关键词： 液氮冻结   红外热成像   冻融循环   煤层增透   岩石力学  

摘要： 我国煤储层渗透率普遍较低,如何提高煤储层渗透率是煤层气开发的重点和难点。近年来液氮致裂增渗煤体技术作为一种无水致裂增渗技术受到广泛关注。为揭示液氮冻结和冻融循环对煤体力学特性的影响,采用红外热成像技术对液氮冻结后煤样的温度分布特征进行研究,并对液氮冻结和冻融循环后的煤样进行单轴压缩和声发射测试,对比分析了液氮冻结和冻融循环前后煤样的波速、孔隙率、声发射和能量演化特征,并对液氮冻结煤体损伤作用机理进行了讨论。结果显示:①经过360 min和12次冻融循环后,煤样的波速分别下降了58.2%和64.7%,波速在最初的冻结和冻融循环阶段中下降并不明显,随着冻结时间和冻融循环次数增加,波速逐渐下降。②随着冻结时间的增加,煤样的温度逐渐下降,液氮冻结180 s后,煤样的表面温度下降至−60℃以下,由于煤颗粒的热传导系数不同,导致煤样中心处的温度呈波动分布。③液氮冻结和冻融循环后,煤样的弹性模量呈指数函数降低的趋势,而煤样的孔隙率则逐渐增加,液氮冻融后煤样的孔隙率增量大于液氮冻结后煤样的孔隙率增量。④单轴加载过程中煤样的声发射活动分为发展阶段、活跃阶段和剧烈阶段,煤样的最大声发射振铃计数和累积声发射振铃计数随着冻结时间和冻融循环次数的增加而减小。⑤液氮冻结和冻融循环会削弱煤样的储能极限,造成在单轴加载过程中峰值点处的总能量、弹性能和耗散能的减少。

关键词： 冻融循环   土石混合体-混凝土界面   NMR   孔隙演化特征   剪切特性  

摘要： 为探明冻融循环下寒区土石混合体-混凝土界面强度劣化机制,首先,通过核磁共振(NMR)分层测试获取界面区孔隙结构演化特征;其次,考虑冻融循环次数、含石率、法向应力的影响开展直剪试验,以探究界面剪切力学特性;同时,基于分形理论定量评价界面区孔隙结构特征;最后,结合界面区孔隙结构演化特征与界面强度劣化规律揭示界面强度劣化机理。研究结果表明:土石混合体层及界面层T_(2)谱分布均有2个峰值,随冻融次数增加向右发生偏移,反映了冻融过程孔隙结构的演化特性;界面剪切应力-位移曲线表现为应变软化型,界面抗剪强度及黏聚力随冻融次数增加呈现急剧下降、反翘、缓慢下降3个阶段;分形维数随冻融次数的增加呈先增大后减小趋势,随含石率的增加而增大;第1次冻融循环后,界面区土颗粒聚集成较大的团聚体,界面层孔隙体积增大,孔隙复杂程度变大,界面整体性下降,经历5次冻融后,团聚的土颗粒逐渐变脆破碎导致骨架塌落、孔隙体积减小,界面处黏结力增大,称第5次冻融循环为骨架结构变形“分水岭”,之后随冻融次数的增加碎石外部的土颗粒逐渐剥落,界面区孔隙体积增大,界面逐渐脱黏劣化。

关键词： 路基土   循环加载三轴试验   变形特性   冻融循环   预估模型  

摘要： 路基土的变形特性对路基结构设计和路面耐久性保持十分重要。回弹模量(M_(R))和永久变形(PD)是分别表征路基土弹塑性变形的重要指标。本文旨在通过动三轴试验探究路基黏土在偏应力、围压、含水率、加载次数及冻融循环次数条件下的变形特性演变规律。结果表明:冻融循环次数对M_(R)和PD的影响显著,且其在第1次冻融循环中衰减幅度最大,在第6次冻融循环中衰减趋于稳定。同时,在前2000次加载过程中,M_(R)迅速衰减而PD急剧增加。提出并验证了一个综合考虑偏应力、围压、含水率、加载次数及冻融循环次数影响的PD预估模型。研究结果可为路基黏土在冻融循环作用下的变形特性分析提供有效参考。

