关键词： 超低温   断裂韧度   冻融循环   花岗岩   三点弯曲  

摘要： 为了研究超低温条件下冻融循环作用对花岗岩I型断裂韧度的影响,本文采用半圆弯曲(semicircular bending,SCB)试样,选取不同的冻融次数(1、2和3次),对天然状态下的花岗岩进行-160℃超低温冻融循环处理,并对冻融循环后的花岗岩进行三点弯曲试验,分析了-160℃冻融循环对花岗岩I型裂缝尖端局部破坏特征、断裂韧度以及微观结构的影响。结果表明,随着冻融循环次数的增加,花岗岩I型裂缝尖端局部化损伤不断加剧,断裂韧度不断降低,岩石内部微裂纹和孔隙数目增多,裂隙长度增加,孔径增大。最后,对比分析了低温与超低温条件下岩石冻胀力和断裂韧度的变化。与低温条件相比,超低温冻融产生的冻胀力更大,当断裂韧度下降幅度近似一致时,岩石在低温下需要冻融循环的次数更多。研究结果可为超低温环境下液化天然气(LNG)的地下存储提供相应的理论参考。

关键词： 黄土   木质素磺酸钙   冻融循环   抗剪强度   微观机理  

摘要： 木质素磺酸钙作为一种绿色环保的改良材料,近年来被应用于土体加固领域。为探究木质素磺酸钙对黄土的固化效果,通过开展侧限浸水压缩试验、冻融循环试验、不固结不排水三轴剪切试验、扫描电镜试验和X射线衍射试验,分析冻融循环次数、掺量和围压对木质素磺酸钙改良黄土力学性质和微观机理的影响规律。研究结果表明:掺入木质素磺酸钙,可有效消除黄土的湿陷性。此外,改良黄土的应力-应变曲线随木质素磺酸钙掺量的增加向一般硬化型转变,而随着冻融循环次数的增加,应力-应变曲线向弱硬化型转变。改良黄土的破坏强度随木质素磺酸钙掺量的增加呈先增大后减小的趋势,木质素磺酸钙掺量为1%时破坏强度最高,各掺量改良黄土随冻融循环次数的增加先减小后趋于稳定,同时抗剪强度指标呈现下降的趋势。通过扫描电镜试验和X射线衍射试验,发现改良黄土内部有胶结物生成并填充了土颗粒间的孔隙,使土体密实度提高,进而提高土体强度;而冻融作用导致土颗粒的接触方式由面-面接触向点-点、点-面接触过渡。此外,木质素磺酸钙改良黄土中未发现有新的矿物成分生成,且冻融作用未造成土体矿物成分的消解。

关键词： 冰碛土   冻融循环   剪切特性   剪胀性   剪切带   黏聚力劣化  

摘要： 西藏东南地区冰碛土堆积体广泛分布,冻融作用严重影响冰碛土堆积体稳定性。对西藏东南及川滇地区200组冰碛土粒径级配进行对比分析,并通过室内直剪试验研究了不同含水量和冻融循环作用下冰碛土剪切力学特性,结合试样体积变化及水分迁移规律分析黏聚力劣化机制。结果表明:(1)冰碛土粒径范围较广,相比川滇地区,西藏东南冰碛土细粒含量更多;(2)冻融循环后,黏聚力c呈负指数型函数降低,内摩擦角φ波动幅度-6.47%~+5.46%;(3)含水量越高、冻融循环次数越多、垂直应力越大的试样剪胀性越弱,剪缩性越强;冻融循环条件下,含水量越高的试样剪切带厚度变化范围越大;(4)冻融6次后,冰碛土体积无显著增长,水分迁移呈规律性,与黏聚力在冻融6次后劣化减缓相一致。

