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关键词： 混杂纤维   橡胶   混凝土   力学性能   碳化深度   BP神经网络  

摘要： 为了解决废旧轮胎大量堆积,将其粉碎成不同大小的颗粒,代替原有的部分骨料添加至混凝土中,所制成的新型混凝土称为橡胶混凝土,其强度有一定程度的降低,韧性、延性、抗渗性、抗冲击性都有所提升。本文通过纤维来弥补橡胶对强度所带来的负面作用,通过“正混合效应”达到理想的结果。主要通过更改掺量的方式,来分析三种外掺物对混凝土力学性能和碳化深度的影响。首先,以三种外掺物单掺的形式添加至混凝土中,分析各外掺物对力学性能的影响。其次,设计正交试验,把不同掺量的玄武岩纤维(A)、聚丙烯纤维(B)、橡胶(C)混合后,制成混杂纤维橡胶混凝土,研究各因素对力学性能和碳化深度的影响程度。最后,提出了包括四因子输入向量(碳化周期、玄武岩纤维掺量、聚丙烯纤维掺量、橡胶掺量)和单因子输出向量(碳化深度)的BP神经网络碳化深度预测模型,对试验结果进行预测,现有研究成果如下: (1)随着纤维掺量的提高,试件的力学强度均大致呈先增加后降低的趋势。在本试验条件下,BF掺量0.2%,PPF掺量0.15%时,对力学性能的改善效果是最好的。纤维掺量对抗压强度的增强效果相对不明显,对劈裂抗拉强度提升则较大,纤维掺量过大时,对强度的提升效果反而不好。 (2)随着橡胶骨料替代率的提高,试件的力学强度均呈不断降低的规律。适量的纤维能够弥补一部分橡胶所带来的强度损失,并且能够在水泥砂浆之中均匀分布,形成三维支撑结构,对劈裂抗拉强度带来较大提升。 (3)和基准混凝土相比,混杂纤维橡胶混凝土的碳化深度早期较大,后期较小;当玄武岩纤维取0.2%掺量,聚丙烯纤维取0.15%掺量,橡胶取5%掺量时,HFRC的碳化深度最低,在四个不同的试验周期下,分别最大降低11.46%、28.40%、27.73%;三种外掺物对碳化深度的影响程度均为:C>B>A;随着纤维和橡胶掺量的增大,HFRC的碳化深度均呈先降低后增加的规律。本文建立的BP神经网络碳化深度预测模型,经测试得到预测值和试验值的平均相对误差为8.66%。

关键词： 镍铁渣水泥复合土   硫酸钠侵蚀   三轴压缩试验   力学性能   微观结构  

摘要： 随着我国高速公路以及铁路的飞速发展,作为建筑地基和路基工程中的水泥土材料,其各项性能有了更高的要求。由于水泥土周围易受到硫酸钠溶液侵蚀及冻融循环等复杂环境的影响,必将导致水泥土的性能劣化甚至失效破坏,影响水泥土工程的安全性和耐久性。镍铁渣是红土镍矿冶炼成镍铁合金后产生的粒化固体废弃物,具有较高的火山灰火活性,镍铁渣排放量逐年增多,未得到合理利用,且污染环境。因此,将镍铁渣掺入水泥土中,既能实现固体废弃物利用,又能提高水泥土的性能,其研究具有重要的理论意义和工程应用价值。论文主要以镍铁渣水泥复合土为研究对象,在硫酸钠作用下进行了无侧限抗压强度试验、三轴压缩试验及微观结构分析,主要研究内容如下:(1)进行了不同水泥掺量、镍铁渣掺量、不同龄期条件下的镍铁渣水泥复合土无侧限抗压强度试验,得到了无侧限抗压强度随水泥掺量、镍铁渣掺量以及不同龄期的变化规律,运用极差分析和方差分析获得了镍铁渣水泥复合土的最优配合比。(2)在硫酸钠、硫酸钠-冻融耦合作用下,进行了镍铁渣水泥复合土无侧限抗压强度试验,分析了硫酸钠浓度、侵蚀时间以及冻融循环次数对镍铁渣水泥复合土破坏特征、质量损失率及无侧限抗压强度的影响,建立了镍铁渣水泥复合土无侧限抗压强度与侵蚀时间(冻融循环次数)及硫酸钠浓度的拟合方程。试验结果表明,随着硫酸钠浓度的增大及冻融循环次数的增加,水泥复合土表面破坏特征逐渐加重,质量损失率随之增大,无侧限抗压强度逐渐降低,镍铁渣的掺入可减缓硫酸钠及冻融循环对水泥复合土的破坏。(3)利用电子扫描电镜(SEM)、XRD衍射试验,分析了硫酸钠侵蚀、硫酸钠-冻融耦合作用下镍铁渣水泥复合土的微观结构,揭示了镍铁渣掺量、硫酸钠浓度以及冻融循环次数对镍铁渣水泥复合土的影响机理。(4)采用三轴压缩试验,得到了不同硫酸钠浓度及围压对镍铁渣水泥复合土剪切强度、应力-应变曲线的影响规律,分析了硫酸钠浓度对水泥复合土黏聚力和内摩擦角影响,建立了不同硫酸钠浓度及围压下抗剪强度方程。试验结果表明,镍铁渣水泥复合土抗剪强度随着硫酸钠浓度的增加而降低,随着围压的增加,其抗剪强度逐步增大。

