关键词： 补水条件   冻融循环   冻胀融沉   累积塑性应变   动回弹模量预估模型  

摘要： 我国高速公路经过几十年的快速发展,对国民经济的增长具有举足轻重的促进作用。路基作为道路工程主要的承重结构,其性能的稳定性对于保障道路交通的安全运行尤为重要。影响路基性能的因素复杂多样,其中季节性冻土区复杂的外界环境尤其严重了影响到了路基的工程性质。目前关于季节性冻土地区道路路基经历冻融循环后的力学性质变化的研究课题研究相对还比较匮乏,特别是在冻融与动荷载耦合作用下路基土的动力特性方面的相关研究还有待深入的分析。1.开展了补水与不补水条件下的路基土冻胀融沉试验。通过开展室内冻胀融沉试验重点分析了补水与不补水冻融条件下路基土体的冻胀量和冻胀率的演化规律,且研究了土体经历冻融循环后的水分迁移规律。并结合因素敏感性分析法,系统分析了主要因素对土体冻胀率影响程度大小。结果表明,冻融循环次数对冻胀率影响最大,初始压实度次之,初始含水率影响最小。2.开展了动荷载与冻融循环耦合作用下的路基土回弹模量试验针对季冻区路基的服役特性,设计了动荷载与冻融循环耦合试验方案,系统开展了路基土经历不同冻融循环次数后的动三轴试验,考虑冻融循环次数、动应力幅值、围压、初始含水率、初始压实度和加载频率等因素的影响,研究了土体经历冻融循环后的动回弹模量演化特征,给出了季节性冰冻区路基土动回弹模量取值建议值。3.开展了动荷载与冻融循环耦合作用下的路基土累积塑性应变试验给出了动荷载与冻融循环耦合作用下的路基土累积塑性应变的演化规律,设计了动荷载与冻融循环耦合试验方案,重点分析了冻融循环次数、动应力幅值、围压、初始含水率、初始压实度和加载频率等因素的影响。采用单因素法,先定性的分析了各个因素对路基土累积塑性应变的影响规律;再利用因素敏感性分析法,定量分析了了各个因素对路基土累积塑性应变的贡献率。基于大量实验数据的基础上,利用多元回归方法建立了累积塑性应变预估模型,并进行了理论计算值与实测值对比,具有较高的吻合性,表明该模型具有足够的可靠性,为道路路基在动荷载和冻融循环耦合作用下的路基设计、施工和灾害预防提供了重要的参考作用。

关键词： 人工制备遗址土   冻融循环   力学性质   统计损伤模型  

摘要： 我国西部地区处于季节性冻土区域,土体受到冻融循环影响降低了其力学性能。土体在冻融循环作用下的损伤破坏过程实质上是一个损伤不断积累的过程,了解和掌握在冻融循环作用下人工制备遗址土力学性质的损伤对遗址土的研究和保护具有重要意义。本文以室内试验为基础,运用损伤力学理论和Weibull分布统计原理建立冻融循环次数下统计损伤模型,系统研究了人工制备遗址土在冻融循环作用下的损伤,具体开展工作如下:首先,通过无侧限抗压强度试验,考虑了初始干密度、冻融循环次数及土与糯米浆质量比对人工制备遗址土无侧限抗压强度的影响,并分析冻融循环作用下不同初始干密度及土与糯米浆质量比的人工制备遗址土无侧限抗压强度衰减规律,基于损伤力学理论,运用Weibull分布函数建立冻融循环作用下人工制备遗址土统计损伤模型,并验证模型合理性。其次,通过直剪试验,考虑含水率、土与糯米浆质量比及冻融循环次数对人工制备遗址土剪应力-位移曲线的影响,并建立冻融循环作用下不同含水率、土与糯米浆质量比的人工制备遗址土粘聚力和内摩擦角的损伤系数。最后,通过三轴固结排水剪试验,考虑土与糯米浆质量比、糯米浆密度、围压及冻融循环次数下对人工制备遗址土的应力-应变、抗剪强度参数、破坏强度的影响,并分析冻融循环作用下不同土与糯米浆质量比、糯米浆密度的人工制备遗址土抗剪强度参数的衰减规律,基于试验数据,建立了 E-μ模型和南水模型,分析冻融循环作用对E-μ、南水模型参数的影响,基于损伤力学理论,运用Weibull分布函数和Mohr-Coulomb准则考虑建立冻融-荷载耦合作用下人工制备遗址土统计损伤模型,依据人工制备遗址土应力-应变曲线特征,确定统计损伤模型参数,运用人工制备遗址土的力学性质参数验证统计损伤模型的合理性,并分析冻融循环作用下损伤变量的变化规律。

