关键词： 非饱和   氯盐渍土   基质吸力   冻融循环   水分迁移   盐分迁移  

摘要： 我国西北地区分布着大量盐渍土,盐渍土的盐胀性、溶陷性、腐蚀性给实际工程带来诸多问题,而且,西北地区气候条件特殊,全年降雨量少,蒸发作用强,年温差、昼夜温差较大,正温与负温反复交替,这使得土壤中水分盐分不断向地表或浅层迁移,更加剧了土壤的盐渍化程度。为了探究冻融循环作用下盐渍土中水盐迁移特性,本文通过室内试验,对不同含盐量盐渍土进行冻融循环,并对经历不同冻融周期以后的盐渍土水分盐分迁移情况进行分析研究。1.室内人工配制氯盐渍土,并分别对六种不同含盐量的盐渍土进行击实,击实结果表明,含盐量不同时,盐渍土的含水量与干密度均呈二次函数关系,且随着含盐量的增大,盐渍土的最大干密度以含盐量7%为转折点先增后减,最优含水量一直减小。2.采用滤纸法对盐渍土的基质吸力进行测定,通过对比分析得出,基质吸力随含盐量的增加呈先减后增的趋势,温度较高时,该趋势不明显;基质吸力随温度升高呈降低趋势,正温对基质吸力的影响较小,负温的影响相对较大;基质吸力随着含水量的增大而减小。3.对烘干法和电导率法测盐分进行对比研究,发现两种方法都十分可靠,烘干法测量结果精确可量测范围大,电导率法比较方便,土壤实际含盐量与相应的1:5土水比土壤浸提液电导率之间存在一次函数关系,但电导率法只能测量含盐量低于4%(包括4%)的盐渍土含盐量。4.对不同含盐量盐渍土进行冻融作用下的水盐迁移试验,试验结果表明:同一位置处盐渍土的含水量随着冻融次数的增加而增大;在土柱的竖直方向上,和初始含盐量相比,不同位置处的含盐量有增有减,含盐量为3%及3%以下土样下部三个层位含盐量随冻融次数的增减规律与含盐量为5%及5%以上土样有所不同。5.对不同含盐量盐渍土在冻融循环作用下的总吸力变化特性进行研究,通过分析发现,在竖直方向上土柱中部的吸力大,两端吸力小,吸力曲线近似于开口向左的凹形曲线,同一位置处土样的吸力随着冻融次数的增加而减小,且三次冻融后减幅最大。

关键词： 高速铁路路基   粗颗粒土   冻融循环   压实度   降温模式   水热汽效应  

摘要： 我国季节性冻土区已建高速铁路路基均出现了不同程度的冻胀,并且某些路段的冻胀量超标,研究高铁路基粗颗粒填料的水热汽效应,对粗颗粒土的冻胀机理有更全面的认识,对高铁路基的抗冻设计、施工及冻土区既有高铁路基冻害的整治有重要意义。因此本文选用哈齐客专路基基床底层细角砾石作为研究对象,通过室内试验,研究冻融次数、压实度、降温模式等因素对土体温度及水分分布的影响,分析气态水在水汽迁移中的作用以及粗颗粒土中水热汽效应对寒区高铁路基工程的影响。论文的主要内容和取得的成果如下:(1)针对试验研究目标和内容的需求,自主研制了冻融条件下土体水汽迁移追踪装置,并验证了该装置的可靠性;利用该装置完成了粗颗粒土在封闭系统中的冻结试验,分析了图像追踪冻结锋面方法的有效性,误差均在9 mm以内。(2)完成了粗颗粒土在不同降温模式冻融作用下的水热汽效应试验,分析了水汽迁移规律以及降温模式对水热汽效应的影响。试验结果表明:降温模式对冻结锋面处含水率影响不大,差值最大为0.16%;对冻深范围内含水率的竖向分布有重要影响,分级降温模式比恒温降温模式的补水量大,最大为2.66倍。不同降温模式下,外界液态水迁移高度均处在10～20 mm范围内,因此,气态水迁移在水分分布中发挥主要作用。在冻土工程中,冻土区路基阴阳坡温度不均匀变化可能推动土体中产生不均匀水分分布,建议考虑气态水迁移的影响及防止措施。(3)分别完成了粗颗粒土在不同冻融次数及不同压实度冻融作用下的水热汽效应试验,分析了不同冻融次数和压实度对土样冻土区和未冻土区含水率分布的影响。试验结果表明:当压实度相同时,冻融次数越多冻深越大。经历6次冻结后,较初次冻结冻深值增加18 mm;土样冷端含水率随着压实度的减小、冻融次数的增加而减小;冻结锋面处的含水率随着压实度的减小、冻融次数的增加而增加。建议在工程中控制好压实质量,防止在冻结环境下路基产生不均匀的冻胀变形。