关键词： 橡胶混凝土   级配玄武岩纤维   力学性能   微观结构   裂缝损伤演化  

摘要： 废旧橡胶作为高分子有机材料,自然降解很难将其无害化处理,为了实现废旧橡胶的无害化处理和二次利用,有学者将其加工成骨料大小的颗粒掺入混凝土中,降低混凝土自重的同时提高耐久性,但橡胶颗粒的掺入也削弱了混凝土的力学性能。玄武岩纤维作为无机矿物纤维,与水泥基体有良好的相容性,且抗拉强度大、弹性模量高,是一种理想的增强增韧材料。为此,本文将力学性能优异的玄武岩纤维掺入基体中,来改善橡胶颗粒对混凝土力学性能的削弱,试验以不同长度纤维的搭配方式为变量,探讨其对橡胶混凝土力学性能和微观结构的影响,同时结合Abaqus有限元模型,从细观角度揭示裂缝演化过程和级配纤维的阻裂机理,主要研究内容与成果如下:(1)玄武岩纤维对橡胶混凝土力学性能有很大改善,相比橡胶混凝土,当掺入单一长度纤维时,立方体抗压强度提高幅度2.57%～13.34%,劈裂抗拉强度提高幅度4.87%～13.31%,抗折强度提高幅度21.17%～39.42%,且力学性能都随着纤维长度的增加呈现先增大后减小的趋势,在12mm时达到最大值。纤维长度对弹性模量的提升没有明显规律,提升幅度4.51%～7.33%。(2)级配玄武岩纤维对橡胶混凝土的改善效果因纤维长度搭配方式的不同而不同,双掺组相比其他组表现出更好的力学性能,双掺组相比三掺组、四掺组,抗压强度提高了3.58%、8.00%,劈裂抗拉强度提高了11.41%、13.16%,弹性模量提高了5.27%、8.32%,抗折强度提高了4.51、22.39%。上述试验数据说明多种长度纤维混掺时,长纤维质量占比对力学性能改善的重要性,且12mm、18mm纤维复掺能更好地发挥纤维间的协同效应,提升基体强度。(3)通过扫描电镜和CT扫描分析基体各组分界面过渡区的微观结构和孔隙结构,结果表明:橡胶-基体ITZ处主要水化产物为六方板状和片状CH,对比砂子-基体ITZ处C-S-H水化产物明显减少,导致掺入橡胶的混凝土力学性能显著降低;纤维-基体ITZ处有大量絮状、颗粒状C-S-H凝胶,玄武岩纤维表面的水化产物填充孔隙,提高基体的致密性,且纤维在混凝土中呈三维网状分布,阻止了粗、细骨料沉降和橡胶颗粒上浮,优化孔隙结构,改善基体力学性能。(4)通过Abaqus建立立方体抗压模型和抗折模型,对比试验结果与模拟结果,说明裂缝首先出现在骨料密集区,长纤维由于边壁效应多分布在骨料附近,相比短纤维能更多地参与受力。当裂缝出现时,混凝土中应力重新分布,裂缝尖端处拉应力提高,横跨裂缝的纤维发挥桥接作用参与受力,在拔出或断裂过程中吸收能量,提升基体的力学性能。

