关键词： 冻融围压   冻融循环   不排水力学特性   三轴试验   微观结构  

摘要： 人工冻结法和季节性冻土地区土体通常在一定围压下经历冻融循环作用。受到冻融围压和不排水条件影响,融化后土体残存超孔压,并非完全固结状态,开展此工况下土体不排水力学性能研究具有重要工程和科学意义。通过自主改进的温控三轴仪,对重塑软黏土开展冻融后未完全固结不排水三轴剪切和微观试验,分析了冻融围压、次数和冻结温度对冻融后软黏土力学特性影响。结果表明:与零围压相比,带围压冻融后土体中絮凝结构和孔隙数量增大,加剧了冻融对土体强度和模量的弱化作用;随着冻结温度降低和冻融次数增大,土体力学性能弱化效应越明显。

关键词： 盐侵蚀   冻融循环   再生微粉   耦合作用  

摘要： 通过将再生微粉以10%、20%、30%的取代率替代水泥后制备再生微粉混凝土试块,将其底面以上1 cm的部分浸泡于3%的MgSO_(4)溶液中,进行单边冻融循环实验,研究MgSO_(4)溶液与冻融循环的耦合作用对再生微粉混凝土性能的影响。结果表明:当再生微粉取代率为10%时,再生微粉混凝土表现出较好的抗盐侵蚀和抗冻性能,试块的最大冻融循环次数可达60次,优于基准混凝土。取代率为20%及30%的混凝土则表现出较为严重的物理剥蚀和化学膨胀破坏,其抗冻能力显著下降。通过SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)和NMR(核磁共振)等手段分析混凝土内部的微观结构变化规律,发现MgSO_(4)溶液盐侵蚀与冻融循环共同作用下,再生微粉混凝土内部结构遭到破坏,有石膏、钙矾石、碳酸钙等膨胀性物质生成,混凝土内部有害孔及多害孔的数量增加,从而导致再生微粉混凝土发生破坏。

关键词： 岩石力学   冻融循环   孔隙率   强度衰减   砂岩  

摘要： 边坡岩体的冻融破坏是西部寒区露天矿山开采中常遇到的主要病害之一。为了研究冻融循环作用下边坡岩石的力学特性及细观结构劣化规律,对经历5种不同冻融循环次数(0、20、40、60、80次)的饱水砂岩进行静态压缩试验,并利用核磁共振与扫描电镜技术测试冻融前后饱水砂岩内部孔隙及形貌变化,分析冻融循环条件下饱水砂岩孔隙率、细观结构特征及静态压缩强度的演化规律,建立饱水砂岩在冻融循环条件下的强度衰减预测模型。结果表明:随着冻融循环次数的增加,饱水砂岩弹性模量线性降低,80次冻融循环后,静态抗压强度下降28.13%,且静态抗压强度与孔隙率呈负相关,冻融作用引起岩样内部较弱的矿物颗粒剥落析出,对其细观结构有明显弱化效应,细观结构损伤会进一步劣化其宏观力学性能;冻融循环作用下饱水砂岩的孔径呈“三峰”分布,随着冻融循环次数的增加,小孔隙扩展发育形成中孔隙和大孔隙,核磁共振T2谱面积增加,中孔隙和大孔隙占比增加;冻融条件下的饱水砂岩强度衰减预测模型符合指数方程,模型为冻融作用下岩石的力学性能与耐久性提供了有意义的衰减常数和半衰期参数,且孔隙率变化量与相对峰值强度的拟合优度较好,可以很好的反映不同冻融循环次数下的饱水砂岩强度劣化规律。

关键词： 冻融循环作用   岩石-混凝土组合体   劣化模型   劣化机理  

摘要： 为了分析冻融循环作用下岩石-混凝土组合体界面剪切强度的变化规律,通过建立剪切强度劣化模型,探究冻融循环作用下岩石-混凝土界面劣化机理。不同冻融循环作用下岩石-混凝土组合体界面剪切试验结果表明,冻融循环作用对岩石-混凝土组合体界面剪切强度产生弱化效应,随着冻融循环次数的增加,岩石-混凝土组合体剪切强度逐渐减小,岩石-混凝土组合体剪切强度随着组合体界面粗糙度系数的增大而逐渐增大;岩石-混凝土组合体剪切强度与冻融循环次数的定量关系符合线性函数变化,由此建立岩石-混凝土组合体界面峰值剪切强度劣化模型;冻融循环作用影响下岩石-混凝土组合体界面剪切强度劣化机理,主要包括外部环境(冻融循环作用)和内在条件(界面粗糙度和岩石、混凝土强度)。

关键词： 冻融循环   粒径   砂岩   强度劣化   损伤机制  

摘要： 为明确不同粒径砂岩在冻融循环作用下的强度劣化及冻融损伤机制,以粗粒砂岩和细粒砂岩为研究对象,开展了0~25次冻融循环次数下单轴抗压强度、核磁共振和电镜扫描试验。结果表明:冻融循环导致两种砂岩单轴抗压强度的劣化过程遵循两阶段模式,第1阶段为0~15次冻融循环,第2阶段为15~25次冻融循环,第1阶段的强度劣化速率快于第2阶段,且粗粒砂岩的劣化速率低于细粒砂岩。与单轴抗压强度的劣化过程相对应,两种砂岩的孔隙率均呈两阶段式上升,第1阶段的孔隙率增长速度要快于第2阶段,且粗粒砂岩的增加速率低于细粒砂岩试样。基于对孔隙演化和孔隙结构的分析,不同粒径砂岩存在以下两种冻融损伤机制:(1)连通孔隙中未冻水受冻胀力影响发生渗流,由于粗粒砂岩具有更大的孔径和更强的渗透性,粗粒砂岩的孔隙发育速率低于细粒砂岩;(2)微孔的发展趋势控制了两种砂岩的冻融损伤,由于新产生的微孔数量减少和微孔冻胀速率的减慢,导致第1阶段的孔隙发育速率快于第2阶段。研究成果可为冻融循环后不同粒径岩石的劣化损伤研究提供参考。

