关键词： 混凝土试件   相对动弹性模量   饱和系数   冻融循环试验   中混凝土   质量变化   无机盐类   亚硝酸钠   试验结果   破坏现象   模量变化   概念解释   冻融过程   测定   饱水速率   外加剂   水压力   水压法   密度法   氯化钠  

摘要： 分别采用密度法和水压法测定了W/B为0.5,0.42,0.3和0.26混凝土试件空隙率,主要研究无机盐类外加剂对混凝土水饱和系数的影响,这些盐类包括氯化钠、硫酸钠和亚硝酸钠.试件在水压力下吸水得到0%～100%的饱和系数,经6次快速冻融循环后测定其相对动弹性模量,试验结果证明了混凝土的极限饱水程度确实存在,结合混凝土的相对动弹性模量变化、质量变化,用饱水程度和局部饱和概念解释了冻融循环试验中混凝土的破坏现象.证实了冻融前的初始饱和系数和冻融过程中的饱水速率均随含气量的增大而减小.

关键词： 黄土   冻融循环   封闭系统   开放系统   体变   渗透性  

摘要： 黄土作为特殊土之一,在我国的中西部季节性冻土区广泛分布,是该地区常用的建筑材料。如土坝、堤防、路基、边坡等都是黄土构筑物。但季节性冻土地区的黄土构筑物在其运行期内,都不可避免的要经受冻融循环作用。强风化的冻融循环过程强烈的改变着土的结构性,是导致寒区黄土物理力学性质劣化的重要原因之一。我国经济的飞速发展与西部大开发战略的提出,势必带来大量的寒区黄土工程建设。深入研究冻融循环对黄土物理力学性质影响的规律势在必行。目前,冻融对黄土物理性质影响规律的研究已比较深入。但长期冻融循环对土物理性质影响的研究较少,有待进一步系统研究。 本论文依托国家自然科学基金项目《黄土工程性质劣化机理与构筑物寿命预测研究》(N0. 50779058)与中科院冻土工程国家重点实验室开放基金项目《反复冻融循环对黄土工程性质影响规律与定量化描述研究》(SKLFSE200803),对杨陵Q3黄土在反复冻融循环后的物理性质变化规律进行了较为深入的研究。主要研究成果为: (1)对黄土进行了封闭系统下的冻融循环试验,结果表明,黄土在冻融过程中并不单一的冻胀融沉。在冻结过程中,土体普遍表现为在“先胀后缩”。融化过程中,土体体变曲线线形随试样的初始状态与冻融循环次数变化而改变;初始含水率越高,冻融破坏作用越剧烈;密实的土样始终存在“先胀后缩”,较松散土样体变在冻融循环后期的融化过程中则由冻融循环初期的“先胀后缩”转变为“单调融胀”。 (2)对封闭系统下土体的冻胀变形与融沉变形进行了研究分析,试验表明:密实的土样冻融循环过程中冻胀变形与融沉稳定变形随冻融循环次数增加累积增加,且土体初始含水率越高,土体变形量也越大;最优含水率下,冻融循环后试样冻胀与融沉变形量随干密度增加有先升高后降低的趋势;冻融循环对松散的土样有固结作用。在10个循环周期内冻融破坏作用最强,土体变形最为剧烈;30次循环后,土体逐渐趋于动态平衡。对冻胀、融沉稳定变形与冻融循环次数之间线性关系进行拟合,并建立了经验数学公式。 (3)封闭系统下土体渗透系数变化规律:对于密实的土样,试样初始含水率越高,冻融循环对土体的结构破坏作用越强,渗透系数变化也越大,试样需更长的循环周期达到动态稳定。而最优含水率的试样,冻融循环对松散土样因有微弱的压实,渗透性有轻微降低,而较密实土样渗透性提高;试样渗透系数变化率随干密度的增加单调增加。土样渗透性在前10次冻融循环过程中变化最为剧烈,经历30次冻融循环后逐渐趋于稳定。 (4)通过开放系统下的冻融循环试验,研究了开放系统下冻融循环对黄土体变的影响规律。结果表明:土体冻胀量与融沉稳定变形量随冻融循环次数增加累积升高;前5次冻融循环对土体强风化作用最为剧烈;10次冻融循环后,冻胀量与融沉稳定变形量已基本稳定,但土体表层的冻融风蚀作用持续累积。另外,笔者尝试对开放系统下土样变形与冻融循环次数之间关系进行了线形拟合并建立了经验数学公式。

