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。

关键词： 混凝土   冻融循环   冲击压缩性能   SHPB   破碎分析  

摘要： 混凝土作为一种常用的建筑材料,在寒冷地区的工程建设时,会经常处于冻融循环的工程环境中。在开发隧道、矿井等深部地下工程时,随着埋深的不同,岩体内部会产生不同强度等级的地应力,作为衬砌材料的混凝土又会受到复杂的围压作用。此外爆破产生的冲击荷载、坝体受到的动水压力,交通荷载等也是混凝土经常面临的动荷载作用。长期以来,学者们主要研究混凝土的静力学性能,对极端温度下的动力学性能特别是处于复杂围压下的力学性能研究较少。所以本文考虑冻融循环作用、围压作用以及高应变率,对混凝土展开的力学性能研究可以为寒区工程建设提供一定的理论依据。本文以C35混凝土为研究对象,利用SHPB试验系统,对经历不同冻融循环次数的混凝土试件系统地展开动力抗压试验研究。通过对比分析应力-应变曲线,分析了峰值应力、峰值应变和应变率与冻融循环次数的关系;最后进行破碎筛分试验,分析破碎块体的分形维数,揭示了单轴冲击荷载作用下混凝土试件的破碎规律,并且从能量角度,分析混凝土宏观破碎状态与能量吸收之间的关系。全文主要研究内容和结论如下:(1)对混凝土试件进行冻融循环试验,观察和记录经历不同冻融循环次数后混凝土试件裂纹发育现象,分析基本物理量变化。研究表明:冻融循环过程中,随着冻融循环次数的增加,试件的质量损失率、体积增长率、孔隙率一直在增加。在冻融循环50次后,试件损坏较严重。(2)对冻融循环后的试件进行单轴和主动围压及三种应变率下冲击压缩试验,分析比较应力-应变曲线,揭示了冻融循环次数、加载速率和围压等因素对冲击压缩性能的影响规律。研究表明:峰值应力具有明显的应变率强化效应,冻融循环对混凝土的力学性能具有劣化作用,随着冻融循环次数的增加,峰值应力降低;围压作用可以提高试件的力学性能,同样的加载速率和冻融循环次数下,试件的破坏程度减小。(3)对单轴冲击后的破碎块体进行筛分试验,分析块体的分形维数,揭示了分形维数与冻融循环次数之间的规律,研究表明:分形维数越大,破碎程度越大;从能量的角度研究了混凝土受单轴冲击荷载过程中各阶段能量的耗散规律,表明混凝土破碎过程中,随着加载速率的增加,吸收能越大;随着冻融循环次数的增加,吸收能越小。

关键词： 沥青混合料   水损害   水稳定性   黏附性   灰关联熵分析  

摘要： 沥青路面在我国得到了快速的发展和使用,但是在使用过程中的病害问题也随之出现,其中,因沥青混合料水稳定性不足而引起的水损害问题较为突出。所谓的沥青路面水损害,即在行车荷载、温度和湿度等环境条件的作用下,沥青混合料逐渐受到侵蚀和破坏,最终导致路面出现坑槽、松散、唧浆等现象,严重影响行车舒适度和行车安全。所以本文对沥青与集料的黏附性以及沥青混合料的水稳定性展开研究,针对黏附性评价方法和水稳定性评价方法之间的关系做研究,以期为沥青路面抗水损害的设计、施工与养护提供技术指导。首先,本文选用6种沥青,分别为:SK 90号基质沥青、橡胶沥青、SBS改性沥青、SK 90号沥青+3‰Ⅰ型抗剥落剂(后面简称1号沥青)、SK 90号沥青+3‰Ⅰ型抗剥落剂+3‰Ⅱ型抗剥落剂(后面简称2号沥青)、SK 90号沥青+3‰Ⅱ型抗剥落剂(后面简称3号沥青),对连续密级配类型(AC-13、AC-16)沥青混合料给出了矿料配合比的设计和最佳沥青用量的确定。其次,本文采用水煮法、水浸法、接触角法和光电比色法4种黏附性评价方法,在多次冻融循环(0次、3次、6次、9次、12次、15次、18次)下对6种沥青与辉绿岩的黏附性进行评价,并评价不同评价方法之间的关系。然后,采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验,对多次冻融循环(0次、6次、12次、18次)下沥青混合料的水稳定性和渗透性进行测试,并与课题组自行改进的渗水装置所测结果进行对比。最后,将沥青—集料的黏附性指标与沥青混合料的水稳定性指标进行灰熵关联分析。试验结果表明:在相同的冻融循环次数下,6种沥青的黏附性和沥青混合料的水稳性均表现出的优劣性排序是一致的,优劣顺序依次为:橡胶沥青、3号沥青、2号沥青、SBS改性沥青、1号沥青、基质沥青;通过对各黏附性评价指标间的相关性分析,建议采用光电比色法与水浸法相结合,或采用光电比色法与接触角法相结合的组合评价方法对沥青与集料进行黏附性评价;沥青混合料的TSR和残留稳定度均随冻融循环次数的增加而减小;渗水系数随冻融循环次数的增加而增大;在相同的冻融循环次数下,6种沥青混合料的渗水系数由大到小依次为:基质沥青、1号沥青、SBS沥青、2号沥青、3号沥青、橡胶沥青;AC-16沥青混合料的渗水系数增大速率大于AC-13沥青混合料的增大速率,改进渗水仪比标准渗水仪能更好地反映沥青路面的渗水性。通过灰关联熵分析得出各沥青混合料的4种黏附性指标与2种水稳定性指标的关联度大小关系,为工程实践提供了较好的理论指导。

