关键词： 桥梁工程   钢管混凝土   有限元分析   冻融循环   轴压短柱   力学性能  

摘要： 为了给寒区钢管混凝土结构的设计与施工提供参考,针对拱桥拱肋或桥墩中普遍采用的钢管混凝土,考虑冻融循环次数、核心混凝土立方体抗压强度等因素的影响,进行了冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱的试验研究。基于试验结果分析,提出了冻融循环作用后核心混凝土的本构关系,同时利用该本构关系建立了冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱的有限元分析模型,并与试验结果进行对比。研究结果表明:冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱的破坏形态和荷载-应变曲线总体上与未遭受冻融循环作用试件类似,但试件的承载力和组合弹性模量随冻融循环次数的增加而减小;有限元理论模型的计算结果与试验结果总体吻合较好。

关键词： 岩石力学   岩石锚杆   冻融循环   锚固力  

摘要： 针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明:冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。

关键词： 橡胶颗粒   沥青混合料   冻融循环   耐久性  

摘要： 以Ac-13连续型密级配为基础，以橡胶颗粒代替部分集料的形式加入到沥青混合料中，制备橡胶颗粒量掺量为l％-3％的橡胶颗粒沥青混合料。在冻融循环条件下测定混合料的空隙率，并进行冻融劈裂试验，研究冻融循环作用下橡胶颗粒沥青混合料的耐久性。试验结果表明：随着冻融循环次数的增加，沥青混合料的劈裂抗拉强度逐步降低，空隙率逐步变大，两者相关性较大；同等条件下，随着橡胶颗粒掺量的增加，沥青混合料的劈裂抗拉强度逐渐降低，空隙率逐渐增大。橡胶颗粒的掺加在一定程度上降低了沥青混合料的劈裂抗拉强度，2％掺量下的橡胶颗粒沥青混合料劈裂抗拉强度比最优。

关键词： 烧结砖   冻融   回弹值   抗压强度  

摘要： 回弹法检测砖强度虽然简便、快捷,但对既有建筑砌体中的砖检测是否适用?通过冻融试验加快砖的"老化",由此对回弹法的适用性进行了探索性研究,并提出了相关建议。

关键词： 冻融循环   钢筋混凝土柱   偏心受压   承载力  

摘要： 为了研究冻融循环作用对钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响,对经历0,75,100,125,150次冻融循环作用后的立方体试块进行了抗压强度试验,并设计制作了30根钢筋混凝土柱,将其经历0,75,100,125,150次冻融循环作用后进行偏心受压静力试验.分析了混凝土相对抗压强度、质量损失率、相对动弹性模量与冻融循环次数的关系,研究了冻融循环次数、轴向力偏心距对钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响.研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,试验柱的开裂荷载和极限荷载都逐渐减小,极限变形逐渐增大,部分试件由大偏心受压破坏转变为小偏心受压破坏.现行混凝土结构设计规范关于钢筋混凝土偏心受压柱极限承载力的计算理论适用于冻融循环作用后的钢筋混凝土柱.

