关键词： 混凝土   冻融循环   损伤劣化   CT   ANSYS   数值模拟  

摘要： 混凝土作为一种常见的多相复合材料,因其所具有的较多优点,而广泛应用于各工程领域。有研究表明钢筋腐蚀、冻融循环以及侵蚀环境的物理化学作用是影响混凝土耐久性能的三个重要因素,其中冻融循环对混凝土耐久性的影响愈来愈被人们所重视。特别是在我国西部寒区,冻融循环作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。因此,深入研究混凝土冻融损伤破坏过程具有非常重要的理论价值和工程实际意义。论文以西部寒区混凝土材料为研究背景,将混凝土冻融循环试验、宏观力学试验和细观CT扫描试验相结合,对混凝土材料在冻融循环下的破损机理开展研究,并利用有限元ANSYS软件对冻融循环下混凝土进行了数值模拟。以期更为深入地研究混凝土冻融损伤劣化机理以及破坏规律,为寒区重大工程冻融灾变预测和防治提供较可靠的试验与理论依据。论文研究的主要内容如下:(1)对制备的混凝土试样进行冻融循环试验,并对不同冻融循环次数下的混凝土试样进行单轴压缩试验以及三点弯曲试验。通过研究混凝土弹性模量、抗压强度、抗弯强度、应力-应变等力学特性的变化规律,探索了混凝土的宏观力学性能与不同冻融循环次数的变化规律;(2)应用CT技术对冻融循环下混凝土试样的破损全过程进行追踪,获得了不同冻融循环次数下混凝土细观结构变化特征。通过运用图像处理技术初步分析了冻融循环下混凝土细观损伤扩展的演化过程;并以图像中CT均值的变化为基础,建立了基于细观统计力学的损伤变量与冻融循环的关系曲线,以此对冻融循环条件下混凝土细观结构的损伤演化规律及破损机理进行了定量研究;(3)利用有限元ANSYS软件对冻融循环下混凝土试样进行了数值模拟,并对不同冻融循环次数下混凝土的温度场分布云图以及温度应力分布云图进行了分析,进而验证了数值模拟的可行性。

关键词： 天然盐渍土   盐-冻胀   水盐迁移   温度变化   抗剪强度  

摘要： 选取罗布泊地区S235沿线不同公里处天然盐渍土为研究对象,进行盐渍土基本性质试验,并利用自制冻融循环设备进行冻融循环试验,探究冻融循环条件下盐渍土的盐-冻胀变化规律、土体内部温度变化规律、水盐迁移规律及抗剪强度变化规律。试验结果表明:473Km处含砂低液限黏土含盐量为5.89%,属强氯盐渍土;532Km处低液限黏土含盐量为3.58%,属亚硫酸盐渍土。洗盐后盐渍土的细颗粒含量明显多于洗盐前,盐渍土液塑限均较洗盐前大。对选取的含砂低液限黏土和低液限黏土进行冻融循环试验,在冻融循环条件下两种土样在冻融循环前五次盐-冻胀累加性明显,第六、七次累加性减小甚至有回落现象。含砂低液限黏土累积盐-冻胀量约7.61mm,低液限黏土累积盐-冻胀量约2.87mm,含砂低液限黏土盐-冻胀量最大值明显大于低液限黏土,且具有更明显的盐-冻胀累加性。低液限黏土对升温过程相对敏感,溶陷发生所需时间短,含砂低液限黏土溶陷发生时间相对较长。冻融循环过程中温度变化规律是:上部土层温度变化幅度较大,下部土层温度变化幅度较小,温度波动曲线基本呈抛物线型。含砂低液限黏土由于水分重力场作用大于温度场作用使水分上移不明显,但在温度场作用下盐溶液聚流上升至冷端并析出盐晶体,使盐分向上迁移较明显。升温过程中由于盐分和土颗粒形成胶结体阻断水盐下移通道使低液限黏土水盐向上迁移表现显著。含砂低液限黏土黏聚力沿土层不同高度呈反“S”型分布,随冻融次数增加,1、2、3层黏聚力逐渐增大,4、5、6层黏聚力变化不大;低液限黏土各土层黏聚力随冻融循环次数增加有减小趋势,且顶层黏聚力小于底层。含砂低液限黏土和低液限黏土内摩擦角沿土层不同高度均呈“3字”型分布。

关键词： 酸溶液   冻融循环   混凝土   耐久性   损伤分析   化学机理  

摘要： 由于各因素的相互影响,根据单因素的研究结果分析实际工程混凝土耐久性得出的结论的可靠性不足,此次试验进行了酸性溶液和低温冻融环境共同作用下的混凝土耐久性能研究,结果表明,经酸性溶液侵蚀和不同冻融循环次数处理过的混凝土,应力应变曲线趋于扁平,抗压性能劣化、峰值应力变低、弹性模量下降。

关键词： 冻融循环   露采矿山   寒区露采   边坡安全   衰变函数   耐久性  

摘要： 对取自西藏玉龙铜矿边坡不同钻孔的灰岩、石英砂岩岩样进行了温度区间为-20~20℃的冻融循环实验,研究了岩样的抗拉强度变化趋势,将Mutluturk等提出的衰变函数模型引入到解决寒区露采矿山边坡硬岩长期稳定性的研究中,计算得到了不同位置两种岩性的衰变常数和半衰期,由此分析了该矿山边坡岩石的耐久性。研究发现Mutluturk等提出的衰变函数模型适用于解决寒区露采矿山边坡坚硬岩石耐久性问题,相同岩性不同组成的岩石耐久性可能会有较大差别,为露采矿山边坡安全维护提供了参考和帮助。