关键词： 再生混凝土   粉煤灰   硅灰   力学性能   耐久性能  

摘要： 在我国基建高速度发展的大背景下,随着老旧建筑物的拆除以及道路的重建翻新,以废弃混凝土为主的建筑垃圾数量不断增加,砂石等自然资源匮乏及生态环境污染的问题日益加剧。再生混凝土的使用为解决此类问题提供了一种新的思路,在节约天然骨料资源的同时减少建筑垃圾带来的环境污染,实现建筑材料的绿色转型。但同时再生混凝土本身较差的性能限制了其工程应用范围,而以粉煤灰和硅灰为代表的矿物掺合料作为工业废弃物,将其部分替代水泥掺入混凝土能够起到一定性能改善作用。基于此,本文以再生粗骨料取代率及100%取代率基础上粉煤灰与硅灰单掺和双掺情况下的掺量变化为变量因素,通过室内试验和理论分析的手段,以矿物掺合料因素变化为重点,研究各因素对再生混凝土力学性能及耐久性能的影响。主要研究内容及结论如下:(1)进行基本物理性能试验对比分析了所制备再生粗骨料同天然粗骨料的基本性能差异。结果表明:所制备再生粗骨料吸水率、压碎指标和针片状颗粒含量高于天然粗骨料,表观密度、堆积密度及紧密密度则低于天然粗骨料,符合国家标准中(40)(40)类再生粗骨料要求。(2)通过抗压强度试验及抗折强度试验,分析了再生粗骨料取代率及100%取代率基础上粉煤灰与硅灰单掺和双掺情况下的掺量变化对其的影响。研究表明:再生混凝土抗压强度和抗折强度随再生粗骨料取代率增加而减少;单掺粉煤灰对再生混凝土前期力学性能不利,30%掺量时负面影响最大,而龄期60d时粉煤灰对力学性能则有较好提升效应,抗压强度表现最优掺量为20%,抗折强度为10%;单掺硅灰对抗压及抗折强度的提升随掺量增加呈现出先增后减的趋势,6%掺量时表现最优;双掺粉煤灰和硅灰的力学性能表现优于单掺,20%粉煤灰双掺6%硅灰时对抗压及抗折强度提升幅度最大,达到普通混凝土水平。(3)进行加速碳化试验、快速冻融试验及硫酸盐干湿循环试验,研究了再生粗骨料取代率及100%取代率基础上粉煤灰与硅灰单掺和双掺情况下的掺量变化对耐久性能的影响。结果表明:各试件组均达到了碳化深度要求、F150抗冻等级以及KS90抗硫酸盐等级;再生粗骨料对再生混凝土抗碳化、抗冻及抗硫酸盐性能不利,负面效应随取代率上升而增加;单掺粉煤灰对再生混凝土抗碳化能力不利,随掺量增加效应越明显,而对抗冻和抗硫酸盐性能均有较好提升,最优掺量为20%;单掺硅灰会极大加深碳化深度,而对抗冻和抗硫酸盐性能提升显著,掺量为6%时对碳化速率减缓效果最好,同时抗冻性能表现最优,9%掺量组别的抗硫酸盐性能略优于6%掺量;双掺粉煤灰和硅灰的各性能表现均优于单掺,10%粉煤灰双掺6%硅灰时抗碳化能力最佳,20%粉煤灰双掺6%硅灰时抗冻和抗硫酸盐性能最优,抗冻和抗硫酸盐性能的表现均超过普通混凝土。(4)通过SEM和XRD的手段对再生混凝土的界面过渡区微观形貌和水化产物进行分析。结果表明:再生混凝土界面过渡区存在诸多薄弱部位,粉煤灰和硅灰的掺入能够形成良好颗粒级配填充微孔隙并生成较多C-S-H凝胶等二次水化产物改善内部微观结构。