关键词： 水泥基复合材料   冻融循环   应力分析   图像分析   开裂预测   宏观性能   微观结构  

摘要： 寒冷地区，高湿环境下服役的水泥基材料的耐久性饱受冻融破坏的影响，其性能和寿命关系着安全与经济利益。作为一个国际性研究焦点，目前的研究关于宏观性能与微观结构演化的连接的问题，研究不够透彻;对于水泥基材料的无损检测，缺乏定量分析描述的方法;预测冻融循环后的内部损伤，亦是水泥基材料耐久性研究的主要目的。本文通过理论模型、微宏观试验和图像处理的方法，以期对水泥基材料冻融循环微观结构定量分析，以及微观和宏观性能连接问题进行研究。\n 首先通过Hashin-Strikman复合材料理论，计算低温受冻条件对饱水水泥基材料的体积模量、剪切模量和杨氏模量;利用Schapery的能量理论，计算饱水试样热膨胀系数的变化。基于结晶压和静水压理论，借助有效应力模型，实现微观孔内部压力与材料整体受力的连接。此外，还考察了静水压对孔隙水冰点和结晶所需过冷度的影响。对于静水压和结晶压综合作用的冻融破坏，采用浸在航空煤油中慢速冻融，利用光纤光栅实时监测饱饱和氢氧化钙溶液的水泥净浆的变形，对比有效应力模型，结果表明，理论模型结果与试验结果基本趋势一致，但结果仍有所差异。\n 其次，本文提供了一种定量分析水泥基材料冻融损伤的方法。利用X-ray断层扫描技术，对饱水水泥净浆材料在冻融循环下的破坏进行了动态监测。定性描述了冻融循环前后孔和裂纹的空间分布。利用开源图像分析软件ImageJ定量分析了孔和裂纹的演化过程，包含孔隙率、孔径分布以及孔的比表面积的变化。定量表征的结果表明，冻融循环后，水泥净浆劣化愈发严重。冻融循环后，对水泥净浆中孔和裂纹的连通度进行的统计，并借助随机行走算法，对连通孔隙的曲折度进行的分析。利用沿断层方向单张CT图像平均灰度值的变化确定冻融循环后试样中开裂最严重的区域，并利用原位配准单张图像孔隙率变化验证了该方法的可靠性。\n 最后，通过有效应力模型，计算冻融循环开裂储存在水泥净浆中的能量。利用三液法测试计算水泥净浆真空表面能，忽略能量热损耗和其他形式的损失，得到水泥净浆的开裂能。借助能量守恒理论，计算得到水泥净浆的裂纹面积，建立开裂模型。利用X-ray CT分析测试的缺陷表面积，验证模型的可靠性，结果表明，开裂模型预测结果与试验测试结果有一定差距。

关键词： 干混抗冻混凝土   配合比设计   强度试验   冻融循环试验   冬季施工   抗冻性能  

摘要： 随着城市建设的高速发展，工程施工任务繁重，混凝土冬季施工在所难免。我国北方地区进入冬季时间早，持续时间长，天气寒冷，气温一般都低于零下5℃。有些工程为满足建设的需要，冬季也不能停止混凝土施工，然而过低的气温经常造成混凝土现浇构件的早期冻害，极大的降低了工程的安全性和耐久性。且如今的建筑工程多为大型建筑，大多数均采用商品混凝土，从混凝土生产工厂将商品混凝土运输到工地运输时间长，气温低，混凝土保温性能要求以及交通意外、运输途中交通堵塞等意外问题等易使混凝土在使用前已冻伤而不能使用。\n 干混抗冻混凝土是在南京工业大学李延和教授课题组的干混自密实混凝土的基础上创新研发的新型混凝土，它继承了干混自密实混凝土的不需要泵送优点，易保证质量，施工方便，实现了距离不限、位置不限、时间不限、用量可调的目的。本次研发的干混抗冻混凝土是为适应冬季施工而特别调配的混凝土，以提高混凝土的早期抗冻性，保证混凝土的后期强度为目的。以干混料成品包装或者利用干混储运设备形式运送到施工现场，只需要在现场加一定温度的热水搅拌，然后用于浇筑，解决了泵送商品混凝土的不足，可用于寒冷地区工程项目的冬季施工。\n 本文主要开展的研究工作有如下几个方面:\n 1、对国内外对负温下混凝土的研究现状作了详细介绍，同时介绍了干混抗冻混凝土的研究背景及其研究意义，并对其优越性及工程应用价值做了系统介绍。\n 2、结合国内外研究成果，阐述混凝土冻融破坏机理，确定使混凝土产生冻融破坏的主要因素-水灰比、混凝土内部孔结构、混凝土构成材料的性质、外加剂、外部环境条件，通过对这些因素分析，提出提高混凝土抗冻性的措施。\n 3、干混抗冻混凝土针对冬季施工难点，采用二次搅拌法的特殊制备工艺生产干混料，预制干混料在施工现场只需加水搅拌的施工方法。详细介绍了干混抗冻混凝土原材料的选择要求，在试验的基础上适配干混抗冻混凝土配合比。\n 4、模拟冬季施工环境下试验研究C35级混凝土在不同配合比、不同养护时间、不同养护方法下的强度性能，分析不同试验条件对其冬季环境下强度的影响。通过混凝土强度等级为C35的混凝土冻融循环实验，对比普通混凝土冻融循环条件下的抗压强度、质量损失和相对动弹性模量，由试验结果分析干混抗冻混凝土的变化规律及优点。\n 5、分析冬季施工原理，对比普通混凝土冬季施工的局限性，介绍干混抗冻混凝土冬季施工的优点。为更好的冬季施工，改进了混凝土施工运输技术，提出了使用干混抗冻混凝土的不同工程类型建筑的养护措施。

