关键词： CFRP-混凝土界面   硫酸盐   冻融循环   应力-应变关系   粘结长度  

摘要： 硫酸盐侵蚀是盐渍环境中混凝土破坏的主要因素,在西部盐渍环境中,以硫酸盐为主的腐蚀离子大约是海水中的5～10倍,且西部地区冬季寒冷漫长、昼夜温差大,混凝土结构在室外遭受着硫酸盐与冻融共同的侵蚀,损伤极大。目前采用CFRP加固混凝土是提高其强度与耐久性的有效手段。CFRP与混凝土协同工作的前提是通过两者之间的粘结应力来实现荷载传递,因此CFRP加固混凝土技术的核心是CFRP-砼界面的粘结性能。本文通过模拟西部地区盐渍与冻融的环境,进行了硫酸盐在快速冻融循环条件下CFRP-砼界面粘结性能的影响试验,试验内容及研究结果如下:(1)CFRP片材分别在清水及5%浓度硫酸盐溶液中进行不同次数的冻融循环后,通过拉伸试验将其伸长率、抗拉强度、弹性模量等力学性能指标试验结果与室温条件下的片材试验结果作对比。试验表明,CFRP受硫酸盐与冻融循环影响不大,进行100次冻融循环后,抗拉强度提高5%以内,弹性模量提高10%以内,伸长率降低0.1%左右。(2)通过混凝土强度试验研究了清水及5%浓度的硫酸盐溶液不同次数冻融循环条件下对不同强度混凝土的影响。试验表明,两种条件下混凝土强度随冻融循环次数增多皆为先小幅度增大后大幅度减小,且混凝土强度越低效果越明显。(3)通过双剪实验,研究了清水及5%浓度的硫酸盐溶液不同次数冻融循环之后的界面极限承载力、应力-应变关系曲线及有效粘结长度的变化规律。试验表明,随冻融循环次数增加,界面承载力与应力-应变关系均呈下降趋势。同一强度混凝土在硫酸盐条件下比清水条件下降趋势更为明显;同一冻融条件下混凝土强度越低,下降也更为明显。有效粘结长度的试验结果与之相反,引入硫酸盐冻融循环影响系数,建立了考虑硫酸盐冻融循环因素的有效粘结长度计算公式。(4)通过对界面粘结-滑移曲线变化规律的回归分析,得到界面特征参数和界面延性参数的表达式,建立了考虑硫酸盐冻融循环作用下CFRP-砼界面粘结-滑移模型。通过对界面承载力的回归分析,引入硫酸盐条件下考虑混凝土强度和冻融循环次数的承载力影响系数,建立承载力模型。

关键词： 垃圾填埋场土体   冻融循环   FLAC 3D   数值模拟   不均匀沉降  

摘要： 在我国北方地区,四季温度变化分明,土体随着季节、温度的改变,会发生周而复始的冻融作用,而每一次的冻融,都会对土体的土性参数产生一定的影响,从而会给工程的稳定与安全带来隐患。如今社会飞速发展,垃圾的产量逐年倍增,为了更好的处理这些垃圾,垃圾填埋场已经成为城市中必不可少的工程设施,而垃圾填埋场中土体的冻融循环问题会使得垃圾填埋场产生不均匀沉降,从而对垃圾填埋场的整体稳定性造成一定的负面影响。为研究垃圾填埋场中土体在经历冻融循环后,土体力学性质的改变规律、机理及填埋场所产生的不均匀沉降问题,本文在试验的基础上进行数值模拟。即对垃圾土体进行现场取样,利用冻融循环试验及三轴试验,来测得垃圾土力学性质的改变,分析其改变机理,并将所得数据带入FLAC 3D数值模拟软件中,进行锦州市南山垃圾填埋场在冻融循环下所产生的不均匀沉降的模拟,从而对实际工程提供理论依据。其中在试验中试样的含水率设定为40%、50%、60%,冻结温度分别为-10℃、-15℃、-20℃,冻融循环次数取0次、1次、3次、6次、9次、12次。通过试验与模拟,得出如下结论:(1)当垃圾土含水率和冻结温度一定时,随着冻融循环次数的增加,垃圾土的粘聚力及弹性模量的值均会不断减小。当冻融循环达到6次以后,粘聚力和弹性模量减小的趋势会越来越小,趋于平缓。而垃圾土内摩擦角的变化没有一定的规律。此时,抗剪强度会随冻融循环次数的增加而减小,当冻融次数达到12次时,抗剪强度降低的幅度变小,逐渐趋于稳定状态(2)当冻融循环次数和冻结温度一定时,随着含水率的增加,垃圾土的粘聚力、内摩擦角及弹性模量均会减小,从而其抗剪强度也会降低。(3)当冻融循环次数和含水率恒定时,垃圾土的粘聚力和弹性模量会随着冻结温度的降低而降低,但内摩擦角会有小幅度增大,抗剪强度会降低。(4)垃圾填埋场中土体经过1次、3次、6次、9次、12次冻融循环后,其因冻融循环而产生的最大沉降分别为0.19m、0.61m、1.26m、2.02m及2.53m左右,最大沉降的位置均为高程较大处,而不均匀沉降率最大的位置发生在填埋场的四周,中间位置较小。对于不同位置不均匀沉降值及不均匀沉降率会有不断的波动,但整体变化趋势相似。(5)在进行垃圾填埋时,采用分层填埋的方式,并对原有垃圾体利用大型的压实机械进行碾压;可以在每层垃圾体之间设置带有土工格栅的衬垫系统;同时渗滤液回灌技术也可用于加速垃圾填埋场的沉降;封场后,可利用粉煤灰进行灌注处理。