关键词： 冻融循环试验   平面应变试验   原状黄土   强度特性   劣化模型  

摘要： 我国北方大部分黄土地区都处在季节性冻土区域,使得这—区域黄土都受到冻融循环过程中水分迁移的影响,从而造成黄土强度降低,在边坡、路基、土石坝等实际工程中造成许多工程病害问题。本文以咸阳地区原状黄土为研究对象,对不同含水率、不同冻融循环周期下的原状黄土试样,进行不同固结围压下的平面应变试验,分析含水率、冻融循环周期以及固结围压对原状黄土主应力与轴向应变曲线、中主应力与轴向应变曲线、b与轴向应变曲线以及侧向应变与轴向应变曲线的影响;含水率和冻融循环周期分别对原状黄土抗剪强度指标粘聚力、内摩擦角的影响。这—研究对防治治理季节性冻土区域原状黄土的工程病害问题有一定的理论价值和指导意义。本文通过试验研究得到以下成果:(1)(σ-σ3)-ε1曲线得出随着固结围压的增大,曲线斜率不断增大,曲线不断上升土体强度不断增大;随着含水率和冻融循环周期的增大,曲线斜率不断下降,土体强度不断降低;冻融循环作用对(σ1-σ3)-ε1 曲线的影响作用随着含水率的增大而明显,随着固结围压的增大而削弱。(2)σ2-ε1曲线的变化特征与(σ1-σ3)-ε1曲线的变化相似,即随着含水率和冻融循环周期的增大中主应力-轴向应变σ2-ε1曲线向下移动;随着固结围压的增大中主应力-轴向应变σ2-ε1曲线向上移动。b-ε1曲线中b值的范围在0.12-0.35之间,对固结围压的增大b-ε1曲线无明显的规律性变化,随着含水率的增大b-ε1曲线上升,中主应力对土体强度的贡献越大,随着冻融循环周期的增大,曲线下降,中主应力对土体强度的贡献减小。(3)ε3-ε1曲线均为硬化型,含水率、冻融循环周期以及固结围压对侧向应变-轴向应变ε3-ε1曲线的影响较为明显,且随着着三者的增大其侧向应变-轴向应变ε3-ε1曲线均由负值逐渐上升增为正值,即随着冻融循环周期、固结围压以及含水率的增大,原状黄土试样在剪切过程中,逐渐由剪胀转变为剪缩。(4)根据摩尔-库伦强度准则,研究实验初始条件对原状黄土抗剪强度指标的影响,得出粘聚力和内摩擦角均随着含水率的增大呈现出类似线型减小,粘聚力随着冻融循环周期的增大呈现出指数减小,内摩擦角随着冻融循环周期的增大略有减小,但在3°范围内变化,因此可认为内摩擦角随冻融循环周期的增大无明显变化。

关键词： 膨胀土   干湿-冻融循环   微观结构   强度特性   土-水特征曲线   收缩特性  

摘要： 膨胀土因含亲水性的粘土矿物成分,容易随湿度变化而发生膨胀或收缩变形。以往的研究多针对干湿或冻融单一作用的影响,而在长期干湿和冻融的周期性变化条件下,膨胀土处于不稳定状态中,对工程的长期安全与稳定带来非常不利的影响。因而本文对目前受关注较少的受循环干湿和冻融共同影响的膨胀土工程特性和微观结构变化展开试验研究。研究取用黑龙江北部引嫩干渠乌北段输水渠道边坡的膨胀土,利用恒温恒湿试验箱,模拟其在该季冻区环境中受到不同次数的干湿、冻融和干湿-冻融3种循环作用。(1)通过压汞试验和扫描电镜试验,得到了三种循环作用下膨胀土的孔径分布曲线、微观孔隙结构图像;(2)通过低围压下的固结不排水三轴剪切试验,得到了膨胀土的应力-应变关系和抗剪强度参数;(3)通过轴平移技术和蒸汽平衡法试验,得到了三种循环作用下膨胀土的土-水特征曲线;(4)通过收缩试验,得到不同循环作用下膨胀土的体积、孔隙比和饱和度随含水率变化的曲线。通过对上述试验结果的分析,获得了季冻区膨胀土的强度特性、变形特性和土水特性在不同次数、不同循环作用下的变化规律,并从微观结构角度分析了产生变化的原因。成果可为实际工程建设提供参考。