关键词： 冻融循环   砂岩   力学性质   断面分形特征   损伤本构模型  

摘要： 随着我国基础设施建设进一步向中西部倾斜,地区内的公路铁路、机场、水利等重点领域工程数量及规模不断扩大。然而,由于季节性严寒气候、持续极端冰雪天气等低温环境的影响,许多在建和规划于此的岩土体工程将不可避免地经受一定周期冻融循环过程。岩石是一种内含大量微裂隙、孔隙等细观缺陷的非均质体,其强度和变形性质易受到冻融循环致损作用影响而发生变化,从而威胁工程岩体的长期稳定性。因此,研究和掌握冻融岩石的力学性质和损伤劣化规律及机理,可为冻融环境下岩石材料强度和变形破坏特征的分析与预测提供理论参考,对于我国一些存在冻融灾害隐患地区的重大工程建设、维护及安全评估,具有重要的研究意义和学术价值。本文围绕冻融循环作用下岩石材料的力学性质及其损伤特性这一研究课题,首先开展了砂岩的冻融循环力学试验,并借助数字图像技术和分形理论,对冻融砂岩的压缩破坏断口表面进行了形貌特征观测和分形维数计算分析,研究了冻融循环作用下砂岩的力学性能劣化规律、宏观破坏特征和断口表面分维数变化规律及损伤劣化机理,并以断面分维为桥梁,建立了冻融砂岩单轴压缩分形损伤本构模型,结合试验成果对模型进行计算验证,分析冻融受荷砂岩的损伤演化规律。取得了以下研究成果和结论:（1）开展了砂岩冻融循环试验,并进行了单轴压缩试验,得到冻融循环作用下砂岩力学性质的劣化规律和破坏特征的变化情况。随着冻融循环次数的增加,砂岩应力-应变曲线的压密、塑性屈服阶段逐渐明显,弹性变形阶段所占比例缩短,破坏后阶段曲线逐渐变得平缓,最终变形量随之增大;红砂岩的单轴抗压强度、弹性模量呈先快速降低后缓慢降低的劣化趋势,并均与冻融循环次数呈指数函数关系;除个别点（冻融15次）外,轴向峰值应变是呈先快速增大后缓慢减小的趋势;冻融后砂岩典型破坏形式有劈裂拉伸破坏、圆锥形剪切破坏和拉剪混合破坏三种,随着冻融循环次数的增加,岩样破坏模式向剪切破坏形式转变,破碎岩块的完整性越来越差。（2）借助数字图像技术和分形理论,得到断口表面形貌特征及分维数变化规律。随着冻融循环次数的增加,岩样主断裂面起伏度的变化幅度减小,断面分维数也随之减小,且同一岩样破坏断口表面的3张图像分维值差异变小;利用Matlab每次求算的置信度均在0.985以上,变动范围较小,分维计算结果比较准确;断面形貌分维值与能量耗散特征有良好的相关性,断面形貌分维值越小,同时岩样断裂破坏所耗散的能量值越低,表明岩样越容易发生破坏。（3）基于连续损伤力学和统计学理论,建立了冻融砂岩单轴压缩分形损伤本构模型。该模型较好地反映出了岩石在冻融循环和受荷条件下的损伤演化特性,并以断口表面分形特征为桥梁,将砂岩宏观破坏特征与细观损伤破坏机理联系起来,且模型参数可由试验常规数据求解,适用性强。（4）结合试验成果对模型进行计算验证,得出冻融受荷砂岩的损伤演化规律。模型描述的砂岩应力-应变理论曲线与试验曲线吻合度较好,并准确地反映出了冻融岩石的强度劣化规律;当冻融循环次数一定时,砂岩冻融受荷总损伤Dm随轴向应变的增大呈现出先快速增加后缓慢增加的变化趋势;当荷载一定时,总损伤Dm随冻融次数的增加而增加,损伤路径也随之前移,表明冻融循环作用加剧了砂岩的损伤,但损伤速率则逐渐减小,砂岩的塑性增强。

