关键词： 冻融循环   应力-应变曲线   衰减模型   动弹模   损伤变量  

摘要： 为研究灰岩在不同冻融循环条件下物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2000 kN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明:随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,进一步增加冻融循环次数,岩样塑性特征越来越明显,脆性特征逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。

关键词： 沥青混合料   冻融循环   渗透性能  

摘要： 我国北方地区沥青路面的冻融破坏普遍存在,导致了沥青混凝土细观结构的损伤,改变了其宏观渗透性能。文中结合冻融循环试验与渗透试验,开展了沥青混合料冻融循环作用下的渗透性能演变研究。

关键词： 泥质白云岩   水-岩相互作用   干湿循环   冻融循环   强度劣化  

摘要： 水岩相互作用是岩土工程及相关学科的研究热点。通过干湿和冻融循环试验,对泥质白云岩力学特性的劣化规律及扩容进行研究。研究结果表明:泥质白云岩在干湿和冻融循环作用下均会出现明显不均匀的强度劣化,循环次数为60时,干湿循环比冻融循环对岩石的影响更大;循环次数为60时,冻融循环作用下岩样的抗压强度总劣化度会随围压的增大而增大;干湿和冻融循环作用下,屈服应力、扩容点应力与峰值应力的比值与围压呈线性上升关系;循环次数为60时,低围压下,干湿循环岩样的泊松比大于冻融循环下岩样的泊松比;高围压下,冻融循环岩样的弹性模量大于干湿循环岩样的弹性模量。

关键词： 公路路基   抗冻融特性   试验研究   固化砂   强度形成机理   无侧限抗压强度试验  

摘要： 在深季冻区,使用化学方法固化砂质边坡表层后,由于冻融循环的影响,固结层易发生破坏。为了研究新型固砂剂TD-1固化砂体后的抗冻融特性,从微观方面对其强度形成机理进行分析;使用湿冻法、干冻法对固化砂进行试验,模拟其在有、无雨雪条件下的冻融循环;冻融循环后,通过无侧限抗压强度试验,研究固化砂无侧限抗压强度随冻融循环次数的变化,以及应力随应变的变化。结果表明:(1)使用湿冻法进行冻融循环试验,随着冻融循环次数的增加,试样抗压强度逐渐降低,降低速率由快变慢,之后趋于稳定,试样破坏形式从脆性破坏逐渐向塑性破坏过渡;(2)使用干冻法进行冻融循环试验,随着冻融循环次数的增加,试样抗压强度逐渐增大,增大速率由快变慢,之后趋于稳定,试样破坏形式为脆性破坏。

关键词： 土力学   粗颗粒填料   冻融循环   恒温冻结   高铁路基   水-热-汽效应   荧光素追踪  

摘要： 为研究高铁路基非饱和粗颗粒填料水-热-汽效应,研发了适用于冻融循环作用下水-热-汽迁移特征追踪的试验装置,采用荧光素为示踪剂追踪外界补水中液态水上升的高度和变化规律。首先开展一系列关键性技术试验验证了试验方法和装置的有效性。而后在试验装置研发的基础上,开展试验研究冻融循环过程中,恒温降温模式下开放补水的非饱和粗颗粒填料中的水-热-汽效应。试样每次冻结时长72 h,融化12 h,分为3次冻结和2次融化。试验结果表明,恒温冻结模式下,冻深随着冻结次数的增加而增加。冻结过程中,粗颗粒填料外界水分补给主要以气态水的形式向土样内部迁移,融化时土样内部水分会向外界迁移。最大补水量出现在第2次冻结中。试验结束时,上冷浴盘顶部出现冰层,已冻区含水率的增幅相对比较均匀。反复冻融循环作用下,高铁路基粗颗粒填料的水、汽迁移和相变可导致路基中冰层的形成和强度的改变。

关键词： 冻融循环   土质边坡   水分场   试验研究  

摘要： 以辽宁省灯塔灌区总干渠为工程背景,利用低温环境模拟试验箱内的边坡模型试验,分析冻融循环对土质边坡的水分场的影响。结果表明:边坡表层的水分与气温有比较明显的关联,这种变化会随着深度的增加而减小,同时还呈现出愈加明显的滞后效应;在冻结过程中,受到温度势的影响,土壤水分表现为向冻结锋面迁移;在融化过程中,土壤水分则表现为向土体表面迁移。因此,经过多次冻融循环之后,土体水分场的分布呈现出趋向均衡的态势。结果对相关理论研究和工程实践具有重要的借鉴价值。

