关键词： 隧道工程   喷射混凝土   冻融循环   损伤  

摘要： 寒冷地区隧道喷射混凝土中赋存的孔隙水会在气温正负交替变化下冻结、融化，从而引起其材料的微观损伤、冻胀碎裂甚至破坏失稳。本文采用室内试验和损伤力学理论分析相结合的方法，制作了100mm×100mm×400mm和100mm×100mm×300mm两种尺寸的C25喷射混凝土棱柱体试块，分别进行了快速冻融试验和单轴压缩试验，测试了经历0次、25次、50次、75次和100次冻融循环次数后试件的质量、动弹性模量、超声波波速、棱柱体轴心抗压强度、弹性模量和应力—应变曲线，对喷射混凝土冻融循环作用下的损伤力学特性进行了研究，建立了喷射混凝土受冻融次数影响的单轴压缩损伤本构模型，并与试验得到的单轴压缩应力—应变曲线进行了对比验证。主要结论如下： （1）喷射混凝土在经历100次冻融循环后，质量损失平均值为0.95%，相对动弹性模量和相对超声波波速平均值分别为96.01%和94.21%，相对动弹性模量和相对超声波波速损失平均值分别为3.99%和5.79%，且质量损失、相对动弹性模量和相对超声波波速都是随着冻融循环次数的增加而降低，即退化规律一致。 （2）测试了喷射混凝土在不同冻融循环次数下的棱柱体轴心抗压强度和弹性模量。在冻融循环前，喷射混凝土棱柱体轴心抗压强度平均值为20.0MPa，经历100次冻融循环后，喷射混凝土棱柱体轴心抗压强度平均值为12.0MPa，相对应的损失为40%；在冻融循环前，喷射混凝土抗压弹性模量平均值为21.85GPa，在经历100次冻融循环后，喷射混凝土棱柱体抗压弹性模量平均值为14.49GPa，相对应的损失为33.68%。喷射混凝土棱柱体轴心抗压强度和弹性模量都是随着冻融次数的增加而减小。 （3）经过不同次数冻融循环作用后的喷射混凝土的应力—应变曲线变化趋势基本相似。随着冻融循环次数的增加，峰值点应力f c不断降低，相应的峰值应变ε c和极限应变ε u不断增大，曲线趋于扁平。 （4）以弹性模量为损伤变量，建立了喷射混凝土的冻融损伤演化方程，冻融损伤与冻融次数的关系可用一次函数表示。 （5）利用Lemaitre等效应变假设及其相应的损伤模型，得到了喷射混凝损伤本构模型，并将本构模型计算得到的应力—应变关系曲线与试验曲线进行了对比，结果表明所建立的损伤本构关系与试验结果基本一致，损伤力学模型是可靠的。 通过本文的研究，可为寒区隧道喷射混凝土损伤力学的研究提供必要的参考和借鉴作用，并且对寒区隧道的设计与施工具有一定的参考价值。

关键词： 压电陶瓷   传感器   智能骨料   耐久性   冻融循环   受力性能   被动检测   正弦信号  

摘要： 近年来，压电陶瓷（如PZT）传感器由于体积小、响应速度快、造价低廉且便于施工等一系列优点在混凝土结构的健康监测等方面应用日益广泛。为了减小外界环境对PZT片工作性能的影响，将PZT片预埋在一个小体积的混凝土砌块中并将这种新型的传感器称为智能骨料（The SmartAggregate,简称SA）。作为一种新型的压电陶瓷传感器，中外学者对它的封装和保护方法进行了探讨，并取得一定的成果。但是，对于它本身的耐久性能以及在一定应力状态下的工作性能的研究仍然处于初步阶段。本文通过对智能骨料分别进行冻融循环试验和受压与受剪试验来检验它的耐久性和一定应力环境下的工作性能。 本文采用试验的方式进行研究，具体工作包括以下几个方面； （1）介绍研究背景、目的及意义，以及国内外研究现状。简单介绍智能材料的基础知识及压电陶智能瓷传感器的广阔应用前景。 （2）完成了智能骨料抗冻融循环性能试验。参考智能骨料外包层混凝土冻融循环试验的国家标准，制定出智能骨料冻融循环试验的试验方法，每隔20次循环将压电陶瓷作动器与智能骨料相连，通过分析智能骨料采集到的压电陶瓷正弦信号，来分析智能骨料的工作性能。结果表明：智能骨料的具有良好的抗冻融循环性能。 （3）进行了压电智能骨料的抗压与抗剪性能试验。为了考查智能骨料的抗压与抗剪能力，利用100kN液压式万能试验机对智能骨料进行受压和受剪切试验。在智能骨料的受压和受剪过程中，通过声发射技术，并将智能骨料上的外接导线与示波器相连，统计示波器上的突变峰值所对应的荷载等级，对智能骨料的破坏过程进行实时监测直到骨料外包材料破坏为止。结果表明：智能骨料内部压电陶瓷片尺寸是影响其抗压与抗剪能力的主要因素，骨料外包层和内部压电陶瓷片尺寸越小，骨料的抗压与抗剪能力越强。 （4）总结本文的主要研究工作，对试验结论进行系统归纳整理，并对今后的研究方向和内容提出建议。