关键词： 纤维黄土   冻融循环   土工试验   抗剪强度   邓肯-张模型  

摘要： 纤维加筋土是一种复合土,将纤维和土两者按照比例进行均匀混合,使其物理力学性质得到提升。我国西部处于季节性冻土地区,冻融循环作用对建筑物的稳定形成威胁,将影响工程的正常使用和安全运行。本文以西安黄土为研究对象,将聚丙烯纤维作为加筋材料对黄土进行改良,通过室内试验探究纤维掺入比、纤维长度、冻融循环次数等因素对纤维黄土强度及应力应变关系的影响,对西部季节性冻土地区实际工程建设具有一定理论指导意义。对不同纤维掺入比(0%、0.2%、0.4%、0.6%)、不同纤维长度(6mm、9mm、12mm)的纤维黄土在冻融循环0次、1次、3次、6次之后,进行常规三轴剪切、直接剪切和无侧限抗压强度等室内试验,研究不同因素下纤维黄土经历冻融循环作用之后的力学、强度特性以及变形规律。得到以下结论:(1)在固结排水三轴剪切试验中,在经历不同冻融循环次数之后,随着围压的增大广义剪应力也是增大的,应力应变曲线为硬化型;在纤维掺入比为0.6%、纤维长度为9mm时,加筋效果最优;经历冻融循环之后,纤维黄土的粘聚力出现下降,而内摩擦角呈增大趋势。在各因素下纤维黄土的加筋效果系数值都大于1,表明纤维使土体的强度得到提升并且约束了变形。(2)通过直接剪切试验,在经历不同的冻融循环次数之后,在纤维掺入比0.6%、纤维长度9mm时,抗剪强度、粘聚力最大,内摩擦角规律不明显。随着含水量(15%、18%、21%)的增加抗剪强度参数减小;随着冻融次数的增加粘聚力出现降低而内摩擦角出现小幅度增长,但是幅度较小。(3)结合无侧限抗压强度试验,通过素黄土和纤维黄土对比发现,在经历冻融循环作用之后,纤维黄土的强度和变形要优于素黄土,说明纤维可以抵御冻融循环作用和变形,其应力应变关系曲线呈现软化型,在纤维掺入比为0.4%、纤维长度为9mm时抗压强度值最大。(4)基于常规三轴剪切试验得到的结果,整理得到邓肯-张模型的具体参数,研究参数随着纤维掺入比和冻融循环次数的变化规律,结果表明K、n、G、F、Kb、m变化规律明显。建立冻融循环作用下邓肯-张模型参数的变形趋势模型,进一步证实纤维提升了黄土的强度和整体变形稳定性,得到拟合方程为数值模拟提供理论支持。

关键词： 砂浆   化学腐蚀   冻融循环   共同作用   力学特征   损伤变量   劣化机理  

摘要： 通过对不同化学溶液和冻融循环共同作用下砂浆物理力学特性进行室内试验,研究了溶液的酸碱性、浓度和化学成分对砂浆化学冻融损伤劣化程度的影响,进一步分析了化学冻融后试样物理力学特性的变化规律,并对不同化学溶液下砂浆的冻融损伤劣化机理进行了探讨。试验结果表明:溶液酸性越强,砂浆物理力学参数的冻融损伤劣化程度越大;冻融初期,碱性NaOH溶液抑制了砂浆的损伤劣化的程度,但随着冻融循环次数的增加,这种抑制作用逐渐消失。相同条件下,Na2SO4溶液加剧了砂浆的冻融损伤程度。试样抗折强度的化学冻融损伤劣化程度相对于其抗压强度要严重得多;同时,基于化学冻融前后砂浆的孔隙率建立损伤变量,来定量地描述砂浆化学冻融损伤的劣化程度。

