关键词： BFRP筋   冻融循环   拉伸性能   压缩性能  

摘要： 本文针对冻融循环损伤后玄武岩纤维增强聚合物(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)筋的力学性能进行研究,重点关注其在拉伸和压缩试验中的性能表现。首先对BFRP筋试件进行不同次数的冻融循环处理(0次、100次、200次和300次),然后通过拉伸试验和压缩试验对冻融损伤后BFRP筋的力学性能展开研究。试验结果表明,BFRP筋的强度(拉伸强度及压缩强度)和极限应变(极限拉伸应变及极限压缩应变)均随冻融循环次数的增加而普遍下降。而BFRP筋的弹性模量(拉伸模量和压缩模量)随冻融循环次数的增加呈现明显的先增加后减小的趋势。根据BFRP筋各类指标的劣化情况,表明BFRP筋在冻融循环下表现出较好的耐久性能,可有效替代严寒地区混凝土结构中的传统钢筋,是解决钢筋腐蚀的有效方法。

关键词： 微观结构   易溶盐   冻融循环   黄土  

摘要： 为探究冻融循环作用下含Na2SO4盐原状黄土宏观强度与微观结构关联机制，对黄土试样进行不同次数的冻融循环试验、不同Na2SO4盐含量的渗透试验、微观试验（扫描电子显微镜试验）及宏观试验（固结不排水三轴剪切试验），运用灰色关联分析法确定不同盐浓度和不同冻融循环次数下试样的抗剪强度指数和微观组织参数之间的相关性，从宏-微观角度分析其强度指标变化规律和微观孔隙的损伤变化规律。研究结果表明：（1）含Na2SO4盐量的变化和冻融循环会引起土壤中孔隙所占比例和面积的重新分配。表现为随含盐量增加，大孔隙向中小孔隙转变；随冻融循环次数增加，中小孔隙向大孔隙转变。（2）在冻融作用下，随着冻融循环次数或含盐量的增加，土体强度、黏聚力、内摩擦角明显降低；当冻融循环次数增加到5次以上时，土体内部扰动趋于稳定。（3）根据灰色关联法分析得到，颗粒分布的改变对黏聚力变化的影响权重最大，土颗粒面积-周长的变化对内摩擦角具有最大的影响；在冻融循环过程中，颗粒的微观结构特性与内摩擦角的相关程度较高，与黏聚力的相关程度较低；随着冻融循环次数的增加，面积-周长法分形维数对黏聚力和内摩擦角的影响最大；微观结构特性参数中颗粒形态起主导作用，对黄土的抗剪强度影响最大。

关键词： 矿渣基碱激发混凝土   冻融循环   力学性能   残余强度预测  

摘要： 为研究矿渣基碱激发混凝土（AAC）的抗冻性，分别制作了15个立方体试件和15个圆柱体试件，进行了最高200次的冻融循环力学性能试验。试验结果表明：冻融循环后，试样表面出现小孔，表面粗糙度增加，外观颜色变暗。随着冻融循环次数的增加，AAC的质量损失率最高达1.88%。AAC的抗压强度先增大后减小，弹性模量逐渐减小。经过50次冻融循环后，试样的抗压强度大于未冻融循环的试样。当冻融循环次数达到200次时，试样的弹性模量较未冻融循环试样下降9.7%，立方体抗压强度下降18.6%，圆柱体抗压强度下降31.2%。基于试验结果，提出了AAC冻融循环后残余强度的计算方法。