关键词： 层理砂岩   卸荷损伤   力学特性   冻融循环条件  

摘要： 寒区昼夜温差大,昼夜变换,冻融交替出现。在冻胀力的作用下岩体的节理裂隙进一步发展,并向深部延伸,岩体的整体强度下降,潜在滑裂面上的裂隙面积增大,稳定性降低。而冻融区域岩体开挖过程中,地应力进一步释放导致岩体应力的重新调整,从而使得岩体原始应力场变化很大,某些地方可能还产生了拉应力,促使岩体内在裂纹不断累积和发展,进而产生宏观的时效断裂,导致岩体发生失稳破坏。\n 在理论分析的基础上,展开不同冻融循环次数的自由饱水状态与真空饱水状态岩样岩石力学试验,对砂岩的冻融损伤、冻融卸荷损伤力学性质及损伤机理进行分析:\n 1)冻融循环对岩样纵波波速与质量的影响:岩样纵波波速与质量随冻融循环次数的增加而减小,自由饱水组比真空饱水组劣化的幅度小。冻融循环使得岩样内部颗粒间的致密性降低,裂纹、裂隙发育,波速降低,表面固体物质剥落,质量减小。\n 2)不同冻融次数岩样外观损伤情况表现为:自由饱水组由于含水率较低,在反复冻融作用下主要在端部边缘有砂粒脱落,端部边缘与空气接触面积大,受冻融温度影响大而容易损伤劣化;真空饱水组岩样冻融循环作用对其损伤作用明显,损伤表现为沿层理方向的环向裂缝、端部块状砂粒脱落和侧面大面积的剥落。\n 3)冻融岩样的单轴压缩试验力学参数变化规律:含水状态对岩石试件的强度和变形特性有很大的影响,含水率越高,冻融过程中强度劣化越明显。随着冻融循环次数的增加,岩样的抗压强度、弹性模量及变形模量、泊松比均呈现降低趋势,而轴向变形在增大。自由饱和组与真空饱水组抗压强度与冻融循环次数、弹性模量均呈指数函数关系。\n 4)冻融岩样的单轴压缩试验破坏模式:以柱状劈裂裂纹为主,局部产生斜向裂纹与沿层理结构面的环向裂缝,岩样的下端裂纹增多,有明显的扩容现象,呈现出典型的张拉破坏特性。试件在单轴压缩试验中呈现脆延性破坏模式,随着冻融循环次数的增加,岩样表现出的延性特征越来越明显,砂岩的破碎程度也越来越高。破裂面不平整,凹凸起伏,形成带有圆锥形的破裂面。\n 5)三轴压缩试验力学参数变化规律:随着冻融循环次数的增加,三轴压缩试验的峰值强度、弹性模量、变形模量均不断降低,轴向变形不断增加,真空饱水组产生的变形比自由饱水组要大。冻融后的自由饱水组与真空饱水组砂岩的峰值抗压强度与冻融循环次数呈指数函数关系。