关键词： 冻融循环   层理砂岩   裂隙   变形破坏   热胀冷缩  

摘要： 云冈石窟砂岩风化问题由来已久,冻融循环作用是石窟砂岩风化的重要影响因素,研究冻融循环条件下砂岩的变形破坏规律对云冈石窟防风化治理具有重要意义。本文在总结前人研究的基础上,研究冻融循环条件下不同含水状态含层理砂岩冻融变形破坏规律,对不同含水状态含层理及完整砂岩展开冻融循环实验,具体研究工作为:对饱水、自然含水、干燥三种含水状态下含层理、完整砂岩分别进行冻融循环试验,测定了各状态砂岩的宏观物理力学参数随冻融循环周期的变化规律。随着冻融循环周期的增大,纵波波速、质量、抗压强度、抗拉强度和弹性模量逐渐降低。水分和层理均削弱了岩样抗冻融能力。在冻融循环过程中实时测定6种状态岩样的应变变化过程。结果显示:含水岩样变形主要包括温度效应造成的热胀冷缩变形和水分结冰膨胀造成的冻胀变形。热胀冷缩变形受岩样自身颗粒成分和颗粒组成非均匀程度影响,所以含层理岩样比完整岩样热胀冷缩变形大,而含水率越高冻胀变形越大。对不同冻融周期后岩样进行微细观形貌观测。随冻融周期增加,微观尺度下胶结物出现松散,致密度降低,同时伴随着裂隙的萌生和发育。裂隙产生位置主要包括胶结物-颗粒连接处、颗粒-颗粒交界处。细观尺度下,饱水含层理岩样易产生裂隙,裂隙方向平行于层理方向,且随着冻融循环周期增加,裂隙宽度、条数增加,裂隙交汇形成裂隙网络。探讨了不同状态砂岩的冻融变形破坏机理,分别分析了非均质性和冻胀作用造成的变形破坏规律,研究了裂隙扩展率与冻融循环周期之间的关系。结果表明:层理的存在造成其与砂岩基质交界处为结构弱面、非均匀程度大,易在此处发生冻融变形破坏。另外水分的存在严重削弱了砂岩的抗冻融能力。本论文有图59幅,表11个,参考文献88篇。

关键词： 隔震   跨海大桥   高阻尼橡胶支座   海水冻融循环   支座力学性能   有限元分析  

摘要： 近年来,国家对基础设施建设的投资力度持续加强,大量高技术、高投入及大跨度的跨江河海的大桥先后建成。跨海大桥的出现将大大减少沿海重点城市之间的燃油损耗和出行时间,对促进沿海两地经济发展、地区产业结构升级和平衡区域经济等起着关键作用。在冬季严寒且冻融交替的北方地区,跨海大桥除了受到自重、上部活载、海浪、海流、潮汐、风等各类因素的作用而影响其耐久性外,还会遭受到冷冻融化循环作用对跨海桥梁的结构及隔震支座的影响。在海蚀环境和冻融环境综合影响下的跨海大桥,桥梁结构出现保护层脱落、钢筋锈蚀、混凝土损伤开裂等腐蚀损害情况远比内陆环境下的桥梁结构严重。国内外对高阻尼橡胶隔震支座耐久性研究集中在支座的热氧化、徐变以及高阻尼橡胶材料方面,且研究范围多针对内陆地区桥梁而使用的高阻尼橡胶支座,对海洋环境下桥梁用高阻尼隔震橡胶支座在冻融循环作用下的劣化研究较少。在冻融循环交替的冬季环境下,沿海桥梁结构使用的高阻尼橡胶隔震支座与桥梁主体结构一样,共同受到海水环境下冻融循环的交替作用,因此,对海洋环境冻融循环作用下高阻尼橡胶隔震支座的劣化性能研究是十分必要的,成果对高阻尼橡胶支座在近海桥梁工程的应用推广、跨海桥梁全寿命性能评价提供试验数据和理论基础。本文以高阻尼橡胶隔震支座及同批生产加工的高阻尼橡胶材料为主要研究对象,结合渤海湾冬季实际环境和试验室现有的实验条件,参照国内外关于冻融循环作用下混凝土、橡胶支座劣化性能的相关研究,对高阻尼橡胶隔震支座及高阻尼橡胶材料开展试验室人工加速海水冻融循环试验。具体研究内容及成果如下:(1)根据跨海桥梁用高阻尼橡胶隔震支座在渤海湾的实际海洋环境和冻融循环气候条件,参考相关文献,分析渤海湾冻融循环实际环境与试验室人工加速冻融循环试验的内在联系,拟定试验室人工加速冻融循环试验方案及试验工况。(2)对高阻尼橡胶隔震支座和高阻尼橡胶材料同步进行试验室人工加速海水冻融循环试验,定期测定了高阻尼支座和高阻尼橡胶材料的力学性能。分析了高阻尼橡胶隔震支座与高阻尼橡胶材料的力学性能随海洋冻融循环作用时间过程的变化规律,并通过对相关数据进行公式拟合,得到高阻尼橡胶材料及支座在海洋冻融循环作用下性能劣化时变规律,提出橡胶材料时变本构模型参数,以供工程实践参考。(3)对高阻尼橡胶隔震支座建立ABAQUS有限元模型,利用本文拟合得到的橡胶材料的时变本构模型参数,建立高阻尼橡胶隔震支座的力学性能有限元模型,进一步计算分析高阻尼橡胶隔震支座力学性能随海洋冻融循环作用下时间变化规律,并与高阻尼橡胶隔震支座在海洋冻融循环作用下的力学性能变化规律的试验结果进行对比和验证,最后综合分析海水冻融循环作用下高阻尼橡胶隔震支座的劣化规律。