关键词： 冻融循环   直剪试验   细粒土  

摘要： 新疆地质条件复杂以及春秋季温度变差较大,使得细粒土冻融循环前、后土体的物理、力学性质发生变化,现通过室内冻融循环试验和剪切试验,对细粒土冻融循环前、后抗剪强度特性参数变化进行研究,对不同冻融循环温度变差范围及不同冻融循环次数条件下,细粒土强度特性参数粘聚力c、内摩擦角Ф值的变化规律进行揭示。

关键词： 冻融循环   钢筋混凝土梁   受剪承载力   计算方法  

摘要： 混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一,严重影响了建筑物的长期使用和安全运行,给社会带来巨大安全威胁和经济损失。因此,研究冻融环境下钢筋混凝土结构的受剪承载力,无论是在丰富完善混凝土强度理论研究的知识体系,还是在帮助工程师更合理地利用材料强度、更科学地分析和设计混凝土结构都有着重要的理论意义和应用价值。 本文作为国家自然科学基金课题《冻融循环作用下混凝土及预应力混凝土结构的受力性能研究》(50978224)的一部分,设计制作了45根不同箍筋间距的钢筋混凝土梁,在经过不同次数的冻融循环后进行静载试验。通过静载试验研究分析不同冻融循环次数、不同箍筋间距对混凝土梁受剪性能的影响,并基于试验的基础上,建立了抗剪承载力理论计算公式和简化规范计算公式,为工程应用提供参考。本文主要工作如下： 1.对与试验梁同条件制作、养护的C40混凝土棱柱体以及非标准立方体试块进行冻融循环试验,每隔25次测一遍棱柱体试件的质量损失率及相对动弹性模量以及立方体的极限抗压强度,为梁的静载试验提供依据。 2.对冻融后的试验梁进行静载试验,观测弯曲裂缝、剪切裂缝的发生、发展以及试验梁的破坏形态。 3.对静载试验的结果进行分析,研究不同冻融循环次数、箍筋配箍率对试验梁的挠度、纵筋和箍筋应变、开裂荷载以及极限荷载的影响,总结出影响规律。 4.采用桁架-拱模型,考虑剪跨比、箍筋配箍率以及冻融循环的影响,推导出冻融循环作用下钢筋混凝土抗剪承载力的理论计算公式,并与试验结果比较,分析公式符合程度。 5.考虑到冻融循环对混凝土、钢筋以及它们之间的相互影响,在现行混凝土设计规范抗剪承载力公式中引入与冻融循环相关的斜截面承载力综合影响系数Sd,通过拟合得到Sd与冻融循环次数n的关系。

关键词： GFRP锚杆   冻融循环   长期荷载   粘结性能  

摘要： GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)是玻璃纤维增强聚合物的英文缩写。它作为一种新型复合材料目前正逐步应用于土木工程领域。利用其质轻、高强、耐腐蚀的力学性能制作成GFRP锚杆应用于路面边坡工程及岩土工程的加固,可以较好的解决钢锚杆易腐蚀、施工困难等问题。但是到目前为止,对GFRP锚杆的冻融等耐久性的研究和GFRP锚杆在长期荷载作用下粘结性能的退化规律研究很少。因此,本文通过一系列试验来测试GFRP材料锚杆的长期力学性能。主要内容有： (1)对GFRP锚杆粘结性能及耐久性的现有研究成果进行了概括总结,包括对粘结性能的试验方法、粘结机理、破坏过程和形式、粘结力影响因素、现有的较为成熟的粘结-滑移本构关系进行讨论；并对GFRP锚杆蠕变性能和冻融循环作用下锚杆力学性能的变化进行讨论,为耐久性试验提供参考依据； (2)对GFRP锚杆进行冻融循环加载后,通过杆体拉伸试验测试其拉伸强度和弹性模量,研究了抗拉强度和弹性模量的变化规律。并对其性能变化原因作简要分析,采用多项式函数非线性拟合其性能变化规律曲线。从研究数据看,GFRP锚杆杆体的抗冻融性能良好； (3)对GFRP锚杆进行冻融循环加载后,通过与混凝土粘结拉式试验测试其粘结强度和滑移量,研究了粘结强度的变化规律。并对其性能变化原因作简要分析,采用多项式函数非线性拟合其性能变化规律曲线。从研究数据看,GFRP锚杆在冻融循环作用下粘结性能良好； (4)对GFRP锚杆-混凝土粘结试件进行加载大小不等、加载时间不同的长期加载,通过与混凝土粘结拉式试验测试其粘结强度和滑移量,研究了粘结强度的变化规律。采用指数函数非线性拟合考虑单因素作用下(加载大小或时间)的性能变化规律曲线。从研究数据看,GFRP锚杆在长期荷载作用下粘结性能退化不显著,长期性能优良。

