关键词： 路面工程   沥青混凝土   高黏高弹   冻融循环   动态模量   2S2P1D模型  

摘要： 长期冻融循环损伤作用严重影响高黏高弹沥青混凝土服役安全性与耐久性,依据动力学性能研究其冻融损伤特性、损伤机理及发展规律具有重要现实意义。为此,采用宏细观方法从动力学性能衰减角度研究高黏高弹沥青混凝土的冻融循环损伤问题,通过室内冻融循环试验、动态力学行为分析、沥青流变和黏附性测试及内部细观结构观察明确了其性能衰减规律和冻融损伤机制,优化了性能评价指标和损伤演变模型。研究结果表明:2S2P1D模型的拟合优度在0.98以上,能够较好地反映冻融循环损伤对动态力学性能的影响规律。沥青硬化效应和沥青-集料交互作用劣化的相互竞争机制使得高黏高弹沥青混凝土冻融损伤表现复杂,但冻融损伤后能够在常见缩减频率[10^(-3) Hz,10^(3) Hz]中频(中温)区交通荷载和气候环境下保持较好的动态力学性能。高黏高弹沥青混凝土动态力学性能在高频(低温)和低频(高温)区表现出“保持-加速-平衡”的冻融损伤趋势,高频(低温)、低频(高温)极限模量比能够反映内部结构冻融损伤特征,据此建立的损伤演变模型能够较准确地反映内部材料结构劣化规律(判定系数R2>0.95)。研究结果可为高黏高弹沥青混凝土抗冻融性能优化设计与服役耐久性验证提供参考。

关键词： 冻融循环   化学腐蚀   三轴压缩   力学特性   砂岩  

摘要： 为研究季冻区岩土工程中化学腐蚀与冻融循环协同作用对岩土工程的共同作用效果,需要同时考虑水化学腐蚀环境、冻融循环条件和三轴应力状态3种因素的影响。以不同浓度的H_(2)SO_(4)、NaOH或Na_(2)SO_(4)溶液模拟水化学腐蚀环境,以冻融循环条件来模拟气候环境,采用水化学溶液pH值(pH=3、5、7、9、11)和冻融循环次数N(N=10/20/30/40/50次)为主要控制参数,开展化学腐蚀-冻融循环协同作用后砂岩试样的三轴压缩试验。岩样的破坏模式均表现为剪切滑移破坏,应力-应变曲线均可分为压实挤压阶段、弹性增长阶段、屈服阶段和破坏阶段4个发展变化阶段。通过对比不同工况下岩样的物理力学参数,分析化学腐蚀-冻融循环协同下岩样力学特性的劣化规律。研究表明:随着冻融次数的增加,应力-应变曲线中的峰值应力、峰值应变和和模量均减小,岩样的损伤劣化程度增大,屈服阶段的屈服平台和塑性变化特征变弱;强酸性溶液对岩样的损伤劣化最大,峰值应力、峰值应变和模量均明显最小;强碱性溶液对岩样的损伤劣化最小,化学反应析出的沉淀物附着于岩样表面及孔隙、裂隙壁面,抑制了岩样的进一步损伤劣化;围压对岩样三轴力学特性的影响最为显著,随着围压增大,应力-应变曲线中的峰值应力、峰值应变和模量均明显增大,屈服阶段的屈服平台和塑性变化特征变强。研究结果可为寒区岩土工程的建设提供理论依据。

关键词： 冻融循环   黄土   F1离子固化剂   抗剪强度   微观结构  

摘要： 冻融循环作用显著影响固化剂加固效果和固化土物理力学特性。为研究冻融循环作用对F1加固黄土强度与微观结构特性的影响,对不同掺量、不同冻融次数的F1固化黄土试样开展三轴不固结不排水试验及电镜扫描试验,探讨冻融前后F1加固黄土抗剪强度参数及微观孔隙结构变化规律。研究发现,F1可显著改善黄土持水特性和压实特性。当F1掺量为0.3 L/m3最佳掺量时,与黄土相比,F1固化黄土塑限和最优含水率分别减少2.65%和7.22%,液限和最大干密度分别增大7.92%和9.83%;F1显著增大黄土黏聚力与内摩擦角。0次和15次冻融循环时,与未冻融黄土相比,0.3 L/m3掺量F1固化黄土的黏聚力分别增大36.82%和16.64%,内摩擦角分别增大16.92%和4.63%;与黄土相比,冻融循环15次时F1固化黄土中微孔隙增大6.28%、小孔隙减少17.84%,孔隙面积比和平均分形分维数分别减小了20.4%和0.67%,表明经F1固化后黄土形成更加稳定的层状堆叠结构,显著改善冻融循环作用下微、小孔隙的演化和发育,提高密实度、增强力学性能和抗剪强度。

关键词： 粗粒料   冻融循环   变形特性   蠕变特性  

摘要： 为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性,采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明,未冻融粗粒料的应力应变曲线为应变硬化型曲线,在试验围压100~600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性;冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势,200 kPa围压时,初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时,初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律,轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大,8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大;应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。

关键词： 冻融循环   红砂岩   孔隙结构   孔径分布  

摘要： 为探讨冻融循环作用对寒冷地区岩石孔隙结构的影响,对不同冻融循环次数(0次、20次、40次)作用后的红砂岩试样进行了场发射扫描电镜观察、压汞测试和低温氮气吸附测试,并对不同尺度(微孔、过渡孔、中孔和大孔)孔隙的演化规律进行了研究。研究结果表明:冻融循环会改变红砂岩中孔隙孔径的分布规律,使原50~680 nm的过渡孔或中孔不断发育扩大为680~3800 nm的中孔和大孔;冻融循环有利于红砂岩中小于50 nm的微孔或过渡孔发育生成,且对3~4 nm的微孔影响最大。研究结果可为寒冷地区资源开发、工程建设及安全施工提供理论指导。

