关键词： 季冻区   冻融循环   水泥土   统计损伤   微元强度  

摘要： 季冻区公路水泥土路基在历年冻融循环作用下,常发生翻浆、冻胀现象威胁道路行驶安全。为了研究冻融循环作用下水泥土变形破坏全过程,根据弹性模量衰减规律定义冻融损伤变量,假设受荷损伤微元强度服从Weibull概率密度分布,得到受荷损伤变量,从水泥土受荷微单元和冻融微单元之间的关系出发,构建冻融、受荷总损伤变量。引入损伤修正因子,建立新的冻融循环作用下的水泥土统计损伤模型,基于试验成果和线性回归曲线拟合法,求取模型参数。开展不同冻融循环次数下的水泥土三轴压缩试验,分析损伤累积规律,利用所建模型辨识水泥土试验数据,证明所建模型的合理性和可行性。研究成果为冻融循环作用下水泥土力学行为模拟和季冻区公路路基设计、施工及养护提供一定参考。

关键词： 冻结掺和土料   冻融循环   动力循环三轴试验   动力特征  

摘要： 冻融循环作用是寒区土体力学性质改变的主要影响因素之一。为研究冻融循环作用下寒区冻结掺和土料的动力特性(包括动变形和动强度),以寒区高土石坝砾石掺和土坝料为研究对象,采用低温振动三轴材料试验机,对不同冻融循环次数(0、5、20次)下的冻结掺和土试样进行不同围压和不同动应力幅值比条件下的低温动力循环三轴试验,探讨冻融循环作用对冻结掺和土料的动应力-动应变关系,体变、滞回曲线,轴向累积应变,动回弹模量,残余应变以及动强度的影响。结果表明:随着冻融循环作用的增加,冻结掺和土料的动应力-动应变曲线和体变曲线逐渐稀疏,且试样达到破坏应变的振动次数呈线性减小。通过对不同冻融循环次数下冻结试样的滞回曲线、轴向累积应变、残余变形的研究,发现冻融循环作用使得试样抵抗变形的能力下降。随冻融循环次数的增加,试样的动回弹模量减小,动强度逐渐降低,试样更容易发生破坏。研究结果较好地解释了冻结掺和土料在冻融循环作用下动力变形的机制,可为基于动力变形控制的寒区工程基础设计提供科学参考。

关键词： 古青砖   冻融循环   单轴压缩   微观结构  

摘要： 青砖砌体作为古建筑墙体的主要材料,其结构疏松多孔,容易吸收环境中的水分达到饱水条件,消融的雪水加上长久的正负温循环作用使其结构极易产生冻融损伤。本文对饱水青砖进行不同次数的冻融循环试验,将冻融后的试件进行单轴压缩以及扫描电镜试验,从宏观和微观两个角度探究冻融循环作用对饱水青砖砌体力学性能和损伤劣化的影响规律。结果表明:饱水青砖材料在冻融过程中出现冻裂、缺棱掉角、片状剥落等损伤破坏模式,内部结构由密实连结状态逐步转为疏松颗粒分布状态。砖材的损伤值、质量损失率和强度损失率均随着冻融循环次数的增加呈非线性上升趋势,其动弹性模量、相对动弹性模量和峰值强度均随着冻融循环次数的增加而减小,根据试验数据可以构建出冻融作用下青砖的损伤演化方程,为古城墙砖材料在饱水状态下的力学性能研究提供理论参考。