两种含水状态冻融系数均随冻融循环次数的增加不断减小,且真空饱水组的冻融系数降低速度较快。随着冻融循环次数的增加,岩样的黏聚力与内摩擦角均在不断减小。\n 6)三轴压缩试验岩样的破坏模式:自由饱水组与真空饱水组的破坏模式基本相同,冻融循环次数对破坏模式的影响规律不明显。岩样破坏的主斜裂纹有3到4条,局部还存在细小斜裂纹,三轴压缩破坏属于压剪破坏,破坏面有两种形式:单一的剪切破坏面、三剪切破坏面相交延伸而贯通的W型延性破坏面。\n 7)岩样的三轴卸荷试验的应力应变关系曲线特征:加载阶段的应力应变关系曲线与三轴压缩试验一致,均由压密阶段、弹性变形阶段组成。卸荷阶段为平行于水平轴的直线,试验过程发现,卸荷速率越大,岩样破坏所需时间越短,产生的变形相对较小。到达卸荷破坏点,曲线呈铅直跌落至残余强度,此时轴向应变迅速增长。\n 8)冻融岩样的三轴卸荷试验围压应变关系曲线特征:轴向变形主要发生在轴向加载与残余变形阶段。卸荷阶段,围压降低与变形增长具有良好的相关性,可以用二次函数进行拟合,此阶段产生的变形较小,围压降低到最低点即破坏点,岩样卸荷破坏,破坏后围压有小幅度增长,然后围压恒定进入残余变形阶段。\n 9)冻融岩样的三轴卸荷试验力学参数变化规律:同类型的岩体在相同的初始应力状态下,岩样卸荷破坏所需的偏应力值远低于三轴压缩破坏所需值。卸荷速率对岩体破坏所需卸荷量及残余强度有一定影响。相同应力状态下,卸荷速率越大,卸荷量越大,而由于岩样破坏后围压的快速消退导致岩样轴向承载力的快速消失,岩体的残余强度越小。\n 10)冻融岩样的三轴卸荷试验破坏特征:三轴卸荷试验自由饱水组与真空饱水组的破坏模式基本相同,冻融次数对破坏模式的影响规律不明显。随着冻融循环次数的增多,岩样的破坏速度加快,破碎程度更高。卸荷是岩样内部应变能、节理裂缝扩展时的声、热、电等能量的突然释放的过程,破坏会清脆的破裂声。卸荷破坏岩样的破碎程度较三轴压缩试验破坏剧烈,产生的体积扩容量更大。\n 11)冻融卸荷损伤本构模型的推导:选择推广后的应变等价原理来衡量冻融损伤,根据岩石微元破坏服从Weibull概率分布理论以及广义虎克定律来确定岩样的三轴卸荷损伤,然后根据冻融与卸荷损伤弱化理论建立两种含水状态在不同冻融循环次数条件下的冻融卸荷损伤本构模型,将由本构模型得出三轴卸荷应力应变关系曲线与试验曲线进行对比,二者较为吻合。分析认为,本文