关键词： 海工混凝土   纳米颗粒   干湿循环   冻融循环   抗氯离子侵蚀性能  

摘要： 随着我国对海洋资源的开发利用及海洋环境下施工技术的飞速提高，各类海工建筑物相继建成。由于海工混凝土的服役环境恶劣，使其耐久性面临更为严重的考验。对海工混凝土的耐久性而言，氯离子(Cl-)侵蚀是首当其冲的影响因素，Cl-的存在会导致混凝土内部钢筋腐蚀膨胀，使混凝土裂缝的生成数量增加，导致混凝土开裂，结构性能劣化严重，而维修过程艰难且花费巨大。环境条件（如全浸泡、干湿及冻融循环等）的改变会使混凝土内的Cl-侵蚀过程发生改变，进而影响海工混凝土的抗Cl-侵蚀性能。因此，对干湿及冻融循环作用下海工混凝土的抗Cl-侵蚀性能展开研究具有重要的现实意义。　　由于纳米材料独特的物理和化学性质（如小尺寸效应和表面效应等），使其在各领域的运用越来越普及;利用纳米颗粒改善混凝土的耐久性能得到国内外学者们的广泛关注，成为研究热点。　　本文选择纳米SiO2和纳米Fe3O4颗粒来制备纳米海工混凝土，研究纳米海工混凝土在干湿及冻融循环条件下的抗Cl-侵蚀性能，并对其改善机理进行分析。本文的主要研究内容如下:　　(1)对普通海工混凝土进行干湿及冻融循环条件下的抗Cl-侵蚀性能试验，通过与全浸泡条件进行对比，揭示不同环境条件对海工混凝土内的Cl-迁移过程的影响，试验结果表明:干湿及冻融循环作用会加速海工混凝土的抗Cl-侵蚀性能劣化。　　(2)进行干湿及冻融循环条件与全浸泡条件下纳米海工混凝土的抗Cl-侵蚀性能对比试验，并与普通海工混凝土的相关性能进行比较，分析纳米颗粒的掺量和种类对海工混凝土在三种环境条件下的抗CI-侵蚀性能的影响规律，并揭示其改性作用机理。试验结果表明:两种纳米颗粒对三种环境条件下海工混凝土的抗Cl-侵蚀性能改善效果显著。　　(3)针对全浸泡、干湿及冻融循环条件下海工混凝土结构的服役特点，对描述混凝土中Cl-迁移过程的Fick第二定律进行修正，得到不同环境条件下纳米海工混凝土的Cl-迁移修正模型。拟合结果表明:拟合曲线与试验数据相关性较高，能够模拟不同掺量和深度下纳米海工混凝土内的Cl-含量，可为海工混凝土的耐久性设计提供参考。

