关键词： 混凝土   冻融循环   受压应力-应变关系   受压峰值应力   受压峰值应变   受压极限应变  

摘要： 采用混凝土棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对经受冻融损伤的混凝土受压性能进行了试验研究,分析了冻融循环次数、混凝土等级、相对动弹性模量对混凝土受压性能的影响,通过碟簧耗能装置,得到了完整的应力-应变关系试验结果.将冻融次数和混凝土等级作为参数,回归试验结果,提出了冻融循环后受压性能的计算公式以及适用于立方体抗压强度为20～50MPa的冻融循环作用下混凝土的应力-应变全曲线方程,并将曲线控制参数与相对动弹性模量和混凝土等级建立关系.结果表明:碟簧耗能装置起到了吸收机械能量的作用,是应力-应变关系试验成功的重要保证.随着冻融循环次数的增加,受压应力-应变曲线趋于扁平;受压峰值应力降低,受压峰值应变、受压极限应变增大,三者随冻融循环的变化关系均近似线性;随着混凝土等级的提高,冻融对于混凝土材料的影响下降.此外,结合所建立的破坏准则所得到的数值分析结果与试验曲线有较好的一致性.

关键词： 芳纶纤维布   约束混凝土   轴心受压强度   冻融循环   动弹性模量   损伤模型  

摘要： 通过对C20,C30,C35,C45,C50共5个强度等级的芳纶纤维布约束混凝土(KFFCC)进行轴心受压强度和快速冻融循环试验,利用损伤力学和数学模拟的方法,研究了KFFCC的轴心受压力学性能、冻融耐久性、冻融后内部损伤变量的变化规律及损伤模型。结果表明:KFF对混凝土受压承载力的提高效果非常明显,在外粘1、2和3层KFF的情况下,KFFCC和普通混凝土轴心受压强度比为19.0%～54.8%、51.9%和73.5%。KFFCC抗冻等级在F300以上,具有优异的冻融耐久性。以相对动弹性模量为损伤变量建立了KFFCC冻融损伤模型,发现动弹模量衰减模型的拟合精度优于冻融累积损伤模型,幂函数模型比指数函数模型有更好的拟合精度和相关性,模型能够较好地反映KFFCC的冻融损伤规律和损伤程度。

关键词： 季节性冰冻地区   冻融循环   路基土   压实度   冻结温度   回弹模量  

摘要： 路基是路面的基础，其整体的稳定性、强度以及水稳定性是公路正常运行的基本保证。季节性冰冻地区由于其复杂的气候条件，路基及地基土容易产生周期性冻～融变形，使得路基土产生融沉和冻胀。融沉和冻胀现象的产生使路面遭到严重损坏，严重的威胁着工程建筑物的安全和稳定，给公路的正常运行造成严重的安全隐患。为了合理的设计季节性冰冻地区的公路路基路面，有必要对季冻区路基土性能变化规律进研究和探讨。\n 本文通过大量的室内实验，对季冻区路基土在冻融循环作用下性能变化规律进行了深入的研究。\n 1、对不同含水率、压实度下的土体进行了无侧限圆柱形试件回弹模量试验，分析了含水率、压实度对土体力学性能的影响，得到了土体回弹模量随含水率、压实度的变化规律。\n 2、对不同循环次数下季冻区路基土回弹模量、压缩系数、剖面含水率变化试验研究，分析了冻融循环次数对季冻区路基土性能的影响规律，得到了季冻区路基土在冻融循环作用下的性能变化稳定点。\n 3、对5次冻融循环作用下季冻区路基土性能变化试验研究。分析了路基土在冻融循环作用稳定时，含水率、压实度、冻结温度对土体性能回弹模量、压缩系数、剖面含水率的影响规律。\n 4、对0～5次冻融循环作用下季冻区路基土SEM电镜扫描分析，微观研究冻融循环次数对土体孔结构变化的影响规律。\n 本文较为系统的研究了季冻区路基土在冻融循环作用下性能的变化规律，对季节性冰冻地区的路基路面结构的设计具有一定的参考价值。