关键词： 风积沙替代率   天然级配砂石   力学性能   抗冻性能  

摘要： 随着天然河沙的开采保护、风积沙资源利用以及各种改性剂的研究,风积沙复合材料也可以制备工程混凝土。结合五家渠102团沙湖景区施工项目,使用施工现场天然级配砂石与新疆特有风积沙进行综合利用。为解决就地取材天然级配砂石含泥量过大对混凝土性能的不利影响,主要研究如下:首先将天然级配砂石作为混凝土骨料,现场取天然风积沙等量替代其4.75mm以下骨料制备混凝土并展开力学性能与工作性能研究;其次单掺加入钢纤维、玄武岩纤维、粉煤灰,对比混凝土工作性能与力学性能;在此基础上,进一步优化纤维和粉煤灰的掺配比例,设计三因素四水平正交试验方案,并采用极差、方差、灰色关联评价方法对测试数据进行对比分析;最后固定纤维与风积沙掺配比例,使用不同掺量粉煤灰对混凝土抗冻性能进行优化,并进行工程应用验证。具体成果如下:(1)采用30%风积沙替代天然级配砂石细骨料制备混凝土比天然级配砂石混凝土7d抗压、抗折强度提高3.7%、2.1%,28d抗压、抗折强度提高3.6%、6.3%。采用50%风积沙替代天然级配砂石细骨料制备混凝土比天然级配砂石混凝土坍落度、含气量、28d抗压强度与28d抗折强度分别降低15.2%、2%、3.9%、4.9%。采用30%风积沙替代天然级配砂石细骨料混凝土单掺钢纤维、玄武岩纤维比天然级配砂石混凝土坍落度下降31.9%、25.7%,28d抗压强度提升18.3%、15.6%,28d抗折强度提升13.5%、12%;单掺粉煤灰10%、20%、25%,风积沙替代天然级配砂石混凝土28d抗压强度下降5.7%、9.1%、11.3%,抗折强度下降3.7%、5.7%、9.8%。(2)设计三因素四水平正交试验,开展极差方差灰色关联度分析,研究钢纤维、玄武岩纤维、粉煤灰的复合最佳掺配比例发现:钢纤维与玄武岩纤维掺加量1.5%,粉煤掺加量10%,是30%风积沙替代天然级配砂石细骨料混凝土的最佳掺配比例。(3)为研究冻融循环对30%风积沙替代天然级配砂石细骨料混凝土性能的影响,选取掺量1%的纤维,掺加不同比例粉煤灰对混凝土抗冻性能进行试验研究。通过150次冻融循环后试验结果如下:采用30%风积沙替代天然级配砂石细骨料混凝土质量损失率为3.5%,相对动弹性模量为65.8%;掺加20%粉煤灰和1%纤维的混凝土质量损失率为1.3%,相对动弹性模量为78.9%。对比分析发现,掺加20%粉煤灰和1%纤维后,其质量损失率减少64%,相对动弹性模量提升19.8%。(4)在工程应用中,采用风积沙替代部分天然级配砂石细骨料制备混凝土比传统天然级配砂石制备混凝土工程力学性能提升4.7%;使用风积沙替代天然砂石细骨料制备混凝土比普通砂石集料制备混凝土的工程成本降低15.6%。

关键词： 超长聚丙烯纤维混凝土   钢纤维混凝土   掺和方式   抗压强度   劈拉强度   跨中挠度   弯曲韧性  

摘要： 混凝土材料来源广泛且施工方便，但存在抗拉强度低，易开裂，脆性大等缺点。在混凝土中加入纤维能够增强混凝土的韧性，抗冲击性能，抗剪切性能等。不同类型的纤维能满足结构上的不同需求，但单一纤维提升效果较为有限，不同类型的纤维混掺往往会起到更好的效果。　　为深入探究超长聚丙烯纤维 (MPP) 和钢纤维不同掺量对混凝土的增强效果，本文通过改变超长聚丙烯纤维和钢纤维的掺量，采用单掺和混掺的方式分别进行了立方体抗压试验、劈裂抗拉试验和切口梁三点弯曲试验，研究了超长聚丙烯—钢混杂纤维对混凝土性能的增强效果并对结果进行分析，主要研究内容和结论如下：　　（1）超长聚丙烯—钢混杂纤维对混凝土的抗压强度和劈拉强度都有增强作用，在钢纤维掺量为1.0%，超长聚丙烯纤维掺量为0.3%时混凝土试块抗压强度最大，立方体抗压强度最大为53.9MPa，较素混凝土抗压强度增大了26.5%。当钢纤维掺量为0.5%，超长聚丙烯纤维掺量为0.6%时混凝土立方体劈拉强度最大，立方体劈拉强度最大为4.35MPa，较素混凝土劈拉强度增大了31%。　　（2）通过切口梁的三点弯曲试验，超长聚丙烯—钢混杂纤维提升混凝土弯曲韧性的效果较单一纤维混凝土更好。当超长聚丙烯纤维和钢纤维的掺量分别为0.6%和0.5%时，混凝土的弯曲韧性提升效果最大。计算结果表明，我国切口梁法（CECS13:2009）的弯曲韧性指标中能量吸收值与欧洲切口梁法（EN14651）的弯曲韧性指标中残余抗折强度趋势变化相同。　　（3）通过混凝土试件的三点弯曲试验中测得的荷载—挠度曲线和荷载—裂缝口张开位移曲线，分析了两组曲线的变化过程。并对两组试验数据进行线性拟合，其结果表明，跨中挠度δ与裂缝口张开位移CMOD呈较好的线性关系，并且通过计算建立了跨中挠度δ和裂缝口张开位移CMOD与纤维特征值之间的关系式。　　（4）根据抗压强度、劈拉强度和弯曲韧性指标，建立了一系列纤维特征值与混杂纤维混凝土力学性能的关系式，该式反映了混凝土试件力学性能与纤维特征值之间的数值定量关系，完善了混杂纤维混凝土增强效应理论体系，可为工程结构设计提供参考。