关键词： 砂岩力学   抗拉特性   冻融循环   巴西劈裂   声发射  

摘要： 我国寒冷地区矿山受冻融循环作用的影响,岩石内部因不均匀胀缩而产生裂隙,同时裂隙间水分冻胀使得裂隙扩大,造成岩石破坏,进而影响边坡的稳定性。为研究冻融循环作用下不同含水率砂岩的抗拉特性,对不同冻融循环次数(0,10,20,30次)下不同含水率(0,35%,70%,100%)砂岩进行巴西劈裂试验,同时进行声发射监测,分析了含水率和冻融循环作用对砂岩抗拉特性的影响。结果表明:(1)当砂岩含水率小于35%时,砂岩抗拉强度降低幅度较为缓慢,含水率大于35%时抗拉强度降低幅度变快。(2)砂岩声发射信号峰值频率分布有明显频带特征,含水率增大会使砂岩声发射信号峰值频率主要集中区延后出现。(3)随着冻融次数增多,非完全饱水砂岩的声发射振铃计数和累计能量峰值不断降低,完全饱水砂岩的声发射信号减少且声发射振铃计数峰值呈先升后降趋势,含水率相同的砂岩声发射信号低峰值频率从50 kHz降低到10 kHz以下,其中冻融10次时砂岩加载过程中的声发射信号以峰值频率小于20 kHz的低频信号为主,冻融20次后砂岩声发射信号峰值频率降到10 kHz以下。(4)砂岩整个加载过程以低频低幅值声发射信号为主,主要发生小尺度破裂。

关键词： 道路工程   冻融损伤   快冻法   内掺氯盐混凝土   粉煤灰   耐久性  

摘要： 为了研究冻融循环作用对掺加淡化海砂等原材料含有氯离子的粉煤灰钢筋混凝土结构的损伤规律,通过内掺氯盐的方法模拟海砂混凝土并设计了室内快速冻融循环试验。以海砂钢筋混凝土试件外观变化、质量损失率、损伤层厚度和相对动弹性模量4个评价指标探究了不同粉煤灰掺量对海砂钢筋混凝土的影响规律。将内掺盐冻复合作用下与已有研究中的气冻、水冻、外渗盐冻作用下的粉煤灰混凝土评价指标进行了对比分析。结果表明:随着冻融循环次数的增加,海砂粉煤灰混凝土的表层砂浆、细骨料和粗骨料依次脱落,其质量损失率及损伤层厚度增加,相对动弹性模量降低,混凝土抗冻性能有所下降,但其冻融损伤速率出现先增加后减小的趋势;粉煤灰掺入量越多,混凝土质量损失率及损伤层厚度越大,其相对动弹性模量越小,粉煤灰混凝土受到冻融循环损伤的程度越大,因此粉煤灰的加入虽能增加混凝土密实性,但不利于混凝土抗盐冻作用;相较于已有研究中的其他冻融方式,盐-冻双重作用加速了混凝土冻融损伤的发展,因外渗盐冻和内掺盐冻造成了混凝土内部氯离子分布差异,外渗盐冻作用对混凝土的影响更集中在外层区域,其中外层损伤的增加速度要快于内掺盐冻作用,但内掺盐冻对混凝土内部结构造成的损伤最大。

关键词： 冻融循环   力学特性   细观冻融损伤变量   SMP准则   损伤演化   本构模型  

摘要： 针对寒区岩体工程中岩石的冻融问题,选取砂岩为试样,通过进行室内冻融循环试验、扫描电子显微镜观测和三轴压缩试验对砂岩质量损失、微观结构和力学特性进行了分析。然后基于Lemaitre应变等效假设理论,通过引入能够反映岩石冻融破坏过程中的细观冻融损伤变量和力损伤变量来描述岩石材料的劣化程度及损伤演化规律,并采用连续损伤力学理论,建立了冻融与围压耦合作用下岩石的损伤演化方程及细观损伤本构模型。采用理论推导的方法得出所需的模型参数表达式,最后利用冻融岩石的三轴压缩试验数据对该模型的合理性和准确性进行了验证。将试验曲线的峰值点与模型理论曲线的峰值点进行对比,结果表明两者吻合度较好,该损伤本构模型能够较好地反映岩石三轴压缩过程的应力-应变峰值特性,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性与可靠性。该模型拓展了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤模型,进一步的揭示了岩石在冻融与围压耦合作用下的损伤机制和破坏规律。