关键词： 岩石材料   化学侵蚀   冻融循环   耦合作用   劣化机制   力学特性  

摘要： 寒区的岩土工程由于昼夜温差、地下水及酸雨等因素影响存在着一系列的安全和防护问题。冻岩孔隙的扩大，内部裂隙的扩展到破坏都受到化学腐蚀和冻融循环的双重作用，而两者耦合作用机制尚不明确，所以探究化学腐蚀与冻融循环耦合作用后下岩石的损伤劣化机理与力学特性，分析耦合条件下岩石材料的强度和流变特性的变化规律，对地下岩土工程实施具有重要的现实意义，并对寒区岩土工程的防护和失稳分析提供了一定的理论依据。　　本文主要基于国家自然科学基金项目“深层软岩体流变、蠕变、固流转化统一理论及控制技术的研究”（51674149）和“多场耦合深部软岩固流转化理论及能耗规律的研究”（51374134），在前人的研究基础上，采用室内常规力学试验、理论分析和模型开发相结合的方法，研究了化学侵蚀、冻融循环和地应力对岩石强度与蠕变力学特性的影响规律。试验岩样取自四川省矿场典型的细晶粒黄砂岩完整大样，制备成标准圆柱岩石试件，开展不同水化学溶液（H2SO4、NaOH、NaCl）侵蚀试验和不同次数的冻融循环试验，探讨砂岩的化学侵蚀机制和冻胀损伤机理，建立推导耦合作用下的本构模型，之后进行单轴、三轴压缩试验，蠕变试验，利用Test和Origin软件进行数据整理与拟合，分析化学腐蚀与冻融循环共同作用后砂岩的力学特性及破化方式，探究了岩石长期强度新的解法和算法，利用X射线衍射仪分析了不同化学溶液浸泡后试样物质成分变化，利用扫描电子显微镜，低场核磁共振仪对化学侵蚀与冻融循环共同作用后试样进行细观分析，探究微细观岩石孔隙、裂纹的萌生，扩展等现象，利用多物理场仿真分析软件***对化学腐蚀与冻融循环耦合作用后砂岩进行模拟分析。　　论文的主要研究内容与结论如下：　　（1）原岩勘测与岩样的制备，在多个地区勘测原岩，进行现场测定试验，最后选定了四川省矿场典型的细晶粒黄砂岩完整大样，并加工成直径为50mm,高度为100mm的标准圆柱试样，并对试样进行均一性筛选，测量在加工过程中设计了一种与岩石钻孔机搭配的固定装置和一种圆柱岩土试样制作装置。固定装置操作简单，能较好的固定好岩石石块并减轻岩石振动幅度，从而切割出标准的圆柱试样;圆柱岩土试样制作装置可以较好的实现对圆柱形岩土试验试件的均匀压实和脱模，克服了传统方法中压实程度均匀性难以保证，脱模困难，手工制作效率较低的缺点，弥补了圆柱形岩土试验试样制作装置方面的空白。　　（2）基于化学与冻融损伤理论，对化学侵蚀和冻融循环的耦合理论进行了分析阐述，推导冻胀力计算方程。对原岩试样进行了化学侵蚀和冻融循环耦合试验，并对质量损失率、称重孔隙率等物理特性进行了初步分析，并利用XRD测试技术，对不同化学侵蚀后的原岩成分进行了鉴定。在冻融循环试验过程中设计了一种与力学加载试验机相配合的冻融循环试验箱，可以实现冻融循环和压缩、蠕变试验同时进行。　　（3）利用SEM观测技术与核磁共振试验可以得到：①在同一冻融循环次数下，酸性溶液对砂岩试样内部结构损伤最严重，产生的孔隙数量最多，孔隙率最大，碱性溶液下试样损伤程度稍高于中性溶液下的。②不同化学溶液侵蚀下岩样表面损伤程度愈加显著，孔隙不断扩展直到有微裂纹的产生，冻融循环45-60次过程中，岩石颗粒之间连通性变好，损伤加剧，开始有裂纹产生。③岩样损伤是由表及里，由两端向中部发展的，化学溶液和冻融循环相互促进，共同影响了岩石的损伤劣化程度。　　（4）对化学侵蚀和冻融循环耦合作用下的原岩试样进行了单轴和三轴（不围压）压缩实验，与细观检测相结研究，并验证了推导的本构方程，得到：①不同化学溶液侵蚀的岩样随冻融循环次数的增加，峰值强度和弹性模量都相应降低;在同一冻融循环次数下，酸性溶液侵蚀的岩样力学性能下降最严重，碱性溶液下次之，中性溶液下最好。②不同围压下岩样的峰值强度、弹性模量随冻融循环次数的增加成指数函数下降趋势，单轴和围压3MPa下，曲线整体斜率不断增大;围压6MPa下，曲线斜率不断减小，化学侵蚀与冻融循环对岩石力学特性影响程度降低，围压起主导地位。③化学侵蚀和冻融循环耦合下岩样的内摩擦角在30o左右浮动;内聚力随冻融循环次数的增加而逐渐减小，冻融循环45次后，衰减速率增大，酸性溶液下岩样内聚力减小了35.4%，中性和碱性溶液下分别减少了27.2%和29.3%。④冻融循环30次前，不同化学溶液侵蚀下岩样的破坏形式以纵向脆性破坏和斜剪切破坏为主;冻融循环30次后，岩样的主要破坏形式为楔形劈裂破坏。相同冻融循环次数下，不同化学溶液侵蚀下岩样的次裂纹数量与端面碾碎程度：酸性溶液＞碱性溶液＞中性溶液。　　（5）通过分级加载的方式，对化学侵蚀与冻融循环耦合作用下原岩试样进行了蠕变特性试验，通过建立的非线性黏塑性模型和西原模型原理，建立了一种用来描述冻融岩石的非线性蠕变模型，基于Quasi-Newton算法的