关键词： 混凝土   冻融循环   硫酸盐侵蚀   耐久性   侵蚀产物  

摘要： 在我国西北地带的盐渍土地区,昼夜温差较大,土壤中存在着高浓度的硫酸根离子,当地混凝土长期遭受冻融循环和硫酸盐侵蚀的耦合作用。粉煤灰作为一种矿物掺合料,已被运用于各类混凝土中,一定掺量的粉煤灰混凝土能满足实际工程中耐久性以及承载能力方面的要求,并且能够降低碳排放,节约能源。因此,研究粉煤灰混凝土在冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下的耐久性具有较为重要的科研价值和实际意义,本文主要对粉煤灰混凝土耐久性进行了以下研究。（1）对达到指定冻融次数的混凝土试样进行宏观力学实验,分析了混凝土在冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下的力学性能变化规律。研究表明:较高浓度的Na2SO4溶液可以提高混凝土的抗冻融次数;粉煤灰掺量为10%的混凝土具有良好的抗冻性;在冻融循环100次前,混凝土试样的相对动弹性模量一直处于递增状态;浓度为10%的Na2SO4溶液,会让混凝土试样的相对动弹性模量提前进入下降阶段;粉煤灰掺量为20%时混凝土试样的相对动弹性模量下降速率最快。（2）运用扫描电镜（SEM）技术,从微观层面对混凝土试样生成的侵蚀产物进行观察分析,通过压汞法（MIP）探究了混凝土试样的孔径分布和孔隙率在不同冻融循环次数下的变化规律,借助TG-DSC综合热分析对混凝土侵蚀产物进行定量分析。研究发现:侵蚀产物的含量与侵蚀时间成正相关关系;随着冻融循环次数的增加,钙矾石晶体越大,混凝土所受到膨胀应力也越大;混凝土孔隙率随着冻融循环次数的增加呈现出上升的趋势,并且在冻融循环后期,多害孔所占比例明显上升;150次冻融循环时,粉煤灰掺量为20%的混凝土试样孔隙率明显高于粉煤灰掺量为0%和10%的混凝土试样;侵蚀产物钙矾石的含量要高于石膏,且其生成时间要早于石膏;冻融循环前期侵蚀产物生成速率要快于冻融循环后期侵蚀产物生成速率;在冻融循环后期,盐溶液浓度越高,侵蚀产物也越多。（3）最后通过对混凝土在冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下不同时期的侵蚀产物生成速率的研究,分析了混凝土在不同时期的损伤劣化情况,进一步揭示了混凝土在冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下的损伤劣化机理。