关键词： 黑土   干湿循环   冻融循环   剪切强度   体应变  

摘要： 为了对比分析干湿、冻融循环下黑土的力学特性,进行了两种循环作用下黑土土样裂隙观测、体应变测量、直剪试验及无侧限压缩试验。试验测试结果表明:(1)黑土表现为湿胀干缩、冻胀融缩的特性。首次干湿循环后,黑土试样的净体应变为12.5%,产生了明显裂隙;首次冻融循环后,试样的净体应变为0.45%,无明显裂隙。(2)首次干湿循环后黑土试样内摩擦角减小最快,从25.2°减小到23.7°,经过3次干湿循环后内摩擦角基本稳定。首次冻融循环作用后黑土试样内摩擦角从25.2°减小到23.4°,随后在23.4°附近波动。两种循环作用下,粘聚力均随着循环次数增加而减小,且干湿循环后粘聚力衰减更多。(3)首次干湿循环后,黑土试样无侧限抗压强度衰减32.3%;首次冻融循环后,无侧限抗压强度衰减38.2%。黑土试样的无侧限抗压强度均在经历3次循环后趋于稳定。

关键词： 路基   盐-冻融循环   盐-冻胀   强度衰减  

摘要： 新疆南疆区域沥青混凝土道路路基结构受南疆特殊的盐渍土的水-盐-温耦合环境作用,在干湿循环作用和盐-冻融循环作用下路基结构发生损伤破坏。运用研发的水-盐-温多场耦合试验系统模拟南疆盐渍土环境特有的干湿循环和盐-冻融循环耦合环境作用,对沥青混凝土道路路基结构试样开展盐-冻融循环环境作用下的损伤破坏试验研究。结果表明:在一个盐-冻融循环周期水盐分布沿路基结构高度具有显著的变化特性,路基基底土中的水盐在温度梯度作用下由下向上发生迁移积聚,盐-冻融循环作用使路基结构中的水盐相态变化产生的应力应变是路基结构发生损伤变形的主要原因;可通过控制优化道路路基结构水-盐-温环境因子,阻断水盐在路基结构中的迁移,有效控制盐-冻融循环作用对路基结构的影响。

关键词： 冻融循环   疲劳加载   双因素耦合作用   混凝土  

摘要： 为研究混凝土在实际使用中受到冻融循环和疲劳加载作用时的损伤特性,对经历不同冻融循环次数、不同疲劳荷载上限应力比以及不同疲劳加载次数的混凝土,进行施加轴向荷载的受压破坏试验,探究混凝土在冻融循环、疲劳荷载影响条件下的残余强度变化规律、相对动弹性模量及峰值应变的演化规律.结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土的残余强度呈现较明显的3个衰减阶段;相对于冻融循环次数作用,疲劳荷载上限应力比对混凝土峰值应变的影响起着更显著的作用;随着冻融循环次数的增加和疲劳荷载上限应力比的增大,两种因素同时作用下的相对动弹性模量下降量,相对其中任意单因素作用下混凝土试件相对动弹性模量下降量更大,同时,相对动弹性模量变化可以分为2个阶段.

关键词： MICP   木质素纤维   冻融循环   无侧限抗压   直剪试验   扫描电镜  

摘要： 为探究木质素纤维联合微生物诱导碳酸盐沉淀技术(MICP)固化季节冻土区粉土的力学性能,开展了木质素纤维影响下MICP诱导碳酸钙生成量试验、冻融循环下木质素纤维-MICP固化试样的无侧限抗压试验、直剪试验和SEM扫描电镜试验。结果表明,随着纤维掺量的增加,碳酸钙含量呈线性增加趋势,与SF0M试样相比,SF2.0M试样的碳酸钙含量增加了426.6%。随着冻融循环次数的增加,所有试样的无侧限抗压强度和抗剪强度均下降并最终趋于恒定,且SF1.5M协同固化试样的抗冻融能力最佳,10次冻融后其无侧限抗压强度仅下降45.9%,而SF0M和SF0试样下降63.4%和80.0%;经历10次冻融循环之后,在400 kPa法向应力下,相较于SF0M和SF0,SF1.5M土样抗剪强度分别增加了76.4%和184.0%;而其黏聚力也提高了46.5%和126.0%。木质素纤维为碳酸钙的生成提供了更多的附着位点,纤维掺量为1.5%时,土颗粒与碳酸钙晶体和纤维形成了更为致密的胶结结构。当纤维掺量增加到2.0%时,碳酸钙晶体与纤维交织在一起,出现团聚体,阻碍了土颗粒之间的有效胶结,对固化效果起到相反作用。本研究可为寒区土体加固提供了数据支持和理论指导。

关键词： 寒区工程   冻融岩石   损伤特征  

摘要： 在寒区进行矿产资源开发,将必然面临水、低温、高温差等恶劣环境引起矿区岩质边坡稳定性降低带来的安全隐患,基于此,从冻融循环作用下岩石损伤的影响因素和损伤特征两个方面,详细收集和整理了冻融循环作用下岩石损伤研究现状,分析现有研究成果并总结不足,为寒区冻结岩石研究提供理论基础。