关键词： 混凝土   冻融循环   抗压强度   应力-应变全曲线  

摘要： 混凝土结构在自然环境和正常使用条件下,随着时间的推移,材料逐渐老化、结构性能逐渐劣化,出现损伤甚至损坏,是一个不可逆的过程,它不是直接由力学因素引起的。混凝土的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、正常使用和可接受的外观能力。我国地域辽阔,冻融破坏不仅是严寒地区最为突出的混凝土病害之一,在长江以北的华东地区也发生混凝土受冻破坏的现象。因此研究混凝土在冻融环境中的力学和变形特性,对充分发挥材料强度,提高设计水平,降低工程造价具有十分重要的实际意义。 本文作为国家自然科学基金项目《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》(项目批准号50978224)的一部分,展开对冻融循环作用下混凝土材料受压性能的试验研究,主要工作内容包括如下: (1)制作四个不同等级的混凝土试块(立方体、棱柱体)作为研究对象,其中包括普通混凝土(C20、C30)、高强混凝土(C40、C50)。 (2)对C20、C30、C40、C50四个不同等级的混凝土标准立方体试块和100㎜×100㎜×300㎜的试块进行冻融循环试验,冻融循环次数包括普通混凝土0次、25次、50次、75次、100次,高强混凝土0次、25次、50次、75次、100次、125次,且每循环25次进行质量损失和动弹性模量的测定。 (3)通过试验得到四个等级混凝土试块冻融前后的含水率,分析试块含水率随冻融循环次数增加的变化规律。 (4)对冻融循环作用后的四个强度等级的混凝土立方体试块进行抗压强度试验,分析了其破坏形态。通过对试验数据的整理,分析了冻融循环次数对四个强度等级混凝土的强度和变形的影响。并且建立了四个强度等级混凝土相对强度与冻融循环次数之间的关系,为了实际运用的方便,还建立了混凝土强度与相对动弹性模量之间的关系式。 (5)对冻融循环作用后的普通混凝土棱柱体试块进行单轴抗压强度试验,分析了其破坏形态。结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土的受压应力-应变曲线渐趋扁平,峰值应力降低,峰值应变、极限应变增大。回归试验结果,建立了相对峰值应力、峰值应变、极限应变与冻融循环次数的关系,峰值应力与相对动弹性模量之间的关系,受冻融循环作用后混凝土的应力-应变全曲线方程及确定其参数的公式。

关键词： 高速铁路路基   固化剂改良土   冻融循环作用   土的动力学特性  

摘要： 我国高速铁路发展迅速,如此辽阔的土地上建设高速铁路难免会受到各种环境因素的制约。在季节性冻土区铁路的路基承受着冻融循环的影响,要寻找一种有效的抵抗冻融循环的路基土改良方法。由于列车对路基的循环荷载作用,因此改良后的路基还要有优良的动力学特性。固化剂改良土是近年来采用的一种新的土壤改良技术,并且在国内外都有应用。本文以哈大客运专线为工程背景,对Aught-Set固化剂改良土进行在冻融循环作用下的静力与动力特性进行实验分析,主要做了如下几个工作： 首先,对无冻融循环的素土与Aught-Set固化剂改良土进行了无侧限抗压强度对比实验。再利用室内实验来模拟路基承受冻融循环作用,得到冻融循环负温和冻融循环次数变化对改良土无侧限抗压强度的影响。模拟真实路基承受的围压力,对冻融循环下的固化剂改良土进行围压为20kPa的常规三轴实验,得到冻融循环作用下改良土的应力应变的变化规律。 其次,对无冻融循环的素土与Aught-Set固化剂改良土进行了动力三轴实验,了解无冻融循环时固化剂改良与与素土的动力学特性。进行冻融循环下的Aught-Set固化剂改良土动力三轴实验,得到Aught-Set固化剂改良土动力学指标随冻融循环作用的变化规律。包括：临界动应力、动模量、动强度随冻融负温降低的变化规律和随冻融次数增加的变化规律。

关键词： 公路工程   水稳定性能   长期老化   冻融循环   评价方法  

摘要： 通过对长期老化作用前后的沥青混合料进行多循环冻融劈裂试验,分析了空隙率、沥青粘结料类型以及冻融循环次数等因素对沥青混合料水稳定性能的影响规律,为研究高温多雨条件下的路面水损害提供了参考。