关键词： 冻融循环   重塑黄土   动力特性   动弹性模量   阻尼比  

摘要： 随着全球气候变化不断加剧,季节性冻土区冻融效应对土体工程性能的影响日益凸显,成为制约路基和基础设施长期稳定运行的重要因素,尤其是我国广泛分布的黄土工程面临严峻挑战。黄土作为一种具有独特沉积成因和物理结构的土体,其工程性能在冻融循环作用下表现得尤为脆弱,在动荷载作用下,黄土的承载能力和整体稳定性受到进一步削弱。 本文以西安白鹿原地区的重塑黄土为研究对象,通过室内冻融模拟试验与GDS动三轴试验,对冻融循环次数、含水率和围压等因素对黄土动力特性的影响机制进行了系统探讨。冻融试验模拟自然环境下土体水分相变和体积变化的过程;逐级加载试验采用正弦波动荷载对试样进行动力加载,实时采集试样在动荷载作用下的应力-应变响应。结果表明: （1）黄土的动应力-动应变曲线呈现出典型的非线性双曲线特征。曲线斜率随着冻融循环次数的增加而逐步减小,尤其在首次冻融后,土体性能损伤较为严重,后续循环虽仍有累积作用,但影响程度趋于平缓;围压的增加可提高土体刚度,减少动应变,使动应力-动应变曲线向上移动,斜率增大;含水率的增加使土体中的水分填充土颗粒间的孔隙,减弱颗粒之间的接触和摩擦力,降低了土体的初始刚度,曲线斜率减小。 （2）动弹性模量演化呈现三阶段特征:小应变阶段（<0.3%）因颗粒接触优化出现短暂上升;中应变阶段（0.3%-1%）因结构破坏快速衰减;大应变阶段（>1%）趋于稳定。基于Hardin-Drnevich模型改进的动弹性模量衰减模型（R2>0.9）,定量揭示了冻融循环对土体动弹性模量衰减的累积效应,拟合公式表明冻融循环次数对参数c和d的影响显著。 （3）重塑黄土的阻尼比与滞回圈面积有正相关性。阻尼比与滞回圈面积都随冻融次数增加而增大,首次冻融后滞回圈面积增幅最高达30.15%,后续冻融循环增幅逐步减弱;围压升高会抑制能量耗散,200 kPa围压下滞回面积较100 kPa减少,阻尼比也减小;含水率提升会通过润滑效应加剧能量损失,17%含水率试样滞回面积较13%试样扩大,阻尼比增加。同时,逐级加载试验表明,动应力幅值增大会导致滞回面积呈指数型增长,在高振级下塑性变形主导能量耗散。

关键词： 组合结构   焊钉连接件   冻融循环   推出试验   有限元分析  

摘要： 我国华北、东北及西北地区受高纬度及复杂地形因素的综合作用,冬季昼夜温差大,导致结构冻融循环损伤频发。这种周期性温度作用对桥梁工程造成的结构损伤程度往往超越各类长期累积荷载产生的力学影响,严重制约混凝土结构的服役耐久性并对其结构安全构成潜在威胁。值得注意的是,北部沿海区域基础设施在经历冻融循环作用的同时,还面临海水中氯离子迁移渗透引发的电化学腐蚀问题。这种双重环境作用进一步加剧了冻融循环引起的微裂纹扩展和界面过渡区(ITZ)性能退化,从而降低了结构的整体性能和使用寿命。 剪力连接件作为钢-混组合梁界面协同工作的关键传力构件,其核心功能是实现钢梁与混凝土界面间水平剪力的有效传递,抑制外荷载作用下的界面相对滑移及分离破坏。焊钉连接件作为应用最广泛的剪力连接形式,其抗剪承载力与破坏模式不仅决定了界面荷载传递效率,更直接影响组合体系的刚度分布、塑性铰形成机理等关键结构力学性能。因此,系统揭示冻融循环作用下焊钉连接件的抗剪性能退化规律,深入研究冻融循环和海水侵蚀耦合作用对焊钉连接件受力性能的影响,具有重要的工程实践价值与理论创新意义。然而,目前关于焊钉连接件在冻融循环作用下的研究较为有限,尤其是针对海水侵蚀与冻融循环耦合作用的研究尚处于空白状态。因此,本研究采用海洋环境冻融循环模拟试验、推出试验、有限元数值模拟及理论分析,系统探究了海洋冻融循环作用下焊钉连接件抗剪性能的退化机理。具体工作内容如下: (1)本研究设计并制作16个钢-混组合梁焊钉连接件推出试件,开展冻融循环试验,设置冻融循环次数(0次、50次、100次)、混凝土强度等级(C30、C40、C50)和冻融介质(清水、海水)三组基本变量,系统研究了焊钉连接件的冻融损伤演化特征,同时对混凝土试件的质量损失率、相对抗压强度和相对动弹性模量等耐久性指标进行了定量测量。试验结果表明,冻融循环作用下,试件的损伤演化主要表现为混凝土表面的侵蚀剥落,其破坏程度随冻融循环次数的增加呈显著加剧趋势。在相同冻融条件下,低强度等级混凝土(C30)表现出更明显的性能劣化特征,其破坏程度和力学性能退化程度均高于高强度等级混凝土(C40、C50)。此外,海水侵蚀与冻融循环的耦合效应会显著加速连接件力学性能的退化进程,主要表现为氯离子渗透和硫酸盐侵蚀对混凝土微观结构的破坏。混凝土试件的质量损失率随冻融循环次数的增加呈非线性上升趋势,且在50次循环后出现明显拐点,质量损失速率显著加快,表明冻融损伤进入加速发展阶段。同时,试件的相对抗压强度和相对动弹性模量均呈现单调递减规律,表明混凝土的力学性能发生了系统性劣化。 (2)在冻融试验结束后,立即开展推出试验,系统观测不同参数条件下焊钉连接件的破坏模式,并对其抗剪承载力、荷载-位移曲线及抗剪刚度等关键力学性能参数进行测量与计算分析。试验结果表明,焊钉连接件的破坏模式均为混凝土劈裂破坏,试件破坏后焊钉呈现显著的塑性弯曲变形,其挠度达到直径的1/3-1/2。随着冻融循环次数的增加,焊钉连接件的抗剪承载力和抗剪刚度呈现非线性衰减规律,同时滑移量显著增大。在相同冻融作用条件下,提高混凝土强度能够显著提升焊钉连接件的受力性能。相较而言,增大焊钉直径对其抗剪性能的提升效果较小。此外,在海水侵蚀与冻融循环耦合作用下,焊钉连接件的受力性能进一步劣化。 (3)基于焊钉连接件推出试验,采用ABAQUS建立了考虑冻融损伤的精细化有限元模型。通过将模拟结果(破坏模式和荷载-滑移曲线)与试验结果进行对比,有效确认了有限元模型参数标定及损伤演化表征方法的可靠性。基于验证后的模型,对混凝土强度、焊钉直径、焊钉长度以及极限抗拉强度进行了系统的参数分析。分析结果表明:在冻融环境下,提高混凝土强度能够有效抵消由冻融循环引发的性能劣化,从而显著提高焊钉连接件的抗剪性能。于小直径范围内(φ10-φ13)增加焊钉尺寸可显著改善连接件抗剪性能,但当直径超过13mm后,继续增大直径的改善效果明显减弱,这种现象主要受混凝土局部承压能力的限制。此外,在冻融环境下,增加焊钉长度以及极限抗拉强度对改善连接件抗剪性能具有一定效果,但由于破坏模式以混凝土劈裂破坏为主,其提升作用相对有限。 (4)基于试验结果,系统开展了针对中国(GB 50917-2013)、欧洲(EN1994-1-1:2004)、美国(AISC 360-16)规范以及相关文献中焊钉连接件抗剪承载力计算模型的对比研究。选取冻融循环次数、混凝土强度和焊钉直径作为关键影响参数,基于中国规范(GB 50917-2013)所给公式,基于本研究所得数据进行公式拟合,提出了能够准确预测冻融环境下焊钉连接件抗剪承载力的计算公式,并通过与推出试验数据进行对比,验证了计算公式的适用性。此外,在既有焊钉连接件荷载-滑移理论模型的基础上,基于试验数据的系统回归分析,建立了考

