铝合金和尺寸为15 mm×400 mm×400 mm、表面开有燕尾槽的Q345钢板作为爆炸焊接的覆板与基板，根据理论公式得到铝合金-钢爆炸焊接下限后，选取其附近的参数进行爆炸焊接，再通过力学性能检测和微观形貌观察研究5083/Q345复合板界面的结合性能。实验结果表明:铝合金与钢在冶金结合和燕尾槽的挤压啮合共同作用下实现爆炸复合；铝合金与燕尾槽上底面、倾斜面和下底面的界面均呈平直状。铝合金与燕尾槽上底面、下底面以直接结合和不连续熔化块相结合的方式复合，而铝合金与燕尾槽倾斜面以连续熔化层的方式复合；复合板的剪切强度大于172 MPa，满足Al/Fe复合板结合强度的要求。     

内埋炸药下超高韧性水泥基复合材料的抗爆性能

为研究超高韧性水泥基复合材料(ultra-high toughness cementitious composites, UHTCC)在内埋炸药爆炸下的抗爆性能和损伤破坏规律,对不同炸药埋深下的UHTCC和高强混凝土(high-strength concrete, HSC)进行了内埋炸药抗爆实验。得到了两种材料靶体的破坏状态,并利用接触爆炸的实验结果计算出了两种材料的抗爆性能参数。结果表明,在相同条件下,UHTCC抗爆性能优于高强混凝土。为了进一步探究UHTCC的抗压强度、抗拉强度以及拉伸韧性对靶体在内埋炸药下抗爆性能的影响,首先,采用改进的K&C模型对炸药埋深为40 mm的超高韧性水泥基复合材料靶体进行数值模拟,模拟结果与实验结果基本吻合,并根据数值模拟的结果得到了爆炸冲击波沿靶体径向衰减速度大于轴向衰减速度这一规律,验证了数值模型的有效性;然后,通过调整改进K&C模型中与抗压强度、抗拉强度以及拉伸韧性相关的参数,数值预测了不同抗压强度、抗拉强度以及拉伸韧性下UHTCC靶体的破坏状态,发现增强UHTCC的韧性可以有效防止靶体发生整体性破坏,增大UHTCC的抗拉强度可以减小靶体迎爆面的开坑直径,增大UHTCC的抗压强度对减小开坑直径效果不明显。     

冰与海洋结构物作用的极限承载力

为进一步研究冰与海洋结构物作用时的变形和影响，本文将岩土力学中的Smith屈服准则引入到冰材料的弹塑性分析中，从细观力学的角度分析了孔洞存在以及拉、压破坏强度不同的条件下冰材料的力学性能，构造了冰的本构方程；采用分区构造方法分析给出冰与矩形直立结构物作用时应力场的解析解；最后用数值分析的方法分析给出不同压力敏感性参数和拉压强度比下冰的极限承载力。分析结果表明Smith屈服准则能够准确反应孔洞的存在及拉压屈服强度不同对冰材料力学性能的影响。     

掺氢比对甲烷-氧气爆轰特性的影响

含氢多组分燃料由于其优良的燃烧特性逐渐成为研究关注的重点。为了对掺氢燃料的爆轰特性作进一步的研究，设计了长3 000 mm、管径30 mm的圆柱形半封闭燃烧室，对不同初压下的CH₄-2O₂、6CH₄-H₂-12.5O₂、3CH₄-H₂-6.5O₂（掺氢比分别为0%、5.1%、9.5%）3种预混合气的爆轰特性进行了实验研究，并采用烟熏膜、离子探针和压力传感器分别探测胞格结构、火焰位置和内部压力。结果表明，甲烷/氧气掺氢后可以有效提高爆轰波的传播速度，且掺氢浓度越高，传播速度越快；同时，氢气的掺入可减少管道出口处的速度亏损并在初始压力较低时加速火焰和激波的耦合，降低胞格尺寸，提高爆轰敏感性。