关键词： 岩石力学   冻融循环   注浆固结体   浆-岩界面层   核磁共振  

摘要： 为研究冻融循环作用下注浆裂隙岩体的微观孔隙演化规律及其剪切力学响应,选用普通水泥(P型)、超细水泥(C型)及环氧树脂(H型)3种注浆固结体试样,进行冻融循环、核磁共振(NMR)及剪切试验,分析冻融循环过程中浆-岩界面层表观、微观孔隙结构变化特征及其剪切力学特性,研究宏微观多尺度注浆固结体破坏机制。结果表明:(1)随冻融循环次数增加3类试样均出现不同程度颗粒剥落、脱落及开裂现象,P型浆-岩界面层冻融劣化程度最为严重,其次为C型,H型表现最好;(2)3类试样浆-岩界面层核磁共振T;谱曲线演化趋势相近,且随冻融循环次数增加呈右移趋势,初始孔隙大小表现为P型>C型>H型,在冻融循环过程中,孔隙孔径表现出由微孔向介孔、介孔向大孔演化的特征。(3)浆-岩界面层的冻融劣化主要由内部水分在循环温度作用下的固液相变及迁移引起的,且注浆材料的不同对浆-岩界面层冻融劣化程度有较大影响。(4)3类试样整体剪切应力-应变曲线趋势接近,但剪切强度(τ;)和剪切刚度(K;)大小分别为H型试样最大,其次为C型,最小为P型,且3类试样τ;和K;均随冻融循环次数增加而降低。(5)注浆固结体的T;谱谱面积和剪切强度具有函数关系,以此为基础,得到不同冻融循环次数下基于微观孔隙演化规律的浆-岩界面层剪切破坏机制,即剪应力作用下,浆-岩界面层内部孔隙在尖端起裂并与相邻孔隙连接成微裂隙面,微裂隙面沿浆-岩界面层扩展形成宏观裂纹,最终导致注浆固结体沿浆-岩界面层的剪切破坏。研究结果为评价季冻区裂隙岩体注浆效果、提高岩体工程稳定性提供理论依据。

关键词： 水利工程   修补材料   环氧砂浆   冻融循环   质量损失   力学参数  

摘要： 文章为研究冻融循环影响下环氧砂浆修补材料的工程力学性质,在室内对不同冻融循环次数下的环氧砂浆材料开展了质量损失率、抗压强度及抗折强度试验。研究发现,随着冻融循环次数的增长,环氧砂浆修补材料的抗压强度呈先增大后减小的变化趋势,但其质量和抗压强度均不断降低。研究成果为我国水利工程混凝土修复工作提供借鉴作用。

关键词： 危岩体   冻融循环   断裂韧度   冻胀力  

摘要： 寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用,使其力学性能劣化;而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题,建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据。首先,根据断裂力学及冰冻结分离压力理论,考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力,构建冻融循环作用下危岩体稳定性评价模型;其次,基于圆孔扩张理论分析冰的冻胀力作用对岩石内部微孔洞的细观劣化机制,建立冻融循环作用下抗拉强度的细观劣化模型;再次,通过理论分析Ⅰ型断裂韧度与抗拉强度、断裂过程区扩展半径的关系,得到Ⅰ型断裂韧度在冻融循环作用下的演化方程;最后,通过危岩体工程算例,分析冻融循环作用下危岩体稳定性的劣化规律,同时利用算例讨论了敏感参数对危岩体稳定性系数和冻胀力的影响规律。结果表明:危岩体在冻融环境下的稳定性与岩石的抗拉强度、弹性模量、孔隙率、岩屑流失比等因素相关;在冻融循环作用下,半径较小的孔洞产生的冻胀力更大,对危岩体稳定的劣化作用更显著;岩石的弹性模量与冻胀力呈正相关关系,岩石抗拉强度越小更易发生冻胀破坏;当岩屑流失比大于0.8时,冻融循环作用对危岩体的长期劣化作用较强,控制冻胀破坏产生的岩屑流失对寒区危岩体长期稳定至关重要。

关键词： 铁路路基   强度特性   RST混合土   冻融循环  

摘要： 对冻融循环作用后的橡胶颗粒混合土(RST混合土)进行无侧限抗压强度试验,分析强度影响规律。结果表明,在28d养护龄期,虽然掺入橡胶颗粒的RST混合土抗压强度相对水泥土会降低,但是其抗冻融性能比水泥土强;冻融循环5次后,随着水泥掺量的增大,掺有橡胶颗粒的试件强度的提高率明显强于未掺入橡胶颗粒的试件;冻融循环5次后,橡胶颗粒的掺入从一定程度上减缓了由于含水量的不同而导致的RST混合土强度的降低速率。