关键词： 重载铁路   改良土   动力特性   静力特性   冻融循环   动本构模型  

摘要： 神朔铁路位于我国北方季冻性冻土区,受季节交替变化及重载列车荷载作用,路基常出现不均匀冻胀、融沉以及翻浆冒泥等病害,列车行驶安全受到严重威胁。因此,开展重载列车荷载作用下基填料的力学特性与冻融循环关系的研究,将对我国季节冻土区道路工程的建设及神朔铁路路基病害的治理提供理论依据。本文以神朔铁路路基填料(低液限粉土)以及其改良填料为研究对象,根据室内三轴试验的结果,分析了路基填料及其改良填料的静、动强度特性的变化规律;在此基础上,根据有限元理论对重载列车荷载作用下季节冻土区路基的变形进行预测,主要的研究成果包括以下几个方面:(1)通过现场调查及路基填土的基本物理性质试验,分析神朔铁路路基冻害的特点,从土质、水分、温度等方面总结冻害产生的原因,并确定了神朔铁路路基填土的基本物理性质,将路基填料定名为低液限粉土。(2)路基填料的静三轴试验结果表明,最优含水量时土体的应力应变关系随着围压增大从软化特性变为硬化特征;当围压相同时,含水率越高其剪切强度越小;随着围压的增大,其强度逐渐增大。经冻融循环后,路基填料的强度基本呈现逐渐降低趋势,但一般在冻融循环5次后其强度逐渐趋于稳定,降幅约为9%。(3)路基填料的动三轴试验结果表明,常温条件下该细颗粒土的阻尼比和等效剪切模量都随动应力的增大而逐渐减小并趋于稳定,其稳定值分别约为0.4和150MPa,但动荷载作用次数对其影响较小。经冻融循环后,土的动粘聚力降低约10%而动内摩擦角稍微有所增大,但等效剪切模量有所降低。(4)低液限粉土掺入TGH固化剂后,其静、动三轴试验结果表明,TGH固化剂改良土的静、动强度均有显著提高;TGH固化剂的最优掺和比为2%,此时改良土的静强度提升约40%,等效剪切模量提高30%,但其阻尼比相对变化较小。(5)根据试验结果,在既有Hardin-Drnevich模型、Davidenkov模型基础上,建立了冻融循环后路基填料的动力本构模型,并对两种模型进行了对比分析。(6)采用有限元分析方法,对神朔铁路路基在重载列车荷载作用下的变形进行了预测,并对不同工况下路基的变形进行了对比分析。图104幅,表22个,参考文献81篇