关键词： 冻融循环   长期强度   冻结砂土   粒组   分形维数  

摘要： 在季节冻土区施工时,冷暖交替所产生的冻融循环作用是寒区工程破坏的主要原因之一,还原土体受冻融作用时的性质和状态尤为重要。制备了不同冻融循环次数的砂土试样,使用球形模板压入仪测试冻结砂土的长期强度,利用分形理论以及显著性分析的方法研究了不同冻融循环次数下两种冻结砂土的粒组与长期强度的变化规律。结果表明:对于细砂(FS),分形维数DB与长期强度变化呈极显著正相关,其中≥0.15~0.20 mm和≥0.25~0.40 mm粒组与长期强度的拟合优度较好,为FS的优势粒级;对于中砂(MS),分形维数DB与长期强度呈微正相关,变化呈“竖向N”趋势波动,其中≥0.30~0.40 mm和≥0.40 mm粒组与长期强度的拟合优度较好,为MS的优势粒级;其他粒组含量与长期强度变化并无明显关联。冻融作用改变了土体中粗、细颗粒粒组的含量配比。同时,随着整体粒径区间的增大,优势粒级也随之增大,表现为冻结砂土的长期强度会随着某些粒级含量的增加呈现先降低后升高的趋势。研究结果可为受冻融作用地区长期强度的测定提供理论参考。

关键词： 冻融循环   秸秆还田   无机氮   氮矿化速率  

摘要： 为探究冻融作用下添加秸秆对农田土壤氮动态的影响,采用室内模拟试验研究了冻融循环、添加秸秆、土壤湿度以及三者间的交叉作用对土壤有效氮含量和氮矿化速率的影响。结果表明,冻融能显著增加土壤铵氮和无机氮含量,增幅分别为98%和33%,但对硝氮含量影响不显著;冻融作用下,相较未加秸秆的对照,添加秸秆后土壤铵氮含量显著减少了62%,而硝氮含量变化不显著;不同水分处理下,60%和100%水分处理下的铵氮含量和氨化速率显著高于20%的水分处理,而其硝氮含量和硝化速率则显著低于20%的水分处理,60%和100%的水分处理间各指标差异不显著;冻融循环次数显著影响土壤氮动态指标,其中,在第1次冻融循环后,土壤氨化和净氮矿化速率最高,此后显著降低,在第4次冻融循环后,趋于稳定;不同处理下,硝化速率随着冻融循环次数的增加呈现出不同的变化趋势。方差分离结果表明,添加秸秆与水分处理对无机氮含量的方差解释量较大,分别为35.1%和21.2%;冻融循环次数对氨化和净氮矿化的方差解释量较大,分别为56.0%和43.5%;三因素间的交叉作用对土壤硝化作用的方差解释量最大。冻融循环作用对农田土壤氮矿化过程有着重要影响,且影响程度受秸秆添加和土壤水分含量的影响。

关键词： 冻融岩石   CASRock   CT扫描   图像处理   破坏过程   局部化损伤  

摘要： 裂隙、孔隙等天然损伤使得岩石细观结构呈现强烈的非均质性,对其破坏过程及模式产生重要影响。本文根据CT无损识别技术,结合数字图像处理技术和CASRock数值模拟软件,开展了含天然损伤的冻融砂岩劈裂破坏的数值试验研究。对含天然损伤的冻融砂岩劈裂破坏模式、变形局部化及裂纹演化过程等分析,揭示了含天然损伤砂岩在冻融和荷载作用下的破坏机制。研究结果表明:砂岩内原生孔隙(裂纹)的扩展及新生孔隙的生成是冻融岩石破坏演化的主要形式。冻融和荷载作用下含天然损伤岩石的破坏与天然损伤程度及分布有关。次生裂纹的生成多发生于天然损伤密集区域。在加载过程中,局部化损伤区应力远远大于砂岩整体应力,局部化损伤区岩石的破坏与该区域能量释放和应力释放具有同步性。局部化损伤反映岩石中裂纹的演化,有助于预测砂岩裂纹发展的方向。岩石的破坏模式与冻融循环次数有关,冻融循环促使含天然损伤砂岩逐渐由脆性破坏转化为延性破坏,冻融作用对岩石整体强度的改变是逐渐劣化的过程。