关键词： 麦秸秆粉末   玻化微珠   聚丙烯纤维   保温混凝土   冻融循环试验  

摘要： 随着国家节能减排政策的进一步实施,建筑节能成为节能减排的主要领域,寻找具有良好工作性能的建筑节能材料成为当下该领域研究的重点和热点。同时,在农业生产方面,大量的秸秆废弃物通过燃烧的方式处理对环境造成了很大的污染。为此,本文尝试将麦秸秆粉末,玻化微珠,聚丙烯纤维掺入到C30混凝土中,采用正交试验方法以麦秸秆粉末掺量(A),玻化微珠掺量(B),聚丙烯纤维掺量(C)为因素设计三因素四水平正交试验。研究了正交试验表中各组混凝土的3天、7天、14天、28天立方体抗压、劈裂抗拉力学性能和28天导热系数以及在冻融循环0次、20次、40次、60次、80次后混凝土的导热系数和质量损失。对试验所得的数据采用极差、方差、综合指标和拟合等方法进行分析,结果表明:1.考虑单个性能指标,各因素的最优掺量不同:以混凝土 28天抗压强度为指标,三个因素影响的强弱依次为,玻化微珠掺量(B)>麦秸秆粉末掺量(4)>聚丙烯纤维掺量(C),其中因素A的最优水平为0%,因素B的最优水平为0%、因素C的最优水平为0%。以混凝土 28天抗拉强度为指标,三个因素影响的强弱依次为,聚丙烯纤维掺量(C)>麦秸秆粉末掺量(A)>玻化微珠掺量(B),其中因素A的最优水平为0%,因素B的最优水平为0%,因素C的最优水平为0.7%。以混凝土 28天导热系数为指标,三个因素影响的强弱次序依次为玻化微珠掺量(B)>麦秸秆粉末掺量(A)>聚丙烯纤维掺量(C),其中因素A的最优水平为4%,因素B的最优水平为30%,因素C的最优水平为0.7%。2.选取28天抗压强度:28天劈裂抗拉强度:28天导热系数=0.5:5:6作为混凝土综合评分标准。三个因素影响的强弱次序依次为,玻化微珠掺量(B)>麦秸秆粉末掺量(A)>聚丙烯纤维掺量(C),其中,因素A最优水平2%,因素B最优水平30%,因素C最优水平0.7%。3.随着冻融循环次数的增加,各组混凝土板块的导热系数上升,混凝土保温隔热性能下降,各组混凝土板质量损失也不断增大。冻融循环80次后,三个因素对混凝土导热系数影响强弱顺序为,麦秸秆粉末掺量(A)>玻化微珠掺量(B)>聚丙烯纤维掺量(C);三个因素对混凝土板质量损失影响强弱顺序为,麦秸秆粉末掺量(A)>聚丙烯纤维掺量(C)>玻化微珠掺量(B)。选取polynomial函数对各组混凝土板的导热系数和质量损失随冻融循环次数的关系进行拟合,结果良好,可以为进一步研究提供一些参考。图47表35参61

关键词： 模袋混凝土   矿物掺合料   干湿-冻融循环   孔隙特征   灰色理论  

摘要： 河套灌区现役模袋混凝土衬砌因环境因素的影响,常常面临季节性冻融与干湿循环作用,致使模袋混凝土衬砌表面出现裂纹等耐久性破坏。本文在现役模袋混凝土配比的基础上,双掺粉煤灰和硅粉以及粉煤灰和大理石粉等固体废弃料来等量替代水泥,通过试验研究不同矿物掺合料对模袋混凝土的力学性能和微观孔隙结构的影响,同时模拟模袋混凝土实际的服役环境,制定合理的干湿-冻融循环制度,研究干湿-冻融循环耦合作用对模袋混凝土耐久性及微观孔隙的影响,得到更适合河套灌区模袋混凝土衬砌的优化配合比,为模袋混凝土在内蒙古河套灌区乃至北方地区推广应用奠定基础。主要研究成果如下:(1)宏观力学性能试验结果表明,适量双掺粉煤灰和硅粉、粉煤灰和大理石粉均能改善模袋混凝土的抗压强度。双掺合料替代率为20%左右时,模袋混凝土衬砌的早期抗压强度均优于其他组,其中F10S8和F10D10两组配合比抗压强度最优。(2)微观孔隙特征表明,适量的双掺矿物合料是有利于改善孔隙结构,且双掺粉煤灰和硅粉对于孔隙结构的改善明显优于双掺粉煤灰和大理石粉。双掺合料替代率在20%左右时,随着硅粉替代率的增加,粉煤灰替代率的降低,孔隙度逐渐降低,孔径也从多害孔向少害孔和无害孔转变;(3)干湿-冻融循环耦合作用下的耐久性试验显示,适量的粉煤灰和硅粉以及粉煤灰和大理石粉的掺入,有利于提高模袋混凝土的耐久性。双掺10%的粉煤灰10%的大理石粉以及双掺10%粉煤灰8%的硅粉的配合比的耐久性最优。干湿-冻融循环耦合作用下的XRD和电镜分析显示,双掺合料模袋混凝土内部结构的主要破坏是受了冰水相变以及黄河水中盐类离子的侵蚀影响。(4)采用灰色理论中的灰色关联度来分析干湿-冻融耦合作用下模袋混凝土的损伤度与孔隙洗特征以及孔径分布的关联度,分析发现比表面积、平均半径和0-200μm的弦长分布与模袋混凝土损伤度的关联系数最高。