关键词： 土壤结皮   冻融循环作用   刺破强度   冲击侵蚀   含水率   冻融次数   冻融增蚀系数  

摘要： 土壤结皮覆盖了35%的陆地地表(部分地区覆盖度甚至超过70%),在干旱半干旱地区的土壤-水-植物系统中扮演者重要的角色,对荒漠化的恢复有着重要的生态功用。在土壤结皮中颗粒之间的粘聚力比在松散土壤要大许多,而且土壤结皮表面自由粉尘的含量少,因此结皮覆盖地表的抗风蚀能力大大增强。在沙漠化地区,土壤结皮经常会受到风沙流的冲刷作用,了解和分析风沙流对土壤结皮的冲击破坏,对于预测荒漠地区粉尘释放和土壤侵蚀有着重要的参考意义。在过去的20年里,土壤结皮的抗侵蚀能力引起人们越来越大的兴趣,对于土壤结皮的研究力度越来越大。在我国北方干旱半干旱地区,冻融现象是普遍存在的,特别是在冬末春初和秋末冬初季节交替的时间段。然而针对冻融作用下土壤结皮受冲击破坏造成的粉尘释放和土壤侵蚀的研究却很少,因此本文工作主要集中在冻融作用对土壤结皮抗风蚀性能的影响方面。实验采用了多种土壤结皮。为了控制结皮的相似性,减小实验测量中存在的误差,土壤结皮的制作过程均在实验室内进行。实验采用了六种结皮,包括利用在干旱半干旱地区结皮中发现的微生物制作出的五种生物结皮和一种物理结皮。由于土壤水主要是通过降雪或者降雨来补充分的,本文在实验中模拟了降雪融雪事件,并研究其对干旱半干旱地区土壤结皮的影响,定义了冻融增蚀系数来量化降雪融雪事件对不同种类结皮抗风蚀能力的影响程度。实验还详细地研究了含水率和冻融次数在结皮冻融循环过程中的具体作用。结果表明,生物结皮普遍比物理结皮抗侵蚀能力强,但是生物结皮受冻融作用影响较大。冻融使得结皮刺破强度大幅度减弱,含水率越高,刺破强度随冻融次数增加减弱的越快。融雪-冻融实验表明,在高风速时,点形念珠藻(NP)形成的生物结皮受冻融作用影响最大,冻融增蚀系数最大为4.68,侵蚀率增加了368%。侵蚀率随含水率和冻融次数增加而增加,在21%含水率五次冻融时,冻融增蚀系数为4.08,侵蚀率增幅308%。

关键词： 模型试验   季节性冻土   冻融循环   数值分析   灾害治理  

摘要： 季节性冻土作为一种极为敏感的不稳定土体,其物理性质随着气候和温度变化及冻融过程的发展而动态变化,季节性冻土区路基季节性冻融规律明显,受季节性冻胀和融沉的影响,导致膨胀、开裂、翻浆等一系列冻融灾害。公路的耐久性、实用性和安全性受到严重影响。近年来,随着西部大开发和“十三五”基础设施建设的稳步推进,川西季节性冰冻地区的公路和铁路建设将会加快,而季节性冻土区的路基冻胀融沉问题非常突出并且相关研究成果较少。因此,研究川西高原季节性冻土冻胀融沉的处理是十分必要的,可为道路冻胀融沉的处理提供参考。本文针对川西高原季节性冻土区康定至新都桥国道为研究对象,研制了路基土冻融循环效应治理试验系统,开展了冻融循环模型试验,利用建立的路基水热力耦合模型模拟模型试验,验证了数值模拟的可靠性。根据分析结果,证明了季节性冻土路基病害处理措施的有效性。主要研究内容和成果如下:(1)研制了路基冻融循环效应治理的试验系统。为了模拟川西高原季节性冻土区路基的冻融循环效应,综合考虑了温湿度及地下水等条件,设计了可程式试验仓、温湿度采集装置、应力应变采集装置、保温装置、防排水板及三维土工布系统、自动加热装置等,可实时采集记录路基模型中的温度和体积含水率及路基变形。(2)对路基模型进行了多次冻融循环试验。通过多次冻融循环试验测得的结果,研究分析了模型体在各个循环冻融阶段的含水量、温度和路基变形规律,并将川西季节性冻土区路基冻融循环效应与以往研究进行了对比,验证了本文针对季节性冻土路基冻胀融沉病害治理措施的有效性。(3)对模型试验进行了数值模拟分析。基于现有的水热耦合方程和模型,对室内模型试验进行了数值模拟,通过模拟结果与模型试验实测结果的对比发现,二者变化规律具有较强的相似性,证明了数值模拟结果的准确性,验证了对季节性冻土路基,通过铺设复合防排水板和三维土工布抑制地下水向路基内部迁移及铺设保温板阻碍路基与环境的热质交换的方式治理季节性冻土区冻胀融沉的可行性且治理效果较为明显。本文通过开发的路基冻融循环效应灾害控制试验系统,对季节性冻土地区路基进行了冻融循环效应模型试验,并通过建模进行了数值模拟,研究的结论对川西高原季节性冻土地区路基的冻胀融沉灾害的治理具有一定的借鉴意义。

