关键词： 路基土   冻融循环   三轴压缩试验   微观结构   宏微观关系  

摘要： 我国季节冻土区分布十分广泛，占到国土面积的50%以上。季冻区的道路一直深受冻害的影响，如路基冻胀、融后翻浆；反复冻融之后，路基的力学特性大多向不利的方向发展。抗剪强度决定了路基的承载能力，冻融对其影响的研究必须引起足够的重视。为此本文研究了冻融循环作用下路基土的剪切强度。微观结构的改变是宏观行为变化的本质所在，因此本文还研究了冻融循环作用下路基土的微观结构变化，并且分析了其与剪切强度的关系。 本文首先研究了冻融循环作用下路基土的剪切强度，试验土样取自长春三个不同地区，塑性指数分别为10.7、15.97以及21.94，命名为1号土、2号土和3号土。测得三种土样的基本物性指标后，在最佳含水率下击实制成具有最大压实度的试件。模拟封闭式冻结环境，对试件进行0～7次冻融循环。对冻融后的试件进行三轴压缩试验，得到剪切强度、粘聚力以及内摩阻力随冻融循环次数的变化规律。结果发现路基土的剪切强度在冻融循环的作用下均会出现先下降后趋于稳定的变化规律。但是塑性指数不同，具体变化规律也不相同，土样塑性越高，剪切强度的下降期和稳定期来得越晚。粘聚力随冻融循环变化的整体规律与抗剪强度的变化基本上是一致的，但是当剪切强度基本稳定之后，粘聚力仍有一定的波动。高塑性粘性路基土相比低塑性粘性路基土，内摩阻力对剪切强度的贡献相对要大一些。 本文将微观结构状态分为“颗粒形态”、“颗粒排列方式”、“孔隙性”、“颗粒接触特征”四项结构要素，再将结构要素分为9类（12项）微观结构参数。选用与三轴压缩试验相同的土样，同样经历0～7次冻融循环，采用扫描电子显微镜（SEM）获取土样的微观结构图像。然后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，获取微结构的基本几何信息。 定量分析冻融循环作用下12项微观结构参数的变化情况，发现各微观结构参数的变化各有其独特的规律。塑性较大的2号土和3号土很多微观结构参数的变化曲线在整体或局部上具有一定的相似性，与塑性较低的1号土的变化曲线却差别很大。于是本文作者猜测存在一个塑性界限，塑性大于该塑性界限的土样在冻融循环的作用下将呈现相似的微结构变化趋势，并且与塑性低于该塑性界限的土样的微结构变化趋势差别很大；在此称该塑性界限为“冻融塑限”。 为了研究宏微观之间的关系，本文利用灰色关联法评价了多次冻融循环作用下粘聚力c和内摩擦角与12项微观结构参数的关联性，进而推断了剪切强度与微结构参数的关联性；经过研究发现冻融循环作用下与剪切强度相关联的微观结构参数有9项，即平均粒径、粒度分维、平均丰度、平均圆形度、定向概率熵、颗粒分布分维、平均孔径、孔径分维、孔隙分布分维。在考虑正应力σ的条件下，应用RBF神经网络建立了冻融循环作用下剪切强度与微观结构参数的关系模型，并且进行了仿真和验证；证明了这9类优选出微观结构参数对剪切强度的影响较为稳定，是决定剪切强度的内在原因。

关键词： 混凝土   冻融循环   硫酸盐侵蚀   损伤规律   应力-应变全曲线  

摘要： 我国北方寒冷地区水、土壤中含有丰富的硫酸盐。混凝土在遭受硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用时，较单一因素作用会产生更严重的破坏，影响混凝土结构的耐久性。因此开展硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下混凝土耐久性研究有着重要的理论与工程实际意义。 采用快速冻融试验方法，进行了普通混凝土盐冻（硫酸盐）试验，以硫酸盐溶液浓度、种类及冻融循环次数为主要考察因素，分析了盐冻循环下混凝土外观、微观、质量、相对动弹性模量、抗压强度和损伤层厚度的变化规律；基于宏观损伤力学理论，建立了普通混凝土在盐冻循环下的损伤演化方程，探讨了随冻融循环次数的变化混凝土损伤演变规律。结果表明：硫酸盐溶液对混凝土冻融破坏既存在抑制作用又存在促进作用；随着冻融循环次数的增加，硫酸盐溶液对混凝土冻融破坏由抑制作用逐渐转变为促进作用；随着溶液浓度的增加，硫酸钠溶液对混凝土的冻融破坏由促进作用逐渐转变为抑制作用。 开展了水冻和盐冻（5%硫酸钠）作用下普通混凝土受压应力-应变全曲线试验研究。对普通混凝土棱柱体进行快速冻融循环后，进行单轴抗压试验。得到了水冻和盐冻作用下普通混凝土应力-应变全曲线方程及相关参数。结果表明：随着冻融循环次数的增加，混凝土受压应力-应变全曲线逐渐趋于扁平，峰值应力、弹性模量不断下降，峰值应变不断增加。水冻作用下混凝土峰值应力、峰值应变和弹性模量初期变化较快，盐冻（5%硫酸钠）作用下后期变化较快。