关键词： 冻融循环作用   水工混凝土   退化规律   耐久性   力学性能  

摘要： 耐久性是衡量混凝土材料性能的一个十分重要的指标,随着水利工程的大力兴建,抗冻性已经成为了影响水工混凝土结构耐久性的最重要的因素之一。研究发现除了较寒冷的北方地区外,由于近几年来我国南方地区冬季温度逐年降低,虽然气候环境没有北方地区恶劣,但水工建筑物也普遍存在着冻融破坏现象。因此越来越多的人开始意识到研究冻融破坏对水利工程的重要性。\n 目前国内外对水工全级配混凝土抗冻性的试验研究较少,并且基本上均是针对北方严寒地区气候条件开展的试验研究。对于南方较温和地区的水工混凝土结构并未开展相应的抗冻性试验研究。并且在已有的水工混凝土冻融循环试验中很大一大部分是针对湿筛以后的湿筛混凝土小试件进行的相对动弹模量和质量损失的研究,而对于冻融循环后的全级配混凝土大尺寸试件形态及性质上的研究国内外尚处于空白状态。以往的试验均证明,三峡大坝所用混凝土配合比很合理,混凝土耐久性相对较高。因此,本文参考了三峡大坝混凝土配合比,结合湖北省自然科学基金创新群体项目《混凝土坝功能退化与寿命预测的风险决策研究》(项目编号:2010CDA076),开展了适宜我国南方地区气候条件的全级配混凝土大试件及其对应的湿筛混凝土的冻融循环试验,并针对其冻融后基本力学性能和变形特征开展了一系列研究,本文中所做的具体工作如下:\n 首先进行试验设计,制作了全级配混凝土大试件及对应的湿筛混凝土小试件分别预留部分常态全级配混凝土试件和湿筛混凝土试件后,利用快速冻融装置进行盐冻试验(3%的NaCl溶液)。研究了盐冻循环作用对全级配混凝土及湿筛混凝土的外观、质量损失、相对动弹性模量、内部温度及应变的影响规律。并对盐冻循环至规定次数的混凝土试件进行了劈裂抗拉强度试验,详细论述了两种试件的破坏形态,分析了全级配混凝土及湿筛混凝土试件的强度降低幅度与冻融循环次数的关系,建立劈拉强度与冻融循环次数的关系。并且结合收集到的相关资料,揭示全级配及湿筛混凝土盐冻循环以后各性能的退化规律。\n 希望本文中针对我国南方地区气候条件开展的冻融循环作用下水工全级配混凝土材料性能退化规律的试验研究,可以为我国南方地区大坝、海洋平台等的设计、维修、维护及其寿命预测等提供理论依据。

关键词： 黄土   冻融循环   力学性质   边坡稳定性   损伤试验  

摘要： 冻融过程中土结构由于受到了冷生作用的影响，导致土体冻融后其物理力学性质发生变化。而我国季节性冻土地区占到了国土面积的53.5％，主要分布于我国西北黄土地区，因此研究季冻土区冻融作用对黄土工程性质的影响有极其重要的工程意义。目前，冻融循环作用对土物理性质的影响研究已经比较深入，有较为统一的认识，而冻融循环作用对土力学性质的影响却缺乏统一系统的共识，也没有提出统一的规律性研究成果，因此有待进一步深入研究。\n 本文以陕西杨凌黄土为研究对象，考虑了不同初始含水率、不同冷端温度及不同冻融循环次数三个影响因素，基于重塑黄土系列的静三轴试验详细研究了土样的冻融特性及冻融循环次数对黄土力学性质的影响规律。不同冷端温度试验结果对冻融作用改变黄土结构性从机理上做出解释，为进一步研究冻融循环作用对黄土的影响效应提供理论支持;冻融循环试验揭示了黄土各项力学性质的规律性变化情况，黄土经过冻融循环其强度参数发生了变化，黏聚力在经过一定次数的冻融循环之后降到最低值，并趋于稳定，内摩擦角总趋势上略有增大，规律性不明显;变形方面，基于E-μ模型八参数随冻融循环的变化分析，K、n、G、F值变化规律趋势较明显，总体上冻融循环对土体结构有类似扰动性效应。基于冻融循环试验数据，模拟黄土边坡在不同冻融损伤条件下，冻融深度，冻融区含水量及冻融循环次数三个因素对边坡稳定安全系数的衰减变化规律。