关键词： 沥青混合料   玄武岩纤维   冻融损伤   本构方程   细观特性   粘弹性   疲劳  

摘要： 沥青混凝土路面在水分与低温共同作用下,会发生严重的冻融损伤破坏,季节冻土区的道路工程受到的破坏作用更加显著。掺入纤维是一种常见的改善沥青混凝土路用性能及抗冻融能力的技术手段,玄武岩纤维是一种逐渐开始推广应用的矿物纤维,可以起到加筋、分散、吸附、稳定、增粘等作用,能够明显改善沥青混合料路用性能。近年来,我国已逐渐开展对玄武岩纤维的生产研究,并制定了相应玄武岩纤维沥青混合料的技术规范,对玄武岩纤维沥青混合料的应用进行推广。季冻区存在严峻的冻融气候条件,但玄武岩纤维沥青混合料在冻融循环下的力学性能衰变规律与机理还尚不明确,这阻碍了玄武岩纤维沥青混合料在季冻区的推广。虽然沥青混凝土冻融损伤宏观性能研究早已开展,但其宏观性能的冻融损伤研究依然不够全面,对于冻融循环的裂缝扩展认识不够深入,在细观层次上其损伤破坏过程与机理也不明确,对于复杂的力学性能如粘弹性能、疲劳性能的影响研究也较少。冻融循环作用对沥青混合料性能的影响研究还需要深化。本文结合国家自然科学基金“季冻区沥青混凝土冻融循环损伤模型及细观特性研究”,和吉林省交通运输科技项目“水-温耦合作用下玄武岩纤维沥青混合料损伤特性及机理研究”,对玄武岩纤维沥青混合料路用性能、细观特性、低温特性、声发射特性、高低温粘弹特性、疲劳特性及这些性能的冻融损伤演化规律进行了研究,建立普适冻融损伤演变预测模型,明确了冻融循环的损伤作用机理。本文对于降低冻融循环对沥青路面的影响,推进玄武岩纤维沥青混凝土路面的应用,均具有重要的理论意义与工程应用价值。本文开展的具体研究工作如下:(1)采用玄武岩纤维对SMA-13型沥青混合料进行改性,制备了玄武岩纤维沥青混合料和普通木质素纤维沥青混合料。在冻融循环条件下对两种沥青混合料的常用路用性能指标的衰变规律进行了研究,测试指标包括:稳定度、抗压强度、劈裂强度、间接拉伸劲度模量、低温劈裂强度、小梁低温弯曲强度和应变。基于损伤与可靠度理论建立了沥青混合料在冻融循环条件下的损伤演化模型。结合室外环境下的路用性能试验,对季冻区沥青混合料的使用寿命进行了预估。探寻了玄武岩纤维对沥青混合料的模型指标影响,及对沥青混合料实际使用寿命的影响。(2)基于数字图像处理技术,对冻融循环条件下玄武岩纤维沥青混合料细观特性变化进行了研究,对沥青混合料的细观孔隙进行分类,研究了玄武岩纤维沥青混合料的大中小孔隙在冻融循环下的各自变化规律,将冻融循环的作用效果分解成冻胀作用和水侵蚀作用,通过分析面积和周长变化间的区别来分析两种作用的效果。探寻冻融循环作用下沥青混合料的细观特性变化规律,表征冻融循环对沥青混合料的损伤机理,分析玄武岩纤维对沥青混合料的改善效果及机理。(3)对冻融循环下的低温抗裂性能进行研究,并通过声发射技术进行了监测。对冻融循环下的低温劈裂试验的劈裂强度、破坏应变、劲度模量、应变能指标进行研究。描述了低温劈裂试验中冻融循环后出现的应力-应变曲线的非线性特征变化,并提出了非线性指标,建立了冻融循环后沥青混合料在低温下的统计损伤本构方程,并通过声发射技术对加载过程进行监测。通过声发射试验获取的声发射参数来分析在加载过程中沥青混合料内部的微裂缝的发展规律,分析玄武岩纤维和冻融循环作用对微观裂缝扩展规律的影响。(4)对玄武岩纤维沥青混合料的高低温粘弹性能及冻融循环作用下的粘弹性参数变化进行研究。采用不同温度和应力条件下的单轴静态蠕变试验,借助Burgers蠕变模型,分析玄武岩纤维对沥青混合料高温粘弹性能的影响。在选定的温度和应力条件下,分析冻融循环对高温粘弹性参数的影响。采用不同应力条件下的小梁低温弯曲蠕变试验,分析玄武岩纤维对低温粘弹性能的影响,对蠕变柔量与松弛模量之间进行了转化,从而分析松弛特性的变化。选取合适的应力条件,对冻融循环作用下的低温粘弹性能进行研究,分析冻融循环对玄武岩纤维沥青混合料低温粘弹性参数的影响。(5)对玄武岩纤维沥青混合料的疲劳性能及冻融循环作用下的疲劳性能变化进行研究。利用四点弯曲疲劳试验对玄武岩纤维沥青混合料的抗疲劳性能进行研究,分析玄武岩纤维对疲劳试验过程中劲度模量、滞后角、耗散能等参数变化规律的影响,从而明确玄武岩纤维对沥青混合料疲劳性能的改善机理。利用间接拉伸疲劳试验确定玄武岩纤维沥青混合料的疲劳寿命方程。选用间接拉伸疲劳试验分析了冻融循环作用下玄武岩纤维沥青混合料的疲劳性能变化,建立玄武岩纤维混合料在冻融循环作用下的疲劳寿命方程,分析冻融循环对疲劳参数的影响。