关键词： 碱-硅酸反应   冻融循环   纤维混凝土   复合损伤   膨胀率   相对动弹模  

摘要： 影响混凝土耐久性的因素是错综复杂的,且多因素的共同作用常常互相促进,从而导致混凝土耐久性迅速下降。碱骨料反应和冻融循环是影响混凝土耐久性的两个重要因素。目前,关于各单一因素对混凝土耐久性破坏的研究已相对成熟和完善,但是关于ASR与冻融循环协同作用的机理仍然没有一个确切与合理的说法。本文在碱硅酸反应、冻融循环单一作用效应对混凝土耐久性影响研究的基础上,以膨胀率、相对动弹模两个指标作为损伤变量,详细研究了纤维混凝土在碱硅酸反应和冻融循环协同破坏作用下的复合损伤效应,并针对这种复合损伤采用三因子二次回归正交设计试验方法,寻求抑制该损伤的措施及各因素最佳组合。考虑到ASR和冻融循环难以同时进行,本试验安排了两种损伤组合方式:其一,先发生ASR再进行冻融;其二,先进行冻融再进行ASR。并就某一指标对比分析单一作用效应和协同作用效应的不同。主要研究结论如下: (1)对于先发生ASR后进行冻融循环的情况:试件在前期发生的ASR会促进后期的冻融破坏,前期ASR反应程度越大(即碱含量越高),后期冻融破坏膨胀率越大,开裂较严重,其抗冻性越差,对应的相对动弹模越小;碱含量为1.5%的试件试验结束时的膨胀率和相对动弹模分别为1.265%和62%。 (2)对于先发生冻融破坏再进行ASR的情况:试件在早期受到的冻融循环作用,同样也会促进后期的ASR损伤,加速损伤过程;早期冻融循环损伤越严重,后期ASR造成的损伤也越严重;受冻融循环作用的试件,在进一步受到ASR作用时,损伤的规律性与单一ASR损伤相类似,类似于较严重的ASR作用。早期冻融循环作用并没有改变后期ASR反应的规律性;冻融循环使混凝土内部产生微损伤、改变混凝土的微观结构以及此过程中碱的富集,是造成其加剧ASR损伤的原因。 (3)试件在ASR和冻融循环两种破坏因素的共同作用下,都体现出比单一作用更大的劣化值,甚至超过了两者单一作用劣化指标之和。也就是说,ASR和冻融循环的协同破坏效应,表现为一种超叠加效应。 (4)通过三元二次回归正交设计,研究了粉煤灰、聚丙烯纤维、引气剂对纤维混凝土在ASR-冻融协同破坏作用下的损伤抑制。经过分析得出在本试验掺量范围内,当粉煤灰掺量取33.53%、聚丙烯掺量取1.25kg/m3、引气剂掺加0.0335%时抑制效果最佳。此外,通过单因子效应分析可知聚丙烯纤维对膨胀率和相对动弹模的作用效应较小。

关键词： 冻融损伤   饱和度   浸水   耦合作用   孔隙率   孔隙度   冻融循环作用   岩石损伤   应变等价原理   岩石力学与工程学报   各向同性损伤   碎屑岩   页岩   机械性质   物理性能   力学性质   损伤模型   损伤变量   各向异性损伤   力学特性   编委  

摘要： 1点评论文张慧梅,杨更社.冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(3):471-476.