关键词： 木质素纤维   木质素   改良土   冻融循环   力学性质   微观结构  

摘要： 冬夏冷暖交替使地基土经历反复的冻融循环,导致其力学性质产生一系列的不可逆变化。在季节性冻土区域对地基土进行改良是一种较常用的工程措施。纤维和木质素是一种经济环保,且具有良好耐久性的添加材料。本文以木质素—纤维改良土为研究对象,研究不同纤维和木质素掺量的加固土样在多次冻融循环后的强度特性,揭示了冻融循环次数对木质素—纤维改良土力学性质的影响规律。试验研究表明,木质素—纤维改良土在提高土体强度、抵抗反复冻融循环问题上具有明显的优势,可为实际工程设计提供参考。具体研究内容和结论如下:(1)使用不同掺量的纤维改良土进行冻融循环和UU三轴试验,研究了纤维改良土的应力应变特性、弹性模量、破坏强度、抗剪强度等力学性质指标。实验结果表明,纤维掺量为0.75%的改良土的弹性模量、破坏强度、黏聚力都最大,内摩擦角变化最小,即力学性质最优。(2)对0.75%纤维改良土开展不同倍数的SEM电镜扫描试验,并使用PACS图像处理软件对微观图片进行分析,最终得到改良土的微观结构参数和加固机理,分析冻融循环后改良土5个微观结构参数的变化规律,揭示了冻融损伤机理。试验发现,纤维改良土的加固机理主要可以分为“搭接”和“交织”两种,土体内部孔隙率和土颗粒形状的改变对改良土抗剪强度指标的变化起到关键性的控制作用。(3)在0.75%掺量纤维改良土中加入不同掺量的木质素,并对所得到的木质素—纤维改良土进行三轴试验、SEM电镜扫描试验,以及EDS、XRD化学表征试验,着重分析了该改良土力学性质的变化规律,以及改良土的水稳定性,揭示了木质素对土体改良加固的机理。纤维在土体内部形成了整体性较好的网状结构,木质素一方面填充了土颗粒间的孔隙,另一方面利用其较强的胶结性将土团粒体连接起来,两者共同发挥作用,提高了改良土的力学性质,也增大了其水稳定性。(4)根据Kondner双曲线方程,以(σ-σ)/E作为归一化因子,对冻融后改良土的应力应变曲线进行归一化分析。并对改良土在三种围压下、多次冻融后的应力应变曲线进行拟合,发现拟合效果较好。

关键词： 路基   冻融循环   电阻率   影响因素   电阻率变化模型  

摘要： 季节性冻土区路基土壤常年受到周期性冻融循环作用的影响,土壤常常表现为受冻时结冰,温暖时融化,而结冰往往将使得土体冻胀,融化使得土壤融沉,土体结构受到周期性胀缩的影响,势必会发生损伤,在冻害严重的地区,路基土体结构将发生破坏致使道路无法使用,因此有必要在冻土区道路建设及服役期间对土壤工程性质进行观测。以往的地球物理测量手段主要有现场取样和室内试验,但往往耗时很久,且测量手段复杂,需要一种测量简便、快捷的测量手段来监测路基土体工程性质。土壤电阻率是土的固有电学属性,影响因素包括含水率、压实度、温度等,而这些影响因素一定程度上也能体现土壤工程性质的好坏,而且电阻率测量原理简单、测量过程迅速,因此研究冻融循环作用对土壤电阻率的影响具有工程实际意义和理论研究意义。本文以武汉市洪山区八一路路基土为研究对象,系统分析了不同初始条件下电阻率在冻融循环作用下的变化规律,得到了如下成果:1.分别研究了温度、含水率、压实度对土壤电阻率的影响规律,发现其他条件不变情况下,随着土壤温度升高,土样电阻率明显减小;同样的,含水率与压实度对土的电阻率影响规律都与温度对电阻率的影响类似,电阻率与二者都呈负相关。2.对不同初始条件土样进行了冻融循环试验后发现,由于试验方案的原因,封闭体系下的土样变形很小,对于本次试验来说,冻融循环作用对土样变形的影响可忽略不计。3.在经历冻融循环作用后,土样内部温度和含水率将由均匀分布转变为上高下低的分布;对于土样内部平均温度来说,在设定温度相同的条件下,不同初始条件土样在经历一次冻融循环作用后都将回归同一水平。4.冻融循环作用对不同压实度土样电阻率的影响都表现为电阻率先减小后稳定,且压实度越大,电阻率减小的幅度越大;不同冻结温度条件下的冻融循环作用对土样电阻率的影响也表现为先减小后稳定,冻结温度越低,减小幅度越大。5.建立了综合性电阻率变化模型,通过对实测数据进行拟合后发现,模型对不同初始条件下土样电阻率的变化趋势契合程度都较高。