关键词： 冻融循环   含水率   黄土   三轴试验   粘聚力   内摩擦角  

摘要： 黄土的冻融循环是我国季节性冻土地区所持续发生的一种自然现象,我国西北部地区以黄土为基础的各类建筑物在建设及使用阶段,也无法避免冻融循环作用对基础的影响。在持续发生的冻融循环过程中,土体的结构会发生明显的变化,会使黄土发生劣化现象,导致其力学特性大幅衰减。冻融循环作用也是导致西北地区以黄土为基础的建筑物出现质量问题的主要原因之一,影响到构筑物的稳定性和使用寿命。因此对黄土的冻融循环研究就非常有意义,虽然相关的研究成果较多,但冻融循环对黄土强度的影响却缺少系统性的研究,缺乏综合性的统一成果,所以更加需要进一步的研究。本文以长安区的土样为研究对象,试验所采用的土样为非饱和重塑土。在测得各项物理特性参数后采用三轴试验,根据试验数据得到以下结论:(1)土体的强度会随着冻融循环次数的增加而减小,且第1次冻融循环对土体的强度影响最大,并且随着冻融次数的增加对其强度影响逐渐减弱,当冻融循环达到30次时黄土的强度基本处于稳定状态。(2)根据试验数据发现,含水率介于20%—25%,黄土土体的轴向抗压强度差异会略大于该区间以外的含水率,证明本试验土样在该含水率区间受冻融循环影响后黄土的孔隙发生了较大变化,土体的结构发生了改变,导致黄土颗粒与颗粒之间的联接降低,强度变化较为显著。(3)在围压的增加过程中,土体的强度峰值会增加,当冻融循环次数及含水率不发生改变时,则围压越大,土体的强度峰值越高。但随着围压的增大黄土强度的峰值增加量却逐渐减小。(4)当含水率一定时,随着冻融循环次数的增加,黄土的粘聚力逐渐降低,降低的幅度会随着冻融次数的增加而减弱,前5次冻融循环降低的较多,当冻融循环次数接近30次时基本达到稳定状态。(5)当含水率一定时,黄土的内摩擦角会随着土体的冻融次数的增加而减小。但含水率对内摩擦角的影响却不明显。但当含水率接近土体的饱和含水率时,内摩擦角基本稳定在3°的变化范围内。(6)当冻融循环次数相同而含水率逐渐增大时,虽然对内摩擦角影响不明显,但粘聚力会随着含水率的增大而减小,因此,考虑二者对土体抗剪强度的综合作用,抗剪强度仍会随着土体含水率的增加而减小。