关键词： 重塑黄土   冻融循环   三轴试验   冻结温度   破坏强度  

摘要： 为了研究不同冻结温度下冻融循环效应对重塑黄土的力学性能影响规律,以青海海东地区Q_(3)黄土为对象,首先选择冻结温度(-3,-6,-9,-12,-15,-18,-21℃)和冻融循环次数(0,1,3,5,7,9,11,13,15次)为变量进行一系列冻融循环试验。随后将经历过冻融循环作用的重塑黄土进行不排水不固结的三轴试验。研究结果表明:不同冻结温度对经历冻融循环作用后土样的物理力学性质产生了显著的影响作用。重塑黄土在经历不同次数冻融循环作用后其破坏强度整体来说有所下降,并且破坏强度随着冻结温度的不断降低呈现出先减小后增大的变化规律,在-12℃时破坏强度达到最低值。虽然土样冻结后的总体积有所增大,但冻胀变形和收缩变形在土样冻结过程中同时存在,而且随着冻结温度的不断降低,由冻结引起冻胀量先于冷缩量到达极限状态,因此土样体积增量随冻结温度的降低表现为先增后减的变化规律,其破坏强度相应的呈现出与体积增量相反的变化规律。此外,随着冻融循环次数的不断增加,土样破坏强度的变化规律呈现出先减小最后逐渐趋于稳定。同时,冻结环境温度越低,土样破坏强度趋于稳定状态所需冻融循环作用次数越少。抗剪强度指标表现为与破坏强度一致的冻融循环效应,其中内摩擦角对冻结温度变化的响应程度大于黏聚力的影响程度。

关键词： 土力学   冻融循环   膨胀土   压实度   体积变化   力学性能   孔隙参数  

摘要： 冻融循环是北疆膨胀土力学性能劣化的主要因素之一。利用自行设计的单向环境边界加载装置,开展冻融循环下体积测量试验、无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,研究3种不同压实度(90%,95%和100%)下膨胀土体积变化和力学性质的变化特征,采用灰色关联度定量分析力学强度劣化与微观孔隙发育的演化规律,并探讨冻融循环下孔隙变化特征对土体无侧限抗压强度的影响。试验结果表明:试样的体积变化随压实度的增大逐渐由收缩变为膨胀;膨胀土的硬化特性随着压实度的增加而减弱,冻融循环促进了应力-应变关系的软化;第1次冻融循环导致试样的无侧限抗压强度显著下降,7次循环后衰减幅度为56.07%~67.54%;试样的破坏应变和弹性模量在冻融循环后都有不同程度的衰减;面孔隙率与无侧限抗压强度衰减率的相关性为0.779~0.882,对应的权重达到0.467~0.471,二者之间存在良好的线性关系。研究成果可为北疆膨胀土工程的建设与维护提供借鉴。

关键词： 砂质黄土   冻融循环   冻结温度   含水率   抗剪强度  

摘要： 为揭示砂质黄土在冻融循环作用下的强度特性,以榆林子洲某地砂黄土为研究对象,对其进行不同初始条件的冻融循环试验,并测定土体冻融后的三轴剪切强度。结果表明:砂黄土冻融后表面出现明显的结构破坏现象;土体粘聚力随着冻融循环次数增加先减小然后有所回升,土体冻融后的粘聚力随初始含水率的增加而减小,冻结温度对不同含水率土体粘聚力的影响不同;土体内摩擦角在冻融循环作用下有所减小,总体下降量不大;土体强度下降主要受粘聚力劣化影响;高含水率极端低温冻结及低含水率较高温冻结均加速了冻融循环作用对土体强度的破坏。

关键词： 陶粒混凝土   冻融循环   强度等级   抗压强度   弹性模量  

摘要： 为了研究陶粒混凝土在冻融循环作用下的抗压性能,通过不同冻融循环作用,对不同强度等级的陶粒混凝土进行冻融试验研究。试验结果表明:陶粒混凝土的动弹性模量和抗压强度均随冻融循环次数增加而降低,且强度等级越低,降低速率越大;通过将相对动弹模量和相对抗压强度进行拟合,发现二者之间有较好的相关性,可以反应陶粒混凝土冻融损伤规律。

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。