关键词： 固结排放   新型胶凝材料   冻融循环   微孔结构   无损检测   多场耦合  

摘要： 尾砂是金属矿选矿之后剩余的暂时不能利用的固体废弃物,单纯地将尾砂排放到尾矿库已经不能满足人们日益提高的安全及环保意识,为解决这一问题,尾砂固结排放技术应运而生。本文以季节性寒区全尾砂固结排放技术应用为背景,开展了冻融循环对全尾砂固结体物理力学特性的研究。围绕固结体冻融循环的问题,论文进行了大量而有系统的室内试验,包括新型胶凝材料的研究试验、单轴压缩试验、XRD测试试验、热重分析试验、SEM测试试验、压汞试验、不同冻结温度下的冻融循环试验、超声波检测试验、电阻率检测试验等。全面了解了全尾砂固结体在冻融循环过程中的物理力学特性,进而深入分析了固结体冻融损伤劣化机理及其影响因素,构建了全尾砂固结体冻融过程中的THM多场耦合模型并进行了数值模拟。论文主要开展了以下几方面的研究:(1)全尾砂固结体新型胶凝材料的研究。对以粒化高炉矿渣为主要成分的新型胶凝材料进行正交试验,并对单轴抗压强度试验数据进行极差分析和方差分析,得到了新型胶凝材料的配比。研究了养护龄期为3天、7天和28天时,全尾砂固结体添加新型胶凝材料与添加普硅42.5#水泥水化产物种类和量的变化以及水化产物形态的差异。分析了由此对抗压强度的影响,以及随养护龄期的增长,添加新型胶凝材料和普硅水泥的固结体孔隙体积和最可几孔径的变化原因。(2)冻融循环作用下全尾砂固结体破坏特征研究。对养护龄期为3天、7天和28天的全尾砂固结体分别开展了冻结温度为-5℃、-10℃和-15℃时的冻融循环试验,以及冻融循环后的单轴压缩试验,XRD试验,热重分析试验和SEM试验,研究了冻融循环对全尾砂固结体力学破坏的影响,固结体宏观及微观的破坏形态,水化产物物相变化及冻融损伤机理,建立了固结体损伤量与冻融次数之间的函数关系,并得到了损伤率与冻融次数之间的关系式。(3)冻融循环对全尾砂固结体微观孔结构特性的影响研究。对养护7天和28天的全尾砂固结体进行了冻结温度为-5℃、-10℃和-15℃条件下循环20次的冻融试验和冻结温度为-10℃条件下不同循环次数的冻融试验,随后分别对其进行压汞试验。研究了不同养护龄期和冻结温度条件下固结体的孔径分布,冻结温度、冻融次数对全尾砂固结体孔结构参数的影响,建立了孔隙体积和孔隙率对固结体损伤的函数关系。(4)冻融循环作用下全尾砂固结体无损检测试验研究。对养护3天、7天和28天的全尾砂固结体进行了冻结温度为-5℃、-10℃和-15℃条件下的冻融循环试验、超声波检测试验和电阻率检测试验。研究了冻融循环过程中养护龄期、冻结温度、冻融次数对固结体超声波波速和电阻率的影响,建立了超声波波速与冻融循环次数之间的函数关系以及电阻率与冻融循环次数之间的函数关系。将超声波测试、电阻率测试与单轴抗压强度测试结果联系,结合超声波和电阻率的检测原理,阐明了两种无损检测技术在工程应用中的适用性和条件。(5)分析了全尾砂固结体冻融过程中温度场、渗流场、应力场的耦合关系,建立了温度场-渗流场-应力场的多场耦合模型,并将构建的数学模型嵌入到COMSOL Multiphysics软件中,对比实验室试验验证了构建模型的正确性,并对不同冻融次数下固结体的耦合行为进行了模拟。