关键词： 损伤模型   冻融循环试验   抗冻性   损伤量   材料参数  

摘要： 混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用的能力。我国地域辽阔，有相当一部分地区处于寒冷地带，其混凝土结构遭受到不同程度的冻融破坏，严重时冻胀开裂使混凝土结构的承载能力降低。抗冻性是混凝土结构耐久性设计中的一个重要指标，研究混凝土的冻融损伤，对合理选择混凝土类型以及采取适当防治措施，充分发挥材料性能，提高设计水平，降低工程造价具有非常重要的意义。 本文依托湖北省自然科学基金项目(项目批准号2012FFB00607)“高性能水泥基复合材料冻融损伤特性研究”，展开对冻融循环作用下混凝土材料抗冻性能的试验研究，主要内容如下： 1.总结了国内外研究学者对混凝土材料损伤的研究理论以及各种损伤模型，详细分析了混凝土的冻融损伤机理。论文根据混凝土的冻融破坏可以看作是材料的疲劳损伤这一观点，利用Aas-Jakobsen材料疲劳损伤寿命公式建立了混凝土冻融损伤模型，经过分析，混凝土材料参数β越大，其抗冻性越差。 2.对三种强度等级均为C50的自密实混凝土、普通混凝土、轻骨料混凝土试块进行了冻融循环试验，循环次数依次为0、50、100、150、200、250、300次，并且每循环50次进行了质量损失和动弹性模量的测定。 3.论文根据试验结果建立了混凝土质量损失率和冻融循环次数的关系曲线以及相对动弹性模量与冻融循环次数的关系曲线，根据试验现象以及实验数据，分析影响混凝土材料抗冻性的因素。 4.论文根据建立的冻融损伤模型，通过对实验数据进行非线性拟合，得到模型中相关的材料参数β曲线，然后将其代入损伤模型，得到了不同种类混凝土的理论损伤量与冻融循环次数的关系曲线。最后将理论曲线与实际的损伤量进行对比，结果表明，理论分析与实际损伤量基本一致。 5.论文研究结果表明，轻骨料混凝土的抗冻性最强，自密实混凝土的抗冻性最差。这主要是因为在冻融循环试验中，影响混凝土抗冻性的材料参数β会随着循环次数的递增，而不断增大，其中自密实混凝土的材料参数增长速度最快，因此自密实混凝土最先被冻坏。

关键词： 活性粉末混凝土   氯盐侵蚀   冻融循环   耦合   强度   氯离子扩散系数  

摘要： 活性粉末混凝土是一种超高性能水泥基复合材料。该材料具有优异的力学性能和耐久性能,特别适用于严酷环境下的结构物的建造与防护。我国北方地区长期与海水或除冰盐接触的结构物,遭受氯盐侵蚀和冻融循环双重破坏作用,其服役环境十分恶劣,因此特别适合采用活性粉末混凝土。本文试验与理论分析相结合,研究活性粉末混凝土在氯盐和冻融循环耦合作用下的耐久性能。 本文以粉煤灰掺量、河砂替代量、钢纤维掺量和初始损伤度为主要变化参数,进行了活性粉末混凝土在氯化钠溶液中的快速冻融试验,测定了试件的基振频率、质量、抗压强度和各深度处的氯离子含量。结合试验结果分析了不同配合比的活性粉末混凝土在氯盐和冻融循环耦合作用下,其相对动弹性模量、质量损失率、抗压强度及氯离子扩散系数的变化规律,并利用Fick第二定律对活性粉末混凝土在氯盐和冻融循环耦合作用下的寿命进行了预测。 在氯盐和冻融循环耦合作用下,活性粉末混凝土的抗冻性能远远高于C50高性能混凝土的抗冻性能；粉煤灰替代硅粉可以提高活性粉末混凝土的抗氯盐和冻融循环耦合作用的能力；河砂替代石英砂对活性粉末混凝土的抗冻性能不利,不但提高了抗压强度损失率,而且降低了活性粉末混凝土的寿命；活性粉末混凝土的抗冻性能随着钢纤维体积掺量的增加而提高；由于活性粉末混凝土的密实度高,内部的少量初始损伤对其抗冻性能没有显著影响,不过其抗压强度损失率随着损伤度的增加而增加。在300次冻融循环内,掺河砂活性粉末混凝土的氯离子扩散系数随冻融循环次数的增加先急剧下降,而后趋于稳定。