关键词： 冻融循环   磷酸镁水泥   固化稳定化   无侧限抗压强度   毒性淋滤   微观结构  

摘要： 随着我国城市化、工业化的快速推进,环境污染、资源匮乏、生态破坏等问题迫在眉睫,其中重金属污染土问题已成为环境岩土与工程领域界专家学者高度关注的问题,需要专家学者用科学实际的方法进行修复和处理。同时,在我国北方地区,常有冻土问题,冻融循环可能会改变固化土体强度及重金属离子的长期化学稳定性。作者通过人工制备的磷酸镁水泥固化铜污染土,在室内模拟冻融循环环境进行冻融循环作用,改变冻融循环次数、磷酸镁水泥掺量及污染土中初始铜离子浓度三个因素,分别进行冻融循环试验、无侧限抗压强度试验、毒性淋滤(TCLP)试验及扫描电镜(SEM)试验,探究了在冻融循环作用下,磷酸镁水泥固化铜污染土的强度、淋滤及微观结构等方面的稳定性。具体研究内容如下:(1)通过无侧限抗压强度试验测得在冻融循环作用下的磷酸镁水泥固化铜污染土的强度值,分析在不同冻融循环次数(3、6、9、12次)、不同磷酸镁水泥掺量(S5、S10、S15、S20)及不同污染土初始铜离子浓度(Cu0、Cu0.1、Cu0.5、Cu1.0、Cu2.0)条件下对无侧限抗压强度的影响及探究强度变化的变异机理。(2)对冻融循环作用下磷酸镁水泥固化铜污染土的毒性淋滤特性进行了研究,分析了冻融循环次数、磷酸镁水泥掺量及污染土初始铜离子浓度对浸出液中Cu2+浓度及对固化土浸出液PH值的影响规律,分析了浸出液中Cu2+的浸出机制和磷酸镁水泥对铜离子的固化机理,并依据我国毒性鉴别标准GB5085.3-2007,探讨磷酸镁水泥固化重金属污染土在冻融循环作用下的固化效果。(3)通过扫描电镜(SEM)试验分析了冻融循环作用下磷酸镁水泥固化铜污染土的微观结构特性,比较分析了冻融循环次数、磷酸镁水泥掺量及污染土初始铜离子浓度对磷酸镁水泥固化污染土微观结构的影响,研究了冻融循环对固化污染土的破坏机理及磷酸镁水泥对铜离子的固化机理。

关键词： 心墙料   冻融循环   强度   变形   渗透系数  

摘要： 在季节性或者常年性冻土区心墙坝施工过程中,掺砾心墙料受冻融循环作用的影响,其强度、变形、渗透性等会发生改变,与冻融循环次数、冻结温度、含水率、围压及前期固结状态密不可分。目前,针对冻融循环下黏土力学性能的变化开展试验研究较多,而寒区的筑坝掺砾心墙料冻融特性研究相对较少,本文总结了部分黏土和掺砾心墙料冻融循环试验研究方面的成果,并对今后的掺砾心墙料试验研究工作提出合理化建议。

关键词： 水泥改良黄土   冻融循环   渗透性   抗冻性  

摘要： 为满足高速公路品质工程和绿色公路"零弃方"的建设要求,充分利用挖方路段的湿陷性黄土,采用室内试验研究水泥改良黄土在冻融循环作用下渗透性能的变化规律。对延崇高速河北段沿线黄土加入不同掺入量的水泥,进行了冻融循环试验和渗透试验。结果表明:反复冻融循环作用强烈影响着水泥改良黄土的渗透性;水泥对黄土颗粒结构有改造作用,从而提高了黄土的抗渗性和抗冻性;从工程的经济性以及提升黄土抗渗性和抗冻性角度,建议水泥掺入量为5%～8%。

关键词： 再生混凝土   冻融损伤   力学性能  

摘要： 为研究冻融损伤后再生混凝土的基本力学性能退化机理,通过对54块混凝土试件进行物理、力学试验,分析再生混凝土试件的破坏形态和基本力学性能在经历不同冻融次数后的变化情况。结果表明:冻融循环后再生混凝土的质量损失率和超声波速损失率均高于普通混凝土,抗压强度、劈裂抗拉强度显著下降。

关键词： 混凝土   冻融循环   电阻率   衰减率   损伤程度  

摘要： 采用快速冻融法,在混凝土中嵌入电阻率传感器监测冻融循环过程中混凝土的内部电阻率的演变,也测定了质量损失率以及相对动弹性模量等宏观性能的变化,并采用环境扫描电镜(ESEM)观察混凝土微观结构和形貌。试验表明:混凝土内部电阻率随冻融循环次数的增加而下降,采用电阻率衰减率能够有效表征混凝土受冻融的损伤程度;混凝土内部裂缝的不断增长造成了混凝土电阻率衰减率的上升。

关键词： 冻融循环   硫酸盐侵蚀   层面抗剪强度   碾压混凝土  

摘要： 为研究硫酸盐侵蚀与冻融循环耦合作用下碾压混凝土层面的抗剪特征,开展了耦合作用下碾压混凝土层面抗剪强度演化试验。结果表明:在实验初期,硫酸盐上抑制碾压混凝土的冻融损伤,减缓了层面抗剪强度的下降速率,但是在实验后期,硫酸盐会加剧层面抗剪强度的劣化程度;耦合作用下碾压混凝土层面黏聚力降低幅度较大,摩擦系数未发生较大波动;水胶比越小,耦合作用下碾压混凝土层面抗剪强度劣化速率越慢。该研究结果为硫酸盐侵蚀-冻融循环环境下碾压混凝土的耐久性设计及防护提供参考。