关键词： 冻融循环   混凝土   力学性能   试验   分析  

摘要： 在科学技术蓬勃发展与经济社会建设脚步日益完善的推动作用之下，社会大众持续增长的物质文化与精神文化需求同时对新时期的建筑施工行业提出了更为全面与系统的发展要求。混凝土作为建筑施工工程的关键应用材料之一，其质量高低将直接关系到整个建筑施工项目施工质量的高低。本文依据这一实际情况，以冻融循环条件下的混凝土建筑施工为研究对象，以实验设计的方式对冻融循环条件下混凝土的力学性能表现进行了详细分析，针对实验所得出的结果进行了简要分析与探讨，并据此论证了不断提升混凝土力学性能在确保混凝土建筑施工工程质量与工程效率的过程中所起到的至关重要的作用与意义。

关键词： 钢管混凝土   短柱   冻融循环   有限元分析   设计方法  

摘要： 由于具有良好的力学性能,钢管混凝土被越来越广泛的应用到实际工程中。目前,多数研究关注钢管混凝土构件的短期荷载效应,然而,与钢筋混凝土构件类似,钢管混凝土构件也可能遭受氯离子腐蚀和混凝土冻胀问题。近年来,由于混凝土内自由水的结冰和迁移以及钢管的低温开裂,我国北方发生了多起钢管混凝土构件低温破坏事故。因此,研究冻融环境下的性能对于保证寒区钢管混凝土结构的安全至关重要。 本文从试验和理论两方面着手,较深入地研究了冻融循环作用后钢管混凝土短柱的轴压力学性能,主要进行了以下工作： (1)综述了钢管混凝土的轴压力学性能、FRP增强混凝土的抗冻性能和钢管混凝土的抗冻性能方面的研究现状,阐述了本文的研究内容和研究方法。 (2)设计并完成了15个圆形截面和15个方形截面钢管混凝土短柱受冻融循环作用后轴压力学性能试验,主要考察了冻融循环次数和截面含钢率对冻融循环作用后钢管混凝土轴压力学性能的影响。 (3)基于对试验结果的分析,初步提出了考虑冻融循环作用影响的核心混凝土本构关系模型,并利用有限元软件ABAQUS建立了冻融循环作用后钢管混凝士轴压短柱的理论分析模型,数值计算结果与试验结果吻合较好。 (4)利用经试验结果验证的理论模型,系统分析了冻融循环次数、材料强度和截面含钢率对冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱力学指标的影响,并建议了冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱承载力和组合弹性模量的简化计算公式。

关键词： 天然盐渍土   冻融循环   三轴压缩试验   Duncan-Chang模型参数  

摘要： 通过对罗布泊地区天然盐渍土的现场勘察、取样及密度试验、天然含水率试验、颗粒分析试验、易溶盐试验、不同洗盐程度下的液塑限试验和不同冻融循环次数下的渗透试验，系统地对罗布泊天然盐渍土的基本物理性质进行了研究。结果表明：在0.2m～2.0m范围内，天然密度随深度的增加而增加；结晶盐的存在加大了该地区盐渍土的天然含水率；盐渍土主要以含砂细粒盐渍土为主；按盐渍土分类划分主要为氯盐渍土及硫酸盐渍土，含盐量普遍较高，多属超、强盐渍土，在0.2m～2.0m范围内随深度的增加含盐量降低。该地区盐渍土易溶盐含量与电导率存在显著的相关性，洗盐后不同含盐量的液塑限试验表明氯盐渍土和硫酸盐渍土的液塑限随含盐量的降低而升高；在冻融3～5次时盐渍土的渗透系数增大明显，随着冻融次数的增加及渗透时间达到一定时盐渍土中可溶盐减少，渗透系数增加不明显。 选取该地区典型天然强氯盐渍土试样，在不同冻融循环次数下进行三轴不固结不排水剪切试验。试验表明：强氯盐渍土随冻融循环次数的增加抗剪强度参数cu表现出降低的趋势，内摩擦角u则表现出略微增大的趋势,但增幅不大。 固结排水条件下，粘聚力cd随冻融循环次数的增加而减小，两种不同干密度的试样随冻融循环次数的增加内摩擦角逐渐减小，较小干密度的试样，内摩擦角d减小的幅度大。较大干密度时，未冻融试样在较小围压下应力应变曲线表现为应变软化型，随着冻融循环次数的增加，两种干密度试样的应力应变曲线逐渐变为应变硬化型；相同冻融循环次数、同一干密度下，初始切线模量随围压的增大而增大，增量切线模量随围压的增大而减小。随着冻融循环次数的增加，Duncan-Chang E-μ模型参数Rf略有增大，K值略有降低。