关键词： 铁尾矿砂   自密实混凝土   早期自收缩试验   冻融循环试验   水渗透试验   相关性分析  

摘要： 本文以中国第五大铁矿—霍邱铁矿为立项背景，响应绿色环保、节能减排的可持续发展理念并基于自密实混凝土的研究现状，综合开发利用废渣。分别以20%、40%、50%、60%以及80%的废料铁尾矿砂（以下简称：IMT）作为细集料取代天然砂配制自密实铁尾矿砂混凝土，并通过早期自收缩、冻融循环以及水渗透试验深入研究其耐久性能，得出以下结论： 1、试验研究了天然砂SCC和铁尾矿砂自密实混凝土ISCC的早期自收缩性能。试验结果表明，两类自密实混凝土（SCC，ISCC）的早期收缩可以分成快速收缩和平缓收缩两阶段并且主要发生在早龄期。SCC及ISCC1ISCC5均在收缩快速发展区域表现出快速增长的趋势，且在18h时的自收缩达到72h自收缩的65%80%左右。除IMT掺量为40%的ISCC2以外的4种铁尾矿砂自密实混凝土（ISCC1、ISCC3ISCC5）的自收缩整体大于天然砂SCC。且ISCC2在各收缩龄期的自收缩率最小。 2、通过对立方体抗压强度损失率、质量损失率以及相对动弹性模量与冻融循环次数（N）的相关性分析，研究天然砂SCC和铁尾矿砂自密实混凝土（ISCC1ISCC5）的耐久性能。在5种铁尾矿砂自密实混凝土（ISCC1ISCC5）之间，质量损失基本上遵循随着IMT掺量的增加呈现出增加的趋势，40%的IMT掺量在各冻融循环期内的质量损失最小。从ISCC1ISCC5相对动弹性模量的变化曲线来看，N相同时遵循一个规律，当IMT掺量在20%至40%范围内增加，相对动弹性模量逐渐增加即其抗冻融性能逐渐提高，而高IMT掺量反而其抗冻融性能降低。从立方体抗压强度损失的整体变化曲线来看，ISCC5损失值最大，是SCC强度损失的200%左右。表征抗冻融性能的三个指标的关系曲线表明，SCC和ISCC2的各指标表现出抗冻融性能最为接近。 3、通过研究天然砂SCC和铁尾矿砂自密实混凝土（ISCC1ISCC5）的的平均渗水高度与IMT用量以及立方体抗压强度的相关性，得出结论，ISCC2的渗水高度最小与SCC接近。铁尾矿砂自密实混凝土（ISCC3ISCC5）的平均渗水高度均大于天然砂自密实混凝SCC。其中ISCC4及ISCC5的平均渗水高度比较大，是SCC平均渗水高度的150%左右。SCC和ISCC2的平均渗水高度随强度的增长呈下降趋势。通过回归分析，结果表明，自密实混凝土SCC和铁尾矿砂自密实混凝土ISCC2的立方体抗压强度与平均渗水高度的相关系数分别为0.8545，0.8864。

