关键词： 岩石力学   冻融循环   单裂隙岩体   局部化损伤效应   应力叠加原理  

摘要： 寒区饱水裂隙岩体受反复冻融作用影响,沿裂隙端部出现裂纹萌生、延展、偏转、分叉等现象,造成裂隙端部局部化区域损伤,进而诱发端部断裂造成岩体整体失稳。现采用相似材料配制0°,30°,45°,60°,90°的单裂隙类砂岩试样,并对裂隙内部充分饱水,展开10,20,30,50次冻融循环试验,而后观测裂隙端部区域在不同裂隙倾角、冻融循环次数下局部化损伤效应差异规律。藉此,对裂隙岩体在冻融循环作用下的局部化损伤效应进行分析,并结合断裂力学应力叠加理论,验证了因局部化损伤效应造成的裂隙端部断裂特性及扩展路径规律。结果表明:(1)冻融循环作用下单裂隙岩体存在局部化损伤效应,按照局部区域宏观裂纹发育状况,可将裂隙端部划分为:断裂区、渐进损伤区、系统损伤区;(2)随着裂隙倾角增大,冻融循环过程造成的局部化损伤效应越不显著,对应的声波波速值越大;(3)冻融循环过程中,主要在30°,45°,60°斜裂隙岩体出现主裂纹分叉、偏转现象;(4)裂隙角度愈缓,冻融循环作用造成的主裂纹偏转现象越早产生,偏转方向逐渐趋于水平,且沿初始裂隙走向的延展长度越短;(5)冻融循环引起局部化损伤在上下端部存在差异,裂隙下端部较早发生宏观断裂,且倾角越大,差异现象越明显。研究将为冻融作用下裂隙岩体局部损伤及端部断裂演化规律提供技术参考。

关键词： 砾类土   冻融循环   水盐迁移   路基次生盐渍化   路用性能  

摘要： 为研究在冻融循环条件下,强盐渍土地区砾类土路基水盐迁移规律及其对路基路用性能的影响,以察格高速公路工程为依托,采用自制冻融循环试验装置,对砾类土路基进行模拟试验。结果表明:砾类土试样经设定的冻融循环后,其含水率由路基底层向上呈"由大到小"分布,且不同的循环周期规律相同。盐分在冻融循环作用下向路基上部迁移,盐分迁移量随冻融循环周期的增加而增加。高度在10~40 cm范围内主要发生盐分迁移,高度在40~70 cm范围内主要发生盐分迁移,并出现"水去盐留"的蒸发聚盐过程。砾类土试样经冻融循环后,其回弹模量和CBR显著降低,冻融循环引起的路基次生盐渍化导致其路用性能的弱化。

关键词： 岩石力学   冻融循环作用   疲劳损伤   疲劳荷载   损伤变量   表征单元体   荷载作用顺序  

摘要： 利用疲劳损伤理论来研究冻融循环条件下岩石的损伤累积在理论上是可行的。主要分析冻融疲劳损伤模型在计算自然条件下岩石冻融损伤时面临的主要问题,包括复杂多变的自然条件下如何简化、近似冻融循环作用,如何选取合适的物理量来计算损伤变量,及如何计算多种机制作用下岩石的冻融损伤。经过分析认为:研究自然条件下的昼夜循环和年度循环对人类工程活动意义最大,根据岩石中饱和度的高低和岩石中未冻水迁移速率的快慢,可分别将昼夜循环和年度循环划分并等效为高周或低周疲劳荷载;冻融循环条件下岩石孔隙率的变化可直接反映冻融损伤的特征,利用缺陷面积和残余应变定义的损伤变量其本质是相同的,均可用孔隙率计算得来;建立冻融循环作用下砂岩的高周疲劳损伤模型和低周疲劳损伤模型,利用模型进行分析表明,在计算自然条件下岩石的冻融损伤时高周疲劳荷载的作用是不可忽略的,并且低周疲劳和高周疲劳荷载的作用顺序具有显著的影响。

关键词： 道路工程   冻融循环试验   弯拉性能   损伤率模型   细微观空隙结构  

摘要： 为准确评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青混合料弯拉性能和细微观结构的损伤机理,针对北方寒冷地区沥青路面在荷载、低温、水冻融循环作用下剩余弯拉强度和疲劳寿命进行研究,制定了适宜的冻融循环试验方案,建立了不同沥青结合料沥青混合料的空隙率、弯拉强度(弯拉应变)、劈裂强度和疲劳寿命在不同冻融循环作用次数下的衰变规律,基于工业CT无损检测分析技术,获得了不同冻融循环次数下四种沥青混合料细观空隙结构变化特征,研究了冻融循环作用对沥青混合料平均空隙直径、空隙轮廓分维数的影响规律,分析给出了冻融循环作用下沥青混合料弯拉性能的损失率计算模型。结果表明:沥青混合料的弯拉强度、最大弯拉应变、劈裂强度、疲劳寿命随冻融循环次数的增加呈减小趋势,经历25次冻融循环后弯拉性能和疲劳寿命衰减趋于平缓。沥青混合料受冻融循环作用后弯拉强度和抗疲劳性能衰变规律符合logistics曲线模型;随着冻融循环次数增大,沥青混合料内部平均空隙直径增大,空隙轮廓分维数减小,平均空隙直径与沥青混合料弯拉性能之间的线性拟合关系良好;使用改性沥青具有维持冻融循环作用下沥青混合料内部空隙直径、空隙轮廓分维数变化不大的作用,在高原寒冷地区建议优先选用SBS或SBR改性沥青。