关键词： 季冻区   冻融循环作用   水泥改良粉砂土   静力特性、动力特性   微观分析  

摘要： 东北属于典型季节性冻土区,粉砂土分布广泛,在道路工程建设时不可避免遇到粉砂土路基。在反复冻融循环作用下,粉砂土力学性质会发生显著变化,从而导致道路出现严重病害。因此,对粉砂土进行有效改良,对于冻土区路基工程建设、路基工程病害防治、环境保护等均具有十分重要的意义。目前,工程界已经依据工程建设经验使用水泥对粉砂土进行了改良且效果明显。为更好的为水泥改良粉砂土工程实践提供理论、实验参考,本文采用室内试验、电镜扫描分析、理论分析相结合的方式,重点研究了冻融循环作用下水泥改良粉砂土的物理性质、静力特性、动力特性及其变化趋势,并从微观结构变化进行了机理分析。主要内容为:采用静三轴试验、动三轴试验分别对冻融前后不同冻融循环次数、不同水泥掺量、不同含水率条件下粉砂土压实试件的粘聚力、内摩擦角、抗剪强度、静弹性模量和动弹性模量的变化规律进行了系统研究;采用电镜扫描试验,对冻融循环作用下水泥改良粉砂土的颗粒、孔隙变化进行了定性和定量分析,应用灰色关联分析法找出了影响水泥改良粉砂土粘聚力、内摩擦角和抗剪强度变化的微观参数,进一步探究了冻融循环作用对其微观结构参数的影响。结果表明:（1）随冻融循环次数的增加,水泥改良粉砂土的粘聚力、抗剪强度、静弹性模量均呈下降趋势,内摩擦角变化规律不明显,但改良后粉砂土力学性质显著优于未改良粉砂土;（2）随水泥掺量的增加,水泥改良粉砂土的粘聚力、内摩擦角、抗剪强度和静弹性模量均呈增大趋势;（3）随含水率变化,改良前后粉砂土力学性质变化规律不统一;（4）同等试验条件下,未改良粉砂土在往复荷载作用下的塑性变形显著大于水泥改良粉砂土的塑性变形,未改良粉砂土的动弹性模量随冻融次数呈明显下降趋势,而水泥改良粉砂土的动弹性模量可稳定在10.86MPa13.98MPa范围内,且明显高于未改良粉砂土的动弹性模量,并在小幅波动中优先趋于稳定;（5）未改良粉砂土经冻融循环作用后呈蜂窝结构,颗粒呈“碎裂”状态且趋于等轴,颗粒形状更加不规则,中孔隙增多,颗粒定向性减弱;水泥改良粉砂土经冻融循环作用后呈絮凝结构,颗粒呈“聚合”状态,整体为大颗粒构成骨架、小颗粒附着且颗粒趋于等轴,颗粒圆形度降低,大孔隙增多,颗粒定向性显著。

关键词： 泡沫混凝土   冻融循环   发泡剂   纤维   减水剂   抗压强度  

摘要： 复杂地层寒区隧道填充材料需兼具防寒保温、抗震和优化支护等性能,为解决常规泡沫混凝土在复杂地层寒区隧道应用中存在的不足,本文旨在以严寒地区为视角,研究掺加了多种外加剂的泡沫混凝土的力学性能。首先为了研究寒冷地区低温环境对泡沫混凝土的强度影响,在不同配合比下研究泡沫混凝土的抗压强度,文中采用25次冻融循环的试验,通过添加不同长度的纤维和减水剂等外加剂,制备出一种高强度防寒保温泡沫混凝土,通过交叉对比试验,结果得出当水灰比为0.5时,在掺加19mm的聚丙烯纤维和聚竣酸高效减水剂后,泡沫混凝土的抗压强度比未掺加纤维和减水剂的泡沫混凝土能提高427%,在经过冻融循环后,强度损失最低,最低损失幅度为4.4%。同时在此配合比下再对泡沫混凝土的导热系数做出测试,发现仅掺加纤维的混凝土试件,导热系数最低。最后运用SEM扫描测试技术对破碎后的混凝土内部结构进行扫描,更为全面的研究其微观结构,分析泡沫混凝土的冻融特性。通过微观分析可以发现,冻融循环后,混凝土的内部结构出现了不同程度的损害,在掺加了纤维和聚羧酸高效减水剂后,混凝土内部的完整性很好,水泥之间的连接更为密实,裂缝减少。图36表14参65