关键词： 预应力   碳纤维片材   加固   耐久性   冻融循环  

摘要： 随着我国交通网络的不断完善，服役的桥梁越来越多，桥梁的维修与加固成了土木工程界的重要课题。作为新型的加固技术，预应力碳纤维片材加固混凝土结构技术有其自身独特的优势。已有的研究表明，预应力碳纤维片材加固技术不但提高了结构的承载能力，改善了加固后结构的工作性能，同时能够充分发挥碳纤维片材的高强性能。由于该技术应用于实际工程的时间并不长，这种新型加固方法的耐久性问题也引起了学术界和工程界的广泛关注。在此背景下，本文主要考虑了碳纤维片材-混凝土粘结界面持续应力大小、混凝土强度等级及冻融循环次数等因素，针对冻融侵蚀环境作用对预应力碳纤维片材加固钢筋混凝土梁的耐久性进行了试验研究与分析。主要研究成果如下： 1．经过冻融循环作用后，试验构件的开裂荷载和极限承载能力有不同程度的下降，冻融侵蚀对碳纤维加固钢筋混凝土构件有明显的不利影响。 2．随着冻融次数的增加，试验构件的破坏模式由混凝土保护层剥离破坏向胶层-混凝土界面剥离破坏和碳纤维片材-胶层界面剥离破坏发展，说明冻融侵蚀作用对粘结界面性能的劣化速率要大于其对混凝土强度的退化速率。 3．碳纤维片材-混凝土界面持续应力的存在加剧了冻融侵蚀作用对界面粘结性能的不利影响，冻融侵蚀和持续应力耦合作用下碳纤维片材-混凝土界面的粘结性能退化速率比单一的冻融环境因素作用更快。 4．通过C60构件与C30构件的试验结果对比分析，混凝土强度等级对碳纤维片材-混凝土界面的抗冻融性能影响不大。 5．对试验结果进行回归分析，建立了碳纤维片材加固混凝土梁在冻融侵蚀环境下的剥离荷载计算公式及折减方程，对冻融侵蚀环境下的碳纤维片材加固混凝土结构设计提供参考和依据。

关键词： 冻融循环   岩石试验   多场耦合   低温模拟  

摘要： 我国是世界上多年冻土分布面积最多的国家之一。随着西部大开发和振兴东北战略的实施，对冻土的研究逐步深入，采用一般冻土力学方法去研究冻岩问题，已难满足日益增长的工程需要。因此，将冻岩问题作为一门新的研究方向提出来是必要的。 冻岩的主要工程危害有岩质边坡的冻融剥蚀、滑塌以至滑坡，隧道岩体的冻胀开裂、失稳，路基及建筑地基由于冻融产生的岩石底板冻胀抬升和融化下沉，输油气管线围岩的冻胀使得管道挤压开裂，液化天然气储存库岩腔冻胀影响储存罐的安全等。目前，研究者研究了冻结对寒区隧道的影响，也对冻胀力对渠道的破坏进行了研究，但对冻结对寒区岩质边坡的影响的研究尚不多见。论文以“青藏铁路沿线地质灾害发育规律及致灾机理研究”为背景，开展如下研究工作： （1）选取工程常见岩性岩石（砂岩、灰岩、花岗岩），加工成标准试件，进行饱和状态下冻融循环试验，冻融温度区间为-20℃～+20℃。观察岩石破坏物理过程，测定试样冻融循环下的尺寸、质量、超声波波速；对不同循环次数下的花岗岩进行单轴抗压试验。同时，取标准试件制作时保留的砂岩和灰岩的岩屑，同步进行冻融试验，每隔5次循环取出部分碎屑进行电镜扫描试验，研究冻融循环下岩石微观结构变化特性。 （2）通过分析冻融循环试验测定物理力学参数，分析冻融破坏形式、试件变形、波速变化规律；岩石不同冻融次数后的抗压强度变化，分析岩石经过冻融后物理力学特性变化；分析0、5、10、15次冻融循环岩石碎屑电镜扫描照片，分析岩石微观损伤规律；总结岩石冻融损伤影响因素。 （3）以冻土理论为基础，研究低温岩体多场耦合等效分析方法。在研究的基础上，建立边坡等效模型，分析不同温度边界对边坡的温度场、位移、应力场的影响。