关键词： GB盖板   氙灯气候老化   冻融循环试验   SK底涂   混凝土面板坝  

摘要： 面板坝接缝止水结构中橡胶盖板起到防护和第一道止水的作用,其耐老化性能直接关系到大坝的安全运行和维护工作,同时粘接体系是止水抗渗的基础,它们的耐久性是工程应用中最为关心的问题之一。根据GB盖板的使用环境,选择了氙灯气候加速老化试验对材料的气候老化性能进行了对比研究,结果表明,三元乙丙层的耐气候老化性能大大优于天然橡胶层,GB盖板的结构设计对于延长盖板的使用寿命非常有效。同时SK粘接体系冻融循环试验表明其长期粘接性能是可靠的。

关键词： 尾矿   尾矿坝   冻结   冻融循环   力学性质  

摘要： 尾矿库是一个非常复杂的土工建筑物,亦是矿山最大的危险源。按照尾矿库的地域分布情况,我国大部分尾矿库位于冻土地区。冻土地区的尾矿库除了存在常规的风险因素外,还面临冻融循环作用带来的危险。目前,国内外关于冻融循环条件下尾矿力学性质的研究及成果比较少见,因此,针对冻融循环条件下尾矿力学性质的研究很有必要,不仅可为冻土地区尾矿坝的稳定性分析提供基础资料,而且可以丰富尾矿力学性质方面的基础理论知识。本文以马鞍坪矿山废石综合利用有限公司所排放铜矿尾矿为试验材料,采用人工冻结的方法,通过室内大量试验,分别对直接冻结尾矿和冻融循环条件下尾矿的物理力学性质及其影响因素进行了系统研究与分析,并以马鞍坪矿山废石综合利用有限公司所属小打鹅尾矿库为工程案例,对其尾矿坝在常规条件下和冻融循环条件下的稳定性进行了计算分析。论文的主要工作及取得的创新性成果如下:①针对我国尾矿库的分布地域资料,结合我国寒带气候的地区划分,分析了我国尾矿库所处冻土地区的具体分布情况,并对冻土地区尾矿库可能存在的危害进行了归纳总结。②通过室内单轴压缩试验,研究了经人工冻结四类尾矿(尾中砂、尾细砂、尾粉砂和尾粉土)的力学特性及其四个影响因素(平均粒径、干密度、含水率和加载速率)。研究结果显示,冻结尾矿单轴压缩破坏形式有三种:斜面剪切破坏、径向拉伸破坏和复合式破坏。冻结尾矿单轴压缩应力-应变曲线可分四个阶段:初始应变软化阶段、线性应变硬化阶段、非线性应变硬化阶段和非线性应变软化阶段。在四个影响因素中,冻结尾矿的单轴抗压强度与平均粒径呈对数关系,与干密度呈指数关系,与含水率呈现线性递增关系,与加载速率呈二次抛物线增长关系;而冻结尾矿的变形模量与平均粒径呈现自然对数关系,与干密度亦呈指数函数关系,与含水率则呈现二次抛物线关系,与加载速率呈指数函数增长关系。③通过室内渗透试验、压缩试验和三轴剪切试验(UU),分别研究了冻融循环对尾矿的渗透性、固结压缩性和抗剪强度的影响。研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,尾矿的渗透系数呈现先增加后趋于稳定的变换规律,且第一次冻融循环对尾矿渗透系数的增幅影响最大。尾矿的压缩系数随着冻融循环次数的增加而增加,且压缩曲线变得越来越陡,两者呈正相关性;而压缩模量Es则相反。在研究冻融循环条件下尾矿抗剪强度与变形模量的变化规律中,同时考虑了尾矿粒径、干密度和含水率等因素对尾矿冻融后的力学性质的影响。研究结果显示,随冻融循环次数的增加,尾矿的粘结力c和变形模量E先减小后趋于稳定;内摩擦角φ则先增加后趋于稳定;尾矿粒径对冻融循环影响的敏感性比较弱。在相同冻融条件下,尾矿的粘结力和变形模量均随干密度的增加而增加,而内摩擦角则是先增加后趋于稳定;对相同干密度的尾矿,经过冻融循环后其粘结力和变形模量会有所降低。在相同冻融条件下,尾矿的粘结力和变形模量均随含水率的增加而减小,且含水率不同,对各个参数的影响不同。当含水率为5%—10%之间时,尾矿的粘结力受冻融条件影响较大;当含水率为15%,变形模量受冻融条件影响较大;含水率为10%,内摩擦角受冻融条件影响较大。④以马鞍坪矿山废石综合利用有限公司所属小打鹅尾矿库为工程案例,采用极限平衡法对其尾矿坝在常规条件下和冻融循环条件下的稳定性进行了计算分析。计算结果表明,尾矿坝经历冻融循环后,三种工况下的安全系数与常规条件下相比,均有所降低。所以,位于冻土区的尾矿库更应该注意坝体的稳定性。尾矿坝的稳定性除了受到常规因素影响外,还有会受到季节变化产生的冻融循环作用的影响,使坝体的稳定性降低。