关键词： 再生粗骨料取代率   冻融循环   简支梁   正截面受弯  

摘要： 随着城市体系的完善、生态环境优良化、乡村振兴战略实施,带动各行各业发展的同时也产生越来越多的建筑垃圾及工业废料,成为了生态文明建设的绊脚石。为了减少建筑垃圾等固体废料以及其他的工业废料对环境的破坏,再生自密实混凝土材料应用而生。然而,耐久性病害对混凝土建筑结构的使用年限及使用状态有很大的影响,因此不论是对普通混凝土还是对于再生混凝土,耐久性问题都是其应用推广所必须要探讨的问题。统计资料显示,作为混凝土耐久性重要评判标准的抗冻性能,也一直是国内外学者研究的热点,现有的再生混凝土抗冻性的研究基本集中在冻融机理和基本力学性能等方面,对于再生混凝土构件的冻融劣化研究较少。因此,本文对再生粗骨料自密实混凝土的冻融性能展开研究,通过对比分析5组不同再生粗骨料取代率及有限次冻融作用对再生自密实混凝土的影响,得出较优的抗冻再生自密实混凝土取代率后,对3组再生自密实混凝土梁受弯构件进行冻融循环后的正截面受弯性能的展开研究,为再生自密实混凝土的冻融劣化研究和使用推广提供一定的参考。试验结果表明,5组取代率不同的再生粗骨料自密实混凝土试件,在冻融循环过程中,其质量损失率和强度损失率基本都呈现随着冻融循环次数的增加而增加的趋势,同时相对动弹性模量呈现降低的趋势;在一定冻融循环次数下,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的质量损失率和强度损失率呈增加趋势,相对动弹性模量呈减小的趋势;再生粗骨料取代率为50%时,混凝土试件的抗冻融性能及再生粗骨料的使用率方面都较优,可作为梁构件所采用的再生粗骨料取代率;随着冻融循环次数的增加,梁构件受弯后的开裂弯矩、极限弯矩及短期刚度都呈降低的趋势;再生粗骨料自密实混凝土相对自密实混凝土冻融后受弯的开裂弯矩及短期刚度对于已有公式的适用性较差。