关键词： 冻融循环   黄土   干密度   冻结带   水分迁移   湿陷变形  

摘要： 我国北方地区分布有面大域广的黄土。黄土是第四纪堆积的以粉土颗粒为主、富含碳酸盐、具有大孔隙、黄色的土状沉积物。而季节冻土分布于北方地区,包括贺兰山至哀牢山一线以西的广大地区,以及北线以东、秦岭-淮河以北地区。随着西部大开发战略的实施,黄土地区高速铁路、公路等基础建设取得了长足的发展,大大地推动了地方经济建设的可持续发展,由于黄土(包括黄土状土)分布范围广,厚度大,因此是各种建筑、道路等工程建设的主要承载土体。 但是在寒冬季节负气温影响下,一方面地表土层中孔隙水冻结成冰,体积膨胀(膨胀系数为9%)；而另一方面更主要的是,在负温度梯度作用下,下部未冻土层中的水分源源不断地向上部冻结区迁移、聚集,并冻结成冰透镜体,出现大幅度隆胀,其总冻胀变形量变化在10-30cm不等,甚者可超过40cm。如此大的冻胀变形,几乎没有任何建筑物可以承受。它是发生季节冻土灾害的主要原因。并且黄土是一种典型的非饱和结构性土,它对水的特殊敏感性使得黄土普遍具有湿陷性,黄土的湿陷性是湿陷性黄土特有的工程地质性质,它在一定压力下受水浸湿后结构会发生变化而产生显著附加下沉现象,黄土的这一特征常威胁与破坏工程建筑的正常运营和使用。 本文拟从冻融过程与黄土路基湿陷变形关系的角度出发,研究G30连霍高速古永段冻融循环对黄土路基湿陷变形机理的影响。采取该路段典型黄土样,通过冻融循环作用前后压实黄土的密度、水分分布以及变形等试验,开展冻融循环与黄土的密度、水分迁移、变形关系研究,并得出以下主要结论： 1、反复冻融循环作用使得补水条件下的土样含水量增加,从底板到顶板土样含水量逐渐递增,且随着冻融循环次数越的增加,含水量增加幅度越大。 2、土体经过反复冻融过程以后,土体的结构发生了变化,而且越接近顶板,变化越剧烈。土体结构的变化主要是因为水分迁移和土颗粒的重排列,使得土体的渗透性和持水性增强,更易于水分的输运。 3、小密度土样含水量增加速率明显比大密度土样大,但随着冻融次数的增加,土样含水量趋于某一稳定值。这一稳定值取决于冻融循环温度变化及其周期。 4、冻融循环使得大密度土样孔隙增大,干密度变小,使小密度土样干密度变大。最终维持在某一稳定范围,这也进一步论证了冻融循环过程是土体从不稳定态向动态稳定态的发展过程,反复的冻融循环改变了原来土体的性状,使得土体向新的动态稳定平衡状态发展。 5、土样在冻结稳定时有一稳定冻结锋面,也是土样的冻融交界面,这一地带可能是冻融循环对土样影响的临界点,冻融交界面附近土体温度变化缓慢,主要是因为这里含冰量(水)较大,相变剧烈,所以冻融交界面是水分、温度发生剧烈反应的地区,是冻土水分迁移、成冰机理等研究的重点区域。 6、土样在冻结开始时发生明显的冻胀,变形急剧增加,融化时融沉变形较小,冻胀量大于融沉量,土样表现为增高；在冻融次数8次到15次期间,冻胀量等于融沉量,土样高度稳定；随着冻融次数的增加,土样表现为略微沉降。 7、冻融循环后土样的孔隙度比冻前增加,随着冻融循环次数的增加,土样湿陷变形呈线性增加,并且在压实黄土的密度变小的双重影响下,其湿陷变形更加明显。所以,多年冻融区、季节冻土区的工程建设,压实黄土路基的湿陷变形将更加突出。

关键词： 细粒土   冻融循环   粘聚力   内摩擦角   土钉支护  

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,导致基坑边坡受到冻融作用而发生破坏,对基坑边坡支护结构的安全性造成较大危害。 本文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,得出了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,并根据试验数据推导出抗剪强度特性参数c和Ф以及土钉抗拔力T的计算公式,对土钉的锚固效果进行对比。 通过试验及分析得到: (1)相同冻融循环次数条件下,细粒土抗剪强度特性参数粘聚力c和内摩擦角Ф值随冻融循环温度变差冷端温度的降低而增大; (2)相同冻融循环温度变差范围内,细粒土抗剪强度特性参数粘聚力c和内摩擦角Ф值随冻融循环次数的增加而减小,但随着循环次数不断增大趋于稳定; (3)推导出了三种不同温度变差范围t及三种不同循环次数n与粘聚力c和内摩擦角Ф的计算公式,并进行实测值与拟合值的对比; (4)相同冻融循环次数条件下,土钉抗拔力T值将随冻融循环温度变差冷端温度的降低而增大; (5)相同冻融循环温度变差范围内,土钉抗拔力T值将随冻融循环次数的增加而减小。

关键词： 水泥砂浆   冻融循环   单轴抗压强度   应力应变关系   近似计算模型不力  

摘要： 水泥砂浆在使用过程中经常会受到冻融循环的影响。本文通过模拟试验的方法,探讨了不同水灰比水泥砂浆在不同冻融循环次数下的单轴抗压强度和应力应变关系。试验结果表明,随冻融循环次数的增加,水泥砂浆应力应变关系曲线逐渐扁平,峰值应力点明显下降和右移,表明抗压强度降低,峰值应力点的应变成倍地增大。同时,本文得出了冻融循环腐蚀下水泥砂浆抗压强度随冻融次数变化的近似计算模型,对水泥砂浆在复杂环境中的应用有重要的参考价值。