关键词： PE-ECC   FRP   力学性能   抗冻性能  

摘要： 为研究冻融循环作用下聚乙烯纤维增强复合基体材料(polyethylene fiber-engineered cementitious composite,PE-ECC)与不同纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer/plastFRP)的力学性能及微观结构演化规律,对PE-ECC、PE-ECC-BFRP和PE-ECC-CFRP三种试件进行快速冻融试验。研究试件在不同冻融循环次数下的质量损失率、相对动弹性模量、三点抗弯试验及扫描电镜。试验结果表明:在冻循环150次PE-ECC和普通砂浆混凝土的质量损失率分别为1.67%和13.5%,PE纤维的阻裂作用可以很好约束水泥砂浆的剥落;在PE-ECC水泥纤维基体材料中添加CFRP网格布或BFRP网格布可以提高试件的强度和降低水泥纤维基体材料内部微裂缝的扩展,提高了水泥纤维基体材料的抗冻性能;PE-ECC-BFRP试件和PE-ECC-CFRP试件比PE-ECC试件的最大承载能力分别增大了22.5%、67.3%,最大挠度分别增大了28.2%、76.7%,在冻融循环作用下FRP网格布可以提高PE-ECC的抗弯能力和最大挠曲能力。

关键词： 冻融循环   根-土复合体   冻融界面   边坡稳定性  

摘要： 为研究季冻区生态边坡的稳定性,通过室内试验研究了冻融循环次数与含水率共同作用下素土及根-土复合体抗剪强度指标的变化规律。结果表明:在冻融循环作用下,初期素土及根-土复合体的黏聚力均有降低,而摩擦角均有增加,之后黏聚力及内摩擦角趋于稳定;随着含水率的提高,边坡的稳定性降低;随着冻融循环次数的增加,根系增强了滑裂面土体的抗剪强度,提高了根-土复合体边坡抵抗冻融循环作用的能力,增强了边坡的稳定性。研究结果可为季冻区生态固土护坡提供一定的理论依据。

关键词： 隧道工程   冻融循环系统   砂岩隧道   砂岩单轴压缩试验   力学参数  

摘要： 针对冻融循环对隧道围岩力学特性的损伤问题,文章以中国沈阳在建地铁隧道砂岩为研究对象,采用MTS815.02多功能岩石力学试验分析系统对该隧道砂岩分别进行了不同冻融循环次数下的连续单轴压缩试验和连续单轴蠕变试验,分析了砂岩的各关键物理参数随冻融循环次数变化的规律。实验结果表明:冻融循环对砂岩产生了较为明显的劣化效应,随着冻融循环次数的逐渐增加,砂岩峰值强度、弹性模量均逐渐减小,峰值应变、泊松比逐渐增大。采用Origin软件对实验数据进行拟合发现,各参数与循环次数值之间均满足指数函数关系,即在相同冻融次数下,荷载水平越高,砂岩蠕变特性越显著,在第六级荷载水平下,冻融循环次数越多,砂岩破坏时的荷载水平越小,蠕变速率越小,破坏模式逐渐由脆性过渡到延性。

关键词： 干湿-冻融循环   饱和凝灰岩   单轴压缩试验   冻融系数  

摘要： 为研究干湿循环与冻融循环耦合作用下,对取自宁波地区的凝灰岩进行不同干湿-冻融循环试验,研究其物理力学性能变化规律。研究结果表明:经历不同干湿-冻融循环次数后,岩样表面只有微小颗粒脱落;且整体岩样质量随着冻融循环次数的增加而逐渐减少,但变化程度相较整体质量而言较小;干湿循环对于岩样的波速影响远小于冻融循环对于岩样波速的影响,且随着干湿循环次数的增加,岩样经历冻融循环后的波速变化程度逐渐增大;岩样的单轴压缩强度也随着干湿-冻融循环次数的增加而降低,且干湿循环次数越大,降低程度越大。本文可对凝灰岩物理力学性能的研究提供一定的参考价值。