关键词： 冻融循环   黄土   水泥   铁路路基   最佳掺量  

摘要： 采用对比试验方法,对原状黄土、重塑黄土以及不同水泥掺量下改良黄土的冻融循环力学特性进行了研究,结果表明:重塑黄土的抗压强度略低于原状黄土,掺入水泥后,黄土的强度大大提升,并随着水泥掺量的增加而逐渐增大,抗压强度随冻融循环次数的增加而呈幂函数降低;原状黄土的粘聚力最小、内摩擦角最大,随着水泥掺量的增加,黄土的粘聚力和内摩擦角均逐渐增大,抗剪参数随着冻融循环次数的增加呈先减小后逐渐稳定的变化特征;压缩系数随冻融循环次数的增加而增大,随水泥掺量的增加而减小;结构强度随着冻融循环次数的增加而逐渐降低,随着水泥掺量的增加而逐渐增大;综合各项性能,建议改良黄土的水泥最佳掺量为8%。

关键词： GFRP锚杆   锚杆应力   承载力   冻融循环   锚固能力  

摘要： 针对季冻区春融期岩锚失效的问题,研究了玻璃纤维(GFRP)锚杆在冻融循环作用下的锚固能力。通过设计物理模型对经历25,50,75冻融周期的试块进行了加载试验,根据试验数据和破坏现象分析了GFRP锚杆在冻融后锚杆应力和承载力的变化规律。研究结果表明:冻融循环会导致环氧树脂砂浆与混凝土的黏结性能下降,在25,50,75周期后承载力损失分别为38.24%,42.65%,52.94%。冻融循环加速黏结材料及围岩的材料性能劣化,荷载向内部传递加速,使得GFRP锚杆上各点之间的应力差值逐渐减小,锚杆应力分布比常温状态下更趋于均匀,但材料性能的劣化导致局部破坏提前,锚杆整体承载性能降低。研究结果可以为GFRP锚杆的工程应用提供建议。

关键词： 冻融循环   强度   孔隙率   改良灰土   图像处理  

摘要： 石灰土作为路基填料代替宕渣是一种较为经济的方案,但灰土初始强度低、硬化速率慢、碳化时间长,不利于快速施工,需要进行改良研究。利用偏高岭土与石灰发生火山灰反应的原理改良灰土,通过单轴压缩试验和三轴压缩试验,分析改良灰土冻融循环条件下力学参数变化规律,利用图像处理技术提取改良灰土图像表面孔隙,建立孔隙率与强度的关系,并通过研究龄期、石灰含量和含水率变化规律,分析偏高岭土改良灰土的机制。结果表明:偏高岭土能够有效提高灰土材料反应速率,改善灰土力学特性;偏高岭土在一定程度上能够恢复冻融循环导致的灰土力学性能损失,降低冰晶体产生的孔隙;灰土强度达到最优后,其强度随着石灰的增加而降低,而经偏高岭土改良后其强度将继续增加;火山灰反应比灰土碳化过程消耗更多的水分,有效提高了灰土的抗冻性能。

关键词： 冻融循环   硫酸盐侵蚀   纳米SiO_(2)   质量   抗压强度   劈裂抗拉强度   相对动弹性模量   SEM微观  

摘要： 针对西北地区盐渍土环境中混凝土长期受冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用而遭受严重破坏的问题,制备纳米SiO_(2)掺量分别为0 kg/m^(3)、2 kg/m^(3)、4 kg/m^(3)、6 kg/m^(3)、8 kg/m^(3)的混凝土试件,测试试件在冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下的质量、抗压强度、劈裂抗拉强度、相对动弹性模量等研究。结果表明:随着冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用的进行,试件的力学性能逐渐弱化,混凝土内部的损伤越来越严重;质量先增大后迅速降低,抗压强度、劈裂抗拉强度和相对动弹性模量逐渐降低,损失率逐渐提升;综合上述4种指标的数据分析得出,当纳米SiO_(2)掺量为4.0 kg/m^(3)时,各项性能表现最佳。最后借助SEM微观扫描对冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用混凝土损伤机理进行分析。