关键词： 混凝土   冻融循环   荷载历史   损伤本构模型  

摘要： 为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响,分别对混凝土进行0,10,25,35和50次快速冻融循环,并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%fc的荷载历史作用后(fc=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度),以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验,得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度,并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明:随着冻融循环次数的增加,历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低,且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系;选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型,经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线;此外,冻融循环次数越多,对混凝土造成的损伤程度越大,在损伤发展的后期阶段,冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化,直至进入破坏阶段。

关键词： 硫酸盐   冻融循环   CFRP-混凝土   粘结性能  

摘要： 对我国西部盐渍土地区硫酸盐和严寒环境对CFRP加固的混凝土界面之间正拉粘结性能的影响进行了研究,得出室温环境、水中冻融循环以及5%硫酸钠溶液中冻融循环三种环境下的正拉粘结强度,结果表明在硫酸盐和严寒环境共同作用下CFRP-混凝土之间的粘结性能随着循环次数的不同而强度有所变化.

关键词： 冻融循环作用   混凝土   毛细孔结构   劣化机制   改善措施  

摘要： 采取压泵试验法与中子投射成像技术对冻融循环作用下混凝土孔结构劣化及损伤原理进行研究。经过试验表明:在冻融循环作用下混凝土的微观孔结构发生变化,不仅临界孔径倍数有所增加,且毛细孔等有害孔数量也逐渐增加;此外,在冻融循环作用下孔结构劣化以及强度降低变得更加剧烈,从表面到内部出现损伤梯度。针对冻融循环作用下所出现的各种问题,需要采取表面涂覆或表面浸泡的方式进行改善,以此提高混凝土的抗冻性,延长混凝土结构使用寿命。

关键词： 改性水玻璃   盐渍土   固化   冻融循环   强度  

摘要： 为了解决盐渍土盐胀和溶陷等不良工程问题,进行了20、40、60℃改性水玻璃碱激发粉煤灰固化盐渍土试验研究.通过冻融循环试验、无侧限抗压强度试验、X射线衍射光谱以及微观结构测试,研究了温度改性水玻璃固化盐渍土的强度和冻融循环耐久性.结果表明:改性水玻璃固化盐渍土的强度随温度的升高反而降低;不同温度改性的水玻璃固化盐渍土的抗压强度随冻融循环次数的增加而降低并在冻融10次以后下降幅度减小;不同温度改性水玻璃固化盐渍土没有新的晶体衍射峰出现,随着改性温度的升高,芒硝和白云石的衍射强度增大,表观小孔隙率变大,强度降低,冻融循环后,微观结构遭到破坏.

关键词： ECC   钢筋混凝土结构   冻融循环   抗弯承载力  

摘要： 钢筋混凝土结构是如今建筑领域最为常见的结构形式，如今已经应用于社会建设的各个领域，比如房建、道路、桥隧等等。正是由于钢筋混凝土结构的广泛应用，所以对此结构的安全性、适用性、耐久性提出了更高的要求。普通混凝土有易脆性、自重大、弱拉伸性等缺点，而且与钢筋变形又存在不协调性，而工程水泥基复合材料（简称ECC）是一种经细观力学设计的先进材料，具有伪应变硬化特性，细密裂缝稳态开裂模式的特点，它克服了传统混凝土的缺点，在与钢筋共同工作方面有了更好的协调性，有效的保持了试件的整体性。\n 已有研究表明，提高混凝土结构的耐久性，一个重要的措施就是限制裂缝最大宽度。ECC材料在极限荷载时的平均裂缝宽度仅为60～80μm，裂缝间距仅为1～2mm，经过冻融循环后，ECC材料仍然能够很好地保持原有的应变硬化特征和受拉状态下的大量细密裂缝特点，完全可以满足严寒地区工程建设的需要。基于ECC材料良好的抗冻性能，为解决混凝土结构裂缝宽度较大而产生的耐久性问题，提出采用ECC材料替换普通混凝土的措施，达到限制裂缝宽度、阻止有害物质进入混凝土腐蚀钢筋，提高钢筋混凝土结构耐久性的目的。\n 本文对3组共计47根试件进行受弯试验，包括钢筋混凝土梁、ECC-RC复合梁、钢筋ECC梁，其中SB和SD组分为5种替换高度率，冻融循环0、50、100次，SC组分为5种替换高度率，冻融循环0、50、100、150次，结果表明:随着冻融循环次数的增加，混凝土强度降低明显，ECC材料经过冻融循环后，表面比较毛糙，但强度相对于普通混凝土降低幅度较小，体现出ECC材料良好的抗冻性能;受拉区ECC材料的存在对裂缝的开展、试件的承载力以及抵抗变形能力有一定的改善作用。而且配筋率低的试件，承载力和抵抗变形能力提高的更为明显;受拉区ECC材料的存在改变了钢筋混凝土梁的开裂模式，裂缝呈细密裂纹稳态开展模式变化;冻融循环后的钢筋ECC-混凝土复合梁和钢筋混凝土梁承载力随着冻融循环次数的增加而减小。且配筋率较低和配筋强度较低的试件承载力降低较为明显。相同配筋不同替换高度率的试件，全ECC梁承载力变化较小，体现了ECC材料良好的抗冻性能。\n 依据普通钢筋混凝土梁的受弯理论分析，在基本假定和ECC材料的拉压本构模型基础上，进行试件受弯全过程分析，建立受弯梁的计算模型，推导出试件受弯各阶段正截面的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载等以及曲率、挠度的计算方法。最后通过与试验结果进行对比，验证了理论分析的合理性。