关键词： 浅埋   公路隧道   硫酸盐   氯盐   冻融循环   安全性状  

摘要： 运用同济曙光软件建立荷载-结构法拉压弹簧模型,对硫酸盐、氯盐及冻融循环复合作用后Ⅴ级围岩中埋深为10 m的隧道进行分析计算.通过研究得出钢筋锈蚀程度的加重会导致隧道安全性能降低;衬砌不同部位的病害对隧道安全性的影响不同,当衬砌具有相同钢筋锈蚀程度和纵向裂缝深度时,拱顶处病害比拱腰处病害对隧道安全性能的影响更大;当环向裂缝宽度小于0.2 mm时,环向裂缝宽度的变化对隧道衬砌安全性能影响不大.

关键词： 高温   冻融循环   花岗岩   损伤变量  

摘要： 高低温冻融循环条件下岩石的力学特性是岩石力学与工程中的一个重要课题。通过试验研究了花岗岩在不同温度幅值的高低温冻融循环条件下,单轴抗压强度、弹性模量、峰值变形、应力-应变曲线随循环次数变化的规律,并基于Loland损伤力学模型,推导出岩石类材料损伤变量表达式,揭示了花岗岩力学性能劣化与循环次数、循环温度幅值的关系,为高低温冻融循环条件下岩石力学性能的研究提供一定的试验、理论基础。

关键词： 浅埋   公路隧道   氯盐   冻融循环   安全性状  

摘要： 对氯盐和冻融循环复合作用后Ⅴ级围岩中埋深为10 m的隧道,运用同济曙光软件建立荷载—结构法拉压弹簧模型进行分析计算。计算表明:1)随着环向裂缝宽度(钢筋锈蚀程度的增加)以及纵向裂缝深度的增加,隧道安全性能逐渐降低;2)衬砌具有相同钢筋锈蚀程度和纵向裂缝深度时,拱顶处病害比拱腰处病害对隧道安全性能的影响大;3)当环向裂缝宽度小于0.2 mm时,环向裂缝宽度的变化对隧道衬砌安全性能影响不大。

关键词： 湿筛混凝土   冻融循环   应力比   双轴压强度   破坏准则  

摘要： 采用快速冻融法,对湿筛混凝土试件进行了冻融循环。利用大型动三轴试验机,对冻融循环后的湿筛混凝土试件进行单轴压和4种应力比的双轴压试验,观察试件的破坏形态和表面裂缝分布情况,测得双轴主压方向的极限强度,剖析了冻融循环次数和应力比对极限强度的影响规律。试验结果表明:随冻融循环次数的增加,湿筛混凝土的双轴压极限强度呈非线性降低;在冻融循环次数相同的情况下,双轴压极限强度相对于其单轴强度均有所提高,而提高幅度取决于应力比。提出了带有冻融循环次数和应力比参数的修正湿筛混凝土破坏准则公式,可为寒冷地区的海洋工程、水工结构强度分析和寿命预测提供理论依据。

关键词： 冻融循环   路基边坡   边坡稳定性   强度折减法  

摘要： 为研究冻融循环作用对路基边坡稳定性的影响,建立了路基变形场及应力场的三维数值计算模型,并应用强度折减法求解路基边坡在冻融循环作用后的安全系数,分析了冻融作用范围内路基应力场和变形场的分布规律,得出冻融循环作用次数与路基边坡安全系数的关系。结果表明:冻融循环会改变路基边坡土体的力学性质,从而影响路基边坡的稳定性。路基边坡受到的冻融循环作用是引起路基病害的直接原因,反复的冻融循环作用将引起路基边坡稳定性的降低。