关键词： 冻融循环   裂隙岩体   注浆加固   三轴压缩   力学特性  

摘要： 随着西部地区的快速发展,我国交通运输网逐渐向高海拔、高寒地区延伸,大量重点工程不可避免地穿越季节性冻土区域。在冻融循环作用下,季节性冻土区岩体内部发育的节理、裂隙及孔隙等宏-微观缺陷会加速损伤累积,显著降低岩体结构完整性,进而引发各类工程冻害问题。注浆加固技术作为提升裂隙岩体强度、稳定性的关键手段,其加固效果直接关系到寒区工程的长期安全性。因此,系统研究冻融环境下注浆加固体的力学特性,不仅能够完善季节性冻土区裂隙岩体注浆加固理论,更能为季节性冻土区岩体工程的稳定性评价与灾害防控提供科学依据。 本文以不同裂隙倾角砂岩注浆加固体为研究对象,通过冻融循环试验模拟季节性冻土区实际环境条件,采用核磁共振技术定量表征冻融过程中孔隙结构的动态演变规律,开展单轴、常规三轴压缩试验测定其宏观力学特征并基于试验结果推导出单轴压缩条件下冻融注浆加固体压缩变形本构方程,最后,基于离散元法建立数值模型,分析了冻融循环及荷载作用下注浆加固体微裂纹的萌生、扩展规律。通过宏-微观多尺度研究手段,系统阐明冻融环境下注浆加固体的力学特性与破坏机理。主要得出以下结论: （1）随着冻融循环次数的增加,注浆加固体质量、波速减小,质量损失率、波速损失率增大,冻融循环30次后,试样最大质量损失率为1.25%,波速损失率均超过25%。相同冻融循环次数下,质量损失率随着裂隙倾角的增大而增大。 （2）采用低场核磁共振（NMR）技术,定量表征注浆加固体在冻融循环作用下的微观孔隙结构演化规律。核磁共振T2谱表明冻融循环作用使注浆加固体内部孔隙不断萌生、发育、扩张。在冻融循环前期,孔隙孔径演化规律表现为由微孔向介孔、大孔演化,在冻融循环后期主要表现为介孔向大孔演化。 （3）开展不同裂隙倾角及冻融循环次数下注浆加固体的三轴压缩试验,分析其力学特性。研究结果表明冻融循环作用削弱了注浆加固体的力学性能,随着冻融循环次数的增加,注浆加固体峰值强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角均呈现不同程度的下降,其中峰值强度和弹性模量与冻融循环次数之间呈现负指数函数关系。裂隙倾角与围压对注浆加固体破坏形式影响显著。 （4）基于组合模型法以及试验中注浆加固体实际变形规律,建立了单轴压缩条件下冻融注浆加固体的压缩变形本构方程。 （5）通过颗粒流程序PFC3D数值模拟研究了注浆加固体在冻融受载过程中的微裂纹变化规律。研究结果表明在冻融循环过程中,注浆加固体微裂纹以拉伸微裂纹为主导,冻融循环前期发展较慢,后期发展迅速。在三轴压缩过程中,注浆加固体微裂纹演化呈现“缓慢萌生-平稳扩展-急剧增长”的三阶段特征,随着冻融循环次数增加,微裂纹数量增加,起裂应力下降。