关键词： 植被混凝土   生态基材   冻融循环   初始含水率   物理力学性质   室内模拟试验  

摘要： 在温度变化频繁的地区使用植被混凝土生态基材进行边坡修复时，冻融循环是导致其松散、龟裂、脱落的主要原因，多次冻融循环破坏了该生态基材的稳定性，因而研究冻融循环下生态基材的结构变化对于其在工程上的运用具有重要的意义。基于此，本文以植被混凝土为研究对象，针对5种初始含水率梯度（15%、20%、25%、30%、35%）的试样开展了21次冻融循环室内模拟试验，分析探讨了冻融循环过程中试样的宏观物理力学性质与微观结构变化情况，并解释了两者之间的关系。\n 首先对冻融循环过程中植被混凝土试样的宏观物理力学性质进行了研究，如体积、质量、表面图像超声波波速等。结果表明，随着冻融循环次数的增加，各试样表面裂隙均逐渐增加，初始含水率为15%和35%的试样破坏程度较为明显，另外3种初始含水率的试样基本保持原貌，其表面裂隙率不到3%，不同初始含水率试样的质量与体积均随着冻融次数的增加而减小，初始含水率为15%时试样质量和体积损失量最大，初始含水率为25%与30%时试样质量和体积损失量较小；超声波波速随冻融循环次数的增加而减小，初始含水率越大，下降幅度越大。\n 然后，采用电子显微镜扫描（SEM）获取25%与30%两种初始含水率试样的微观结构图像，通过数字图像处理技术以及分形分维等理论对微观结构图像进行几何特征分析，发现其中9项微观结构参数（平均粒径、平均孔径、粒级分维、孔径分维、颗粒丰度、颗粒圆形度、孔隙分布分维、颗粒分布分维、接触带分维）的变化各有规律。在颗粒大小方面，小颗粒胶粒与颗粒粉粒减少，中等颗粒粘粒增多，两种土样的粒度分维一直随冻融循环次数逐渐缓慢增大最后趋于稳定；在颗粒形状方面，颗粒丰度减少，圆形度上升，颗粒形状向椭圆状发展，颗粒变圆，失去粘结力，25%含水率土样比30%更加趋于圆形；在颗粒排列形式上，两种含水率土样的颗粒分布分维先随冻融循环次数逐渐升高，然后又略有所降低，表明颗粒先发生分裂再发生聚合；在孔隙性上，冻融循环使两种土样的微孔隙增多，小、中孔隙基本保持不变，大孔隙变少，平均孔径均先增大后减小，土样的孔隙首先变得不均匀，然后又向均匀的方向发展，孔隙的分布比初始分散；在颗粒接触上，两种含水率土样的孔隙平面分布情况均使得接触带分维上升，表明冻融循环使土颗粒接触带的平面分布变分散。\n 最后，利用灰色关联法评价了黏聚力、内摩擦角、质量、体积、超声波5项宏观参数与9项微观结构参数的关联度。冻融循环作用下两种初始含水率试样的宏观参数与9项微观参数均有关，含水率的不同导致关联系数略微有差异，表明微观结构参数对土样抗剪强度的影响较大，是决定土样强度的重要原因；两种含水率土样质量变化与微观结构参数8项关联度都在0.6以上，同样，体积变化与微观结构参数8项关联度也都在0.6以上，其关联度最高的2个均为颗粒圆形度与孔隙分布分维；而在波速方面，25%含水率土样与微观结构参数有关联的分别为颗粒丰度、接触带分维与平均粒径，30%含水率土样与微观结构参数有关联的分别为颗粒丰度与接触带分维，25%含水率土样的关联度明显比30%含水率土样要高，且有关联的参数更多；以上表明土样宏观参数与部分微观结构参数有很高的关联性。