关键词： 半刚性基层   抗冻性能   冻融循环试验   抗压强度   施工技术  

摘要： 在我国北方季冻地区低温、潮湿的环境下，半刚性基层的冻融损害是最常见的病害。尤其是近年来随着交通量增大、极端恶劣气候变化频繁，半刚性基层面临更加严峻的考验，如何提高半刚性基层的抗冻融性能成为工程领域急需解决的问题。论文开展半刚性材料抗冻性能与抗冻融施工控制技术研究，对于提高半刚性基层沥青路面的抗冻性能，减轻季冻区沥青路面的破坏，提高沥青路面的使用性能和耐久性，降低沥青路面养护维修费用，具有重要指导意义。本论文针对半刚性路面基层冻融破坏现象，通过半刚性基层材料室内冻融试验，研究半刚性基层材料冻融试验方法和控制标准，为建立统一评价半刚性基层冻融评价手段和方法提供依据；结合实体工程施工，通过混合料配比、离析及层间结合方式的控制，总结半刚性基层抗冻融的施工关键技术，强化施工质量控制。本论文在大量试验研究和分析对比的基础上，确定了半刚性基层室内冻融循环试验方法和试验条件，用来评价半刚性基层材料的抗冻融稳定性；提出了中、重冻区半刚性材料的抗冻指标为28天龄期5次冻融循环残留抗压强度不得低于50%、180天龄期10次冻融循环残留抗压强度不得低于70%，轻冻区半刚性材料的抗冻指标为28天龄期5次冻融循环残留抗压强度不得低于40%、180天龄期10次冻融循环残留抗压强度不得低于65%；半刚性基层宜尽可能早成型，最好在夏末秋初第一次霜冻期来临前45天完工，抗冻最低强度要求为冻前抗压强度达到3.5～4.0MPa;提出了半刚性基层抗冻施工措施。

关键词： 黄土状土   冻融循环   孔隙   分形  

摘要： 针对地下工程中出现的岩土冻害问题,从细观力学角度出发,通过控制温度差异、保持含水率等因素来进行黄土状土的快速冻融试验,研究黄土状土在1到30次不同冻融循环作用下的土颗粒与孔隙的变化特征,来分析冻融风化劣坏机理。用压汞试验定量分析孔径变化特征,从分形几何角度来进一步分析黄土状土的冻融破坏机理,研究成果对黄土路基病害形成机理及防治措施研究具有重要的科学意义。

关键词： 混凝土   超低温   冻融循环   强度   微观结构  

摘要： 混凝土结构已应用于低温、超低温环境领域,而当前对超低温下混凝土性能的研究很少,超低温冻融循环作用下混凝土强度的研究在国内几乎是空白。参照《普通混凝土长期性和耐久性试验方法》,考虑循环次数、循环时的最低温度、水胶比及外界环境湿度等参数的影响,进行了立方体混凝土抗压、抗拉强度试验及砂浆残样的SEM扫描电镜试验,探究超低温冻融循环作用对混凝土强度的影响及损伤的微观机理。强度试验结果表明,较常规冻融循环,超低温冻融循环对混凝土有更不利的影响,且随温度的降低,水胶比的提高,损伤有加大的趋势;相应地,SEM电镜试验下混凝土砂浆孔径增大,材料变得更疏松,从机理上解释了强度试验结果的合理性。

关键词： 岩石   冻融循环   损伤劣化   抗拉特性  

摘要： 通过开放饱水状态下的冻融循环试验研究了红砂岩和页岩2种岩石的冻融损伤劣化及破坏行为,将经历不同冻融次数后的岩样进行抗拉试验,分析了冻融循环作用对岩石损伤及抗拉特性的影响。研究表明:由于岩性及初始损伤状态不同,红砂岩的冻融损伤劣化模式为剥落模式和断裂模式,而页岩为裂纹模式;岩石抗拉压特性的冻融效应具有相同的规律性,2种岩石的劈裂抗拉强度均随冻融循环次数的增大而减小,但其抗拉特性对冻融循环反映更敏感,损伤劣化更显著;红砂岩受冻融循环次数影响引起的损伤较页岩大;寒区岩体工程稳定性评价中必须考虑应力状态对岩石冻融损伤的影响。