关键词： 冻融循环   冰碛土   力学特性   损伤统计本构模型  

摘要： 为研究云南典型冰碛土力学特性及损伤机制，利用TSZ-2型全自动应变控制三轴仪对云南典型冰碛土进行不同影响因素下的三轴剪切试验，讨论了不同温度、围压、含水率下冰碛土的力学特性，并引入考虑冻融与荷载耦合损伤变量D统计损伤本构模型对冰碛土的偏应力-应变关系进行分析。研究结果表明：低围压条件下，初始含水率差异导致偏应力-应变曲线与破坏强度差异显著，随着围压增加，这种差异逐渐减小；在高围压条件下，冻融循环对最优含水率wopt=19%的土体影响小，土体表现出高黏聚力和低破坏强度损伤，土体强度降低但整体偏应力强度保持不变。围压能减弱劣化效应，且首次冻融损伤最大，破坏强度总衰减率随温度升高而增加，其中最优含水率试样的破坏强度总衰减率最小。冻融次数增加会导致偏应力强度降低，且首次降幅最大，其变化与含水率相关。此外，内摩擦角和黏聚力随冻融次数增加而明显衰减，其中最优含水率试样受劣化作用影响较小。基于三轴试验推导的引入耦合损伤变量D的统计损伤本构模型，能够有效表征偏应力-应变关系。研究表明，冻融次数对损伤的影响大于冻结温度。

关键词： 再生混凝土   冻融循环   硫酸盐侵蚀   寿命预测  

摘要： 对冻盐融循环作用下再生混凝土的外观状态与相对动弹性模量进行分析，以动弹性模量损伤值为变化情况，建立指数函数和抛物线函数损伤模型进行寿命预测。研究发现：在冻盐环境中，再生混凝土的外观状态变化是由表及里逐渐破坏，且受水灰比变化影响明显；随着水灰比逐步增大，再生混凝土的表面剥蚀状况呈现出愈发严重的态势。不同水灰比再生混凝土的相对动弹性模量性能变化呈三个阶段，指数函数型损伤模型能较好的计算损伤值。耦合作用下水灰比为0.35的再生混凝土耐久性能达到最佳。

关键词： 岩土工程   固化淤泥   干湿循环   冻融循环   动剪模量   阻尼比   微观结构  

摘要： 为探明镁质水泥基多相胶凝材料固化的淤泥用作路基土的可行性，对经历不同干湿、冻融循环及加载条件的固化淤泥进行了动三轴和微观结构试验。基于动剪切模量、阻尼比等参数，研究了围压、动应力及加载频率对固化淤泥动力特性的影响，并建立了考虑干湿和冻融循环次数的动剪切模量预估模型。通过定量分析微观孔隙参数，揭示了不同干湿、冻融循环次数后固化淤泥微观结构的演变规律，并进行了微观结构参数与宏观力学性能的关联性分析。结果显示，干湿、冻融循环作用后，试样的动剪模量减小，阻尼比增大，且干湿循环引起的刚度衰减大于冻融循环。随着围压和加载频率的增大，固化淤泥的动剪切模量增大而阻尼比减小。干湿和冻融循环作用使固化淤泥的孔隙率增加，大孔隙数量增多，孔隙形态逐渐转变为平滑的扁角状。循环次数和加载频率对固化淤泥动力特性的影响程度大于围压和动应力幅值；微观结构形态参数对固化淤泥动力特性的影响都较为显著，其中孔隙率的影响程度最大。