关键词： 岩石力学   化学溶蚀   冻融循环   力学性能   损伤  

摘要： 通过研究花岗岩在不同化学溶液(水、Na OH溶液和HNO3溶液)中浸泡并冻融循环后的力学性能,分析了花岗岩在不同化学溶液中溶蚀及经历不同冻融循环次数后,在单轴压缩作用下基本力学性能的变化规律;从微观力学和化学机理出发,探讨了化学溶蚀和冻融循环对花岗岩的损伤机理;通过定义损伤变量,定量分析了花岗岩的损伤程度。试验结果表明,在水、Na OH和HNO3溶液中,随着冻融循环次数的增加,花岗岩的相对杨氏模量呈指数函数减小,峰值应力损失率呈幂函数增加;轴向峰值应变按Guass函数变化。随着冻融循环次数的增加,HNO3溶液中的花岗岩初期损伤劣化较大,后期损伤劣化较小,而Na OH溶液中的花岗岩初期损伤劣化较小,后期损伤劣化较大。岩石冻融损伤的过程本质上是温度产生的应力,使岩石损伤劣化的过程;同时化学溶蚀对岩石产生化学损伤作用,与冻融损伤相互促进,共同影响岩石的损伤劣化。

关键词： 黄土   冻融循环   强度  

摘要： 以陕西杨凌黄土为研究对象,基于静三轴试验,研究了不同初始含水率、不同低温温度及不同冻融循环次数条件下黄土强度参数的变化情况。不同低温温度对冻融作用改变黄土强度参数从机理上做出解释,为进一步研究冻融循环作用对强度的影响效应提供理论支持;冻融循环试验结果表明,黄土强度参数随冻融循环产生劣化,黏聚力在经过一定次数的冻融循环之后降到最低值,随后趋于稳定,内摩擦角总趋势上略有增大,规律性不明显。

关键词： 盐蚀--冻融循环   天然浮石混凝土   抗冻性   核磁共振   环境扫描电镜  

摘要： 以内蒙古天然浮石作为粗骨料,用快冻法研究了LC30强度等级的天然浮石混凝土在清水中及内蒙古河套灌区盐渍溶液中的抗冻性,分析冻融循环后的质量损失以及相对动弹性模量的变化幅度及变化规律,并对其进行核磁共振测试、电子计算机X射线断层扫描(CT)和环境扫描电镜测试,研究冻融后的孔隙和微裂纹的分布情况。结果表明:相对清水中,在盐渍溶液中的质量损失率和相对动弹模量的冻融损伤较严重,并且核磁共振信号比较强,孔隙变化率为10.60%,CT图像的孔径较大,且呈现长度约为0.5~1.5mm的'龟裂纹'。

关键词： 泥质白云岩   冻融循环   力学特性   斜率增大趋势系数   损伤本构模型  

摘要： 针对饱水状态下的泥质白云岩,采用BCD–218 C低温数控恒温箱、WDW3100型微机控制电子万能试验机进行不同冻融循环状态下的单轴压缩试验,对其在单轴状态下应力-应变曲线变化特征以及抗压强度、峰值应变、弹性模量、泊松比的变化规律进行了分析。在现有的损伤力学理论基础上,引入斜率增大趋势系数,建立了以冻融循环次数和应变为控制变量的本构模型。结果表明,在冻融循环过程中,单轴抗压强度、峰值应变、弹性模量参数呈指数下降趋势,泊松比呈线性增加的趋势;受冻融循环的影响,应力-应变全过程曲线在第一阶段后出现短暂的线形平缓阶段,具有岩石局部滑移现象;岩石破坏形态从脆性向延性转化,具有峰前塑性硬化和峰后应变软化等行为特征。理论本构模型与试验结果相符合。

关键词： 全废渣蒸压粉煤灰砖   冻融循环   强度   质量  

摘要： 蒸压粉煤灰砖的抗冻性能是衡量其耐久性的重要指标。通过对不同原料配合比、不同龄期的全废渣蒸压粉煤灰砖的冻融循环试验研究,结合现有理论分析,结果表明:全废渣蒸压粉煤灰砖在经历15次冻融循环后表面基本完好,试件平均质量和强度有所增长,在经历30次冻融循环之后,砖的质量损失率和强度损失率会明显增大;适当增加骨料掺量,可以提高砖的抗冻性能;电石渣和粉煤灰掺量过大对砖抗冻性不利,电石渣比粉煤灰对砖的抗冻性更为不利;出釜龄期短的砖与龄期长的砖相比,后者比前者的抗冻性好。

关键词： 风化集料   水泥   冻融循环   粘聚力   内摩擦角   抗剪强度  

摘要： 选取质量分数分别为3%、5%、7%、9%的水泥,掺入到风化集料中,标准条件下养护7 d后,将冻融试验箱的温度调节在-15~15℃范围,分别进行1、3、5、7、9次冻融循环,并在应变式直剪仪上进行直接剪切试验,得到了不同掺量的水泥稳定三峡库区风化集料内摩擦角和粘聚力经过不同次数的冻融循环作用后的变化规律。采用库仑理论计算出不同上覆荷载作用下,水泥稳定风化集料的抗剪强度变化规律,以期为三峡库区风化集料用作道路基层提供理论依据和试验指导。