关键词： 橡胶混凝土   冻融循环   纵波波速   损伤度   动态力学特性   吸收能  

摘要： 为研究冻融循环下橡胶混凝土的动态力学特性,采用非金属超声波检测仪测量橡胶体积掺量为10%的混凝土试件在不同冻融循环次数下的纵波波速,并利用直径74 mm变截面分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置在不同冲击气压(0.3,0.4,0.5,0.6 MPa)下对不同冻融循环次数(0、25、50、75、100、125)的橡胶混凝土试件进行单轴冲击压缩试验,分析其应力-应变曲线、峰值应力、极限应变、动态强度增强因子(DIF)和吸能效果变化规律。结果表明:橡胶的掺入使混凝土强度降低,但其韧性及吸能效果明显增加;随着冻融循环次数的增加,橡胶混凝土纵波波速随之减小,损伤度增加,冻融作用对橡胶混凝土造成损伤,降低试件纵波波速;相同冻融循环次数下,随着应变率的增大试件峰值应力、极限应变、DIF和吸收能都随之增大,试件存在明显的应变率效应;0.6 MPa冲击气压下冻融循环25,50,75,100,125次试件峰值应力分别降低了25.1%、37.1%、46%、52.5%、54.8%,随着冻融循环次数的增加,试件峰值应力降低,降幅逐渐减小,循环次数超过100次后试件应力降幅不再明显,极限应变增加,吸收能减少,冻融环境使橡胶混凝土材料的强度和整体性显著降低。

关键词： 冻融循环   植被混凝土   团聚结构   淋溶流失率  

摘要： 植被混凝土生态修复技术是当前国内用于裸露陡边坡植被恢复的典型技术之一,具备肥力持续供给能力是植被混凝土有别于其他建筑材料的基本属性。冻融循环作用下物理结构剧变导致养分固持能力减弱是限制植被混凝土在高寒地区应用的关键因素,但养分固持能力变化的深层原因尚不清楚。通过控制性试验,以初始含水率和冻融循环频次为变量,测定了植被混凝土水稳性团聚体粒径分布、团聚特征参数、主要养分含量及其淋溶流失率的变化规律。结果表明:随初始含水率提高,植被混凝土中水稳性微团聚体向大团聚体转化,尤其以≥1~2mm粒组增幅最多,团聚特征参数变化也反映出团聚体稳定性随之提高;冻融循环导致水稳性团聚体平均粒径不断减小,但会随冻融频次增长逐步趋于稳定。初始含水率的提高促使各养分含量略有增加;冻融循环作用下有机质、铵态氮、有效磷、速效钾含量仍有增长,但硝态氮含量不断降低。同时,冻融循环还会导致各养分淋溶流失率不断增大,最大增幅可超过90%,并随冻融频次增长趋于稳定。这说明冻融循环对养分固持能力的影响会逐步减弱,而且侧面反映出团聚结构与养分固持能力间存在紧密联系。Pearson相关性分析进一步表明,团聚特征参数与各养分淋溶流失率均达到显著相关水平,综合考虑显著性水平与相关性系数绝对值,认为团聚特征参数中几何平均直径与各养分淋失率相关程度最高,最适合用于表征植被混凝土的养分固持能力。上述研究结果证实,冻融循环作用下团聚效应减弱是导致植被混凝土养分固持能力降低的深层原因。

关键词： 混凝土   玄武岩纤维   灰色预测模型   盐冻   力学性能  

摘要： 中国西北地区广泛存在混凝土结构在盐冻侵蚀下耐久性降低的问题,为探明混凝土的劣化规律,选取不同掺量的玄武岩纤维混凝土和普通混凝土进行抗冻性能试验研究。以室内数据为基准,通过改变冻融介质和循环次数,科学合理的预测在不同掺量和工况下玄武岩纤维混凝土的力学性能。试验结果表明:使用氯化钠、硫酸钠溶液作为冻融介质时会加速混凝土的损伤破坏;玄武岩的掺入可以有效降低混凝土在冻融作用下相关力学性能的衰减速率,当取0.15%~0.20%时达到最优;获得的灰色GM(1,1)预测模型满足精度要求,可对灌区内混凝土建筑物的力学性能进行预测。研究成果可为其他特性混凝土的力学性能预测提供研究方法。