关键词： 露天煤矿   冻融循环   MatDEM   温度传递   水分运移   强度劣化  

摘要： 为了探究冻融循环作用对土体结构和力学性质的影响机理,以内蒙古元宝山露天煤矿内排土场典型黏土为研究对象,采用室内冻融循环试验和MatDEM数值模拟,进行土体内部温度场、水分场和应力场的模拟分析。结果表明:排土场土料经过冻融循环后发生冻缩现象;低围压时应力-应变曲线呈现应变软化型,发生剪切破坏,围压升高后向应变硬化型转变,发生剪胀破坏;抗剪强度的劣化受前3次冻融作用的影响最为显著,在第3次达到最低值;温度的传递过程可划分为温度快速下降、缓慢相变过程、继续降温、温度稳定4个阶段;水分运移主要在温度传递的前2个阶段发生,且第二阶段的水分运移量居多;颗粒受冻融作用后整体半径缩小、分散性增大;温度和水分运移引起的颗粒胀缩、冰-水相变、冷生结构的形成等,导致颗粒的大小、位置、连接状态和颗粒间的应力等反复变化,共同驱动土体产生不可逆的结构性损伤,进而造成强度劣化。水分运移不仅为冷生构造的生长提供水源条件,还产生溶蚀、冲刷破坏,与水的相变共同成为冻融循环作用导致土体发生结构调整和应力场变化的主要原因。通过离散元法模拟冻融循环,有助于了解土体内部的力学特征和强度劣化机理,为冻区露天煤矿内排土场边坡及其他工程建设的稳定性研究提供参考。

关键词： 水工混凝土   硫酸盐侵蚀   冻融循环   力学性能   损伤演化  

摘要： 针对高寒、高盐地区混凝土材料损伤劣化的问题,开展不同质量分数硫酸盐溶液侵蚀和冻融循环作用下混凝土侵蚀及力学特性试验,分析混凝土试件表观形态及质量变化、抗压强度、劈裂抗拉强度和相对动弹性模量等的演化过程,揭示硫酸盐侵蚀和冻融循环作用下混凝土损伤演化规律.结果表明:在硫酸盐侵蚀初期,混凝土内部硫酸盐与水泥水化物生成侵蚀物,可填充混凝土初始缝隙,随侵蚀物积累,试件逐渐产生微裂缝和贯穿型裂缝,其基本力学性能呈先增长后下降的趋势;硫酸盐侵蚀与冻融循环交替作用下混凝土力学性能呈下降趋势,硫酸钠溶液在侵蚀初期对冻融损害起抑制作用,随侵蚀历时增加,硫酸盐侵蚀与冻融循环相互促进,混凝土损伤演化过程可分为加速损伤、缓慢损伤和快速损伤三个阶段;盐冻交替循环8次后的混凝土试件抗压和抗拉强度较单硫酸盐侵蚀情况降低约40%,混凝土在盐冻循环作用下的损伤程度较单一硫酸盐侵蚀作用更严重.

关键词： 固废利用   烧结多孔砖   冻融循环   损伤   寿命预测  

摘要： 大宗工业固废建材化利用是工业可持续发展的一项长远战略方针,利用煤矸石、铁尾矿生产烧结砖可为内蒙古地区大宗工业固废综合利用提供新思路。针对内蒙古地区自然环境特征,对煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件进行冻融循环试验,分析冻融前后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖外观、质量、抗压强度、吸水率和体积密度变化情况;基于Wiener过程对试样损伤规律进行分析,以相对质量损伤为指标建立可靠度模型,并对指标选取合理性进行验证,计算漂移系数和扩散系数求解冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖可靠度函数曲线;利用冻融寿命预测模型对室内外冻融循环次数进行转化,并对冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔在不同阈值条件进行寿命预测。结果表明:煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件抗压强度为10.6 MPa,吸水率为13.3%,体积密度为1779.7 kg/m^(3);煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖性能随冻融循环次数增加劣化程度加深,其质量、抗压强度、吸水率和体积密度损伤度分别为7.1%、38%、18%和3.6%,同时冻融循环后砖体表面出现隆起、微裂缝和轻微剥落现象;对可靠度函数曲线分析可知煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖损伤符合材料破坏特点,在阈值为0.2、0.3、0.4条件下,煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖耐久性寿命分别为11.1、35.4、85.6年。

关键词： 冻融循环   混凝土   冲击气压   应变率效应   动态力学性能  

摘要： 为探究冻融环境下不同强度等级混凝土的冲击性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,开展了对不同等级混凝土(C35、C40、C45)、不同冻融循环次数(0次、25次、50次)及不同加载气压(0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa)下的动力压缩试验,研究了冻融循环次数和不同强度等级对混凝土动态冲击性能的影响规律。试验结果表明:在相同的冲击气压条件下,试样峰值强度随着冻融循环次数的增加逐渐减小,对应的应变值有所增加,应力应变曲线有整体向右下方移动的趋势;在相同的冻融循环次数下,试样峰值强度随着应变率的提高而逐渐增大,动态强度增长因子(DIF)也相应有所提高,表现出混凝土材料具有明显的应变率效应;在冻融循环次数和冲击气压相同时,不同强度等级的混凝土试样动态单轴抗压强度、动态强度增长因子与强度等级呈正相关关系。