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。

关键词： 长江流域   非饱和土   力学性能   冻融循环   模拟试验  

摘要： 冻融循环是一种随温度升降普通存在于大自然中的一种物理现象，由此会带来非饱和土孔隙中水分在冻融循环作用下会发生反复冻结融化。在冻融过程中，非饱和土结构受到冷生作用，会导致冻融前后物理力学性质发生变化。而这种变化会给工程界尤其是水利工程诸多不利影响。在路基修建、边坡治理和土石坝等工程修建活动时，会使土体受到冻融作用，从而在相关的变形和稳定性分析中，需要考虑冻融后其物理力学性质的变化。虽然，目前冻融循环作用对土相关特性研究比较翔实和深入，但对于冻融作用下多变量研究并不是很充分，没有综合性的规律提出，有待进一步深入研究。\n 本文以长江中下游非饱和粉质粘土作为研究对象，考虑冻融次数、密实度、饱和度三重因素的影响，较为充实地研究了经过冻融后的物理力学性质的演化规律，主要工作及研究成果如下：\n 1）自主设计了一套非饱和渗透自动采集系统，该系统由数据采集、自动控制、加泄压等模块组成。由于土体的渗流是一个很缓慢的过程，尤其是高密实度的渗流更是如此，通过压力传感器回传装置，可以实现实时、连续采集，在冻融过程中获得渗透系数与变量之间变化过程。并通过一些技术手段解决了边壁渗流等问题，最大程度上减少对数据精准性干扰。\n 2）确定非饱和土各个密实度下最佳含水率。冻融循环是将水作为桥梁对土结构性能发生作用，非饱和土中水含量的多少直接影响到冻融作用的效果。不同密实度下都有一个下限的含水率，通过准备试验，将本试验各个密实度下的最佳含水率确定出来，为冻融作用对非饱和土物理力学性能影响研究提供试验基础。\n 3）分析渗透性与不同初始状态的非饱和土之间的关系。在以冻融次数为变量时，得出无论初始状态如何，渗透性都会随之而增加，且饱和度越高变化越明显。以饱和度为变量时，同一种干密度下，饱和度越高，渗透性变化越明显；同时，整体趋势呈现平稳直线段—直线上升段—曲线上升段三个阶段。在以干密度为变量下，渗透性与干密度存在一种指数函数的关系。\n 4）研究了冻融循环作用对压缩模量的影响规律。冻融作用必然会改变土结构性能，是一种类似风化作用导致土体劣化。试验研究表明，随冻融次数增加，变形模量会减少趋向于一个稳定值。而以饱和度为变量，在次数增加条件下，两者由曲线转为直线性变化。除此之外，经过冻融作用后，在饱和状态下进行剪切试验发现变形模量大于非饱和状态形式下的模量。

关键词： 水泥砂浆   冻融循环   超声波波速   抗压强度   测强曲线  

摘要： 我国很大一部分的混凝土坝处于严寒和高寒地带，致使不少水工建筑物发生了冻融破坏现象。冻融破坏将引起混凝土大面积的由表至里的剥蚀，主要发生在水位变化区、溢流面、消力池等，严重威胁着大坝运行安全。易遭受冻融破坏的大坝水位变化区的混凝土均采用三级配混凝土，普通二级配与水工三级配混凝土对应的湿筛混凝土的性能差异较大，而砂浆是湿筛混凝土的最主要的组成部分，其抗冻性能直接影响湿筛混凝土的各项性能，关乎着大坝水位变化区混凝土的安全和稳定，并且冻融循环对混凝土的损伤主要体现在对内部水泥浆体的破坏，因此开展水工三级配对应的湿筛混凝土砂浆的抗冻性研究很有必要的。\n 本文对三种不同水灰比（水灰比分别为：0.35、0.45和0.55）以及三种不同水泥细度（水泥粉磨时间：0min、10min、30min）砂浆试件进行了0次、25次、50次、75次、100次、125次、150次冻融试验，对损伤试件进行无损测试，并测试了抗压强度，建立了测强曲线及损伤模型。主要研究内容及结论：\n （1）对冻融后的砂浆试件进行了外观损伤观测，发现适当减小水灰比可以大幅提高砂浆的抗冻耐久性，适当增加水泥细度对砂浆的抗冻耐久性有所提高，但是过度提高细度反而会降低砂浆的抗冻性。\n （2）测试了冻融后砂浆的超声波波速及不同深度下的电阻率，结果表明：在冻融作用下，相对波速及电阻率逐渐下降，水灰比越小、细度适中，致密性越好，下降越缓慢，表层电阻率下降速度远大于中层和内层电阻率，冻融破坏由表及里逐渐深入，建立了不同水灰比、不同细度下的砂浆波速与冻融次数间的抛物线衰减模型、不同深度处电阻率与冻融次数间的指数衰减模型。\n （3）水灰比越小，下降越缓慢，研究了不同水灰比及不同细度的砂浆抗压强度与冻融次数的关系，发现其抗压强度大致都呈指数衰减，分析了冻融后波速、电阻率与抗压强度之间的关系，建立了波速—电阻率综合测强曲线并提出了波速这一冻融损伤评价指标。\n （4）运用波速及抗压强度反映了水位变化区的混凝土对应的砂浆冻融损伤情况，依据试验数据，建立了相应的波速及强度损伤模型，采用所建损伤模型预测了相关工程中水位变化区的混凝土对应的砂浆使用年限，并验证了波速及强度损伤模型的一致性及实用性。

关键词： 冻融循环作用   公路路基填土   力学特性   静三轴试验   动三轴试验  

摘要： 伴随着京津冀协同发展这一重大国家战略的实施及2022年冬奥会的申办成功,张家口地区的公路发展建设进入了崭新的时代,成为了万众瞩目的焦点。由于张家口地处季节性冻土区,随着行车密度和公路使用频率的增加,气温的变化引起的危害越来越大,路基的冻胀和融沉现象愈发明显,不仅影响了道路的正常使用,而且增加了其维护成本。为探究冻融循环作用对张家口季冻区公路路基强度和变形特性的影响,本文以张家口地区公路路基填土为研究对象,在充分吸取和借鉴前人研究成果的基础上,以冻融循环作用下的室内静、动三轴试验为研究手段,对路基土的静力学和动力学性质进行研究。主要研究内容如下:(1)对所取土样进行基本物性试验,包括颗分试验,液塑限试验和击实试验等,对土的工程分类进行简单的判定,并依照最优含水率配置试验用土,制成某一压实度的试样后,对其进行一定次数的冻融循环,为静、动三轴试验做准备。(2)在不固结不排水的条件下,进行室内静三轴试验,探究不同冻融循环次数、压实度和环境负温条件下试样的静强度、内摩擦角、粘聚力和静弹性模量的变化规律,并拟合不同影响因素下各静力学参数的变化规律,运用多元非线性回归的线性化分析方法提出静强度、静弹性模量和粘聚力的多元非线性回归公式。最后,通过正交试验设计的方法,判定各影响因素的显著性。(3)进行室内动三轴试验,探究不同冻融循环次数、压实度和振动频率条件下动强度、动内摩擦角、动粘聚力、动弹性模量和最大动弹性模量的变化规律,并对不同影响因素下各动力学参数的变化规律进行拟合,根据各影响因素下的拟合结果,运用多元非线性回归的线性化分析方法进行多元拟合,提出动粘聚力、最大动弹性模量的多元非线性回归公式。最后,通过正交试验设计的方法,对影响各动力学参数的因素进行显著性分析。