关键词： 路用性能   剑麻纤维   正交试验   冻融循环试验  

摘要： 吉林省西部地区分布着大面积的盐渍土,作为一种特殊土,盐渍土会对公路、铁路造成盐胀、溶陷、冻胀和翻浆等多种形式的道路病害。盐渍土所表现出的工程性质使其在一定程度上不适合直接用做路基填料。而在吉林省西部地区,优质填料极为匮乏,因此,采取措施对盐渍土路用性能进行改良,使其各项性能指标满足规范要求就显得尤为重要。本文以吉林省西部通榆县西哈拉干土屯盐碱地具有代表性的盐渍土为研究对象,采用石灰、剑麻纤维对此种盐渍土的性质进行改良。通过盐渍土的无侧限抗压强度试验,对含水率、石灰掺量、纤维掺量、纤维长度对土体强度的影响进行了研究。同时选取石灰掺量、纤维掺量、纤维长度进行三因素三水平正交试验,并得出最优组合。同时在试验结果的基础上选取最优组合和原状土进行承载比(CBR)试验和冻融循环作用下的三轴试验及无侧限抗压强度试验。本文的研究结果总结如下:(1)对盐渍土土样的力学性能和物理性能、化学成分进行了试验研究。实验土样含盐总量为0.389%,定名为中盐渍土,根据规范要求不可以直接用作路基填筑。(2)通过三因素三水平正交试验得出石灰-纤维改性盐渍土的最优配合比:石灰掺量为10%、纤维长度为1.5cm、纤维掺量为0.9%。最优配合比下石灰-纤维改性盐渍土的无侧限抗压强度为2.81MPa,比原状土无侧限抗压强度增加2.20 MPa,强度增长361%。(3)最优配合比下,石灰-纤维改性纤维土的粘聚力为147.49kPa、内摩擦角为29.32°。粘聚力较原状土增长70%、内摩擦角增长23%。9次冻融循环作用后,石灰-纤维改性纤维土的粘聚力为117.62kPa、内摩擦角为32.60°,粘聚力较原状土增长84.76%、内摩擦角增长13.08%。(4)经过1次、3次、6次、9次冻融循环后,原状土无侧限抗压强度衰减率分别为10.21%、21.36、28.79%、32.53%,石灰-纤维改性盐渍无侧限抗压强度衰减率分别为6.75%、15.46%、21.94%、24.18%。石灰-纤维改性盐渍土的无侧限抗压强度衰减率小于原状土,说明盐渍土中加入石灰、剑麻纤维可以提高盐渍土的抗冻性。经过9次冻融循环作用,石灰-纤维改性盐渍土无侧限抗压强度为2.14MPa,比原状土增加1.73 MPa,强度增长421%。(5)对原状土和石灰-纤维改性盐渍土进行了CBR试验,石灰-纤维改性盐渍土的CBR值为13.78,原状土的CBR值为1.23。CBR值增长1020%,且石灰-纤维改性盐渍土的CBR值满足规范中所有等级公路的填筑要求。

关键词： 灌浆套筒   接头   振动荷载   冻融循环   受力性能  

摘要： 近年来,我国大力发展装配式建筑。保证装配式建筑安全稳定的关键在于预制构件之间连接节点的性能,目前普遍采用套筒灌浆连接方式。经大量工程实例及试验检验,在理想环境中进行灌浆连接施工,形成的接头力学性能能够满足规范要求。但实际施工过程中,不可避免会受到一些外界环境条件的影响。例如在已营运地铁线路上建造装配式建筑过程中,会受到车辆运行所带来振动荷载的影响,套筒灌浆料在凝固过程中受到振动荷载作用,势必会对最终形成的灌浆接头力学性能产生一定程度影响。同时,我国作为世界上寒区分布最广的国家之一,套筒灌浆连接节点也不可避免会受到冻融循环作用的影响。目前针对上述两项影响因素的研究还较少,因此本文以目前国内普遍采用的GT4型半套筒灌浆接头为研究对象,分析套筒灌浆接头试件在上述两种特殊环境状态下的力学性能。主要研究内容和成果有以下几个方面:1)分别以振动荷载和冻融循环作用条件为影响因素变量,以GT4型半套筒灌浆接头为研究对象,结合实际工程情况,制定合理可行的室内试验方案,并进行试验。2)由设计抗压强度为85MPa的CGMJM-VI型高强水泥基灌浆料、GT4型钢筋半灌浆套筒以及钢筋直径分别为14mm、20mm的HRB400级钢筋组成的套筒灌浆接头试件,在经受振幅为0.1～1mm、频率为0.5～2Hz的振动荷载作用后其力学性能可以满足规范要求,该型套筒灌浆接头可在上述振动荷载作用情况下用于装配式建筑的施工。3)振动荷载中振幅的增大会降低套筒灌浆接头试件的极限承载力,同时振幅的增大在一定范围内对套筒内钢筋与灌浆料之间的锚固性能产生不利影响,超过此范围后又产生有利影响,具体临界范围大小需要在后续试验中继续研究;振动荷载中频率的变化对套筒灌浆接头力学性能的影响很小;由振动荷载引起的钢筋偏心现象对接头试件的力学性能影响微弱。4)由设计抗压强度为85MPa的CGMJM-VI型高强水泥基灌浆料、GT4型钢筋半灌浆套筒以及钢筋直径分别为14mm、20mm的HRB400级钢筋组成的套筒灌浆接头试件,在经受温度范围为-15～6℃的冻融循环作用后,其力学性能仍可满足规范要求,但试件的极限承载力、破坏位移等数据性能指标均出现一定程度下降,且随冻融循环次数的增加下降幅度加大。