关键词： 改性方式   自密实性能   力学性能   三轴受压  

摘要： 随着我国城市建设的快速发展,废弃建筑物的拆除量日益增加,废弃混凝土也越来越多,如何将废弃混凝土进行有效处理及利用成为了当前研究的热点之一,为此,再生混凝土应运而出,再生混凝土可以使废弃混凝土循环利用并减少环境污染,对我国可持续发展具有重要意义。目前再生骨料存在微裂缝、附着旧砂浆等缺陷,限制了再生混凝土的发展,本文在国内外相关研究的基础上,通过改性再生骨料和纤维改性再生混凝土两种改性方式,研究了改性自密实再生混凝土的自密实性能及力学性能规律。以改性再生骨料的方式,通过单因素试验,研究了微波加热并机械研磨、包浆、盐酸溶液浸泡和硅酸钠溶液浸泡再生粗骨料四种因素对改性自密实再生混凝土的自密实性能及力学性能的影响;以掺加钢纤维改性的方式,通过正交试验,研究了钢纤维掺量、再生粗骨料取代率和再生细骨料取代率三种因素对钢纤维自密实再生粗细骨料混凝土的自密实性能及力学性能的影响;以掺加钢纤维、玄武岩纤维改性的方式,通过单因素试验,研究了钢纤维掺量、玄武岩纤维掺量、再生粗骨料取代率和围压值四种因素对三轴受压改性自密实再生混凝土自密实性能及力学性能的影响,建立了三轴受压强度预测模型,为改性自密实再生混凝土工程应用提供一些参考数据。研究结果如下:(1)在改性再生骨料试验中,不同骨料改性方式可以提高再生粗骨料基本物理性质;试验组混凝土自密实性能均在自密实混凝土性能等级SF2以上;微波加热并机械研磨再生骨料对混凝土抗压强度、轴心抗压强度、轴压应变、延性系数和能量耗散系数提升最大,较基准组增大幅度分别为9.5%、12.0%、17.9%、19%、15.8%和4.5%;盐酸溶液浸泡再生骨料对混凝土劈拉强度提升最大;包浆再生骨料会略微降低混凝土抗压强度;硅酸钠溶液浸泡再生骨料会略微降低混凝土劈拉强度。(2)在钢纤维改性自密实再生混凝土正交试验中,试验组的自密实性能基本可以满足自密实混凝土技术要求;随着钢纤维掺量的增加,试块破坏裂缝逐渐减小;正交组混凝土的28d抗压、劈拉及抗折强度均大于基准组,较基准组增大幅度分别为32.5%、36.4%和40%;采用功效系数法综合评价各因素水平对抗压、劈拉和抗折强度的影响,建议最优配合比:再生粗骨料取代率为70%、再生细骨料取代率为30%、钢纤维体积掺量为0.75%;基于试验数据建立的单轴受力强度模型与实测值相关性较高,误差基本在5%以内,能够很好的预测钢纤维自密实再生粗细骨料混凝土的强度。(3)在改性自密实再生混凝土三轴受压试验中,随围压增大,再生混凝土破坏状态由竖向劈裂破坏转为斜向剪切破坏;围压能明显提高再生混凝土的峰值应力及峰值应变;低围压下,钢纤维及玄武岩纤维对再生混凝土的裂缝破坏具有一定的阻裂作用,高围压下,纤维对再生混凝土的增强作用不明显;基于八面体应力空间破坏准则及Rendulic平面破坏准则建立的三轴受压改性自密实再生混凝土强度预测模型,与试验数据相关性较高。

关键词： 高强混凝土   孔结构   低场核磁共振   抗压强度   抗冻耐久性  

摘要： 高强混凝土与普通混凝土相比,在力学性、耐久性和经济性等方面有着一定的优势。使用高强混凝土不仅可以减少构件截面尺寸,又能降低结构自重,减轻地基基础负担,增加建筑使用面积,而高强混凝土作为一种非均质多相复合材料,其微观结构影响着自身的宏观性能,尤其是孔结构的性质在一定程度上决定了高强混凝土的力学和抗冻性能。因此,研究孔结构对高强混凝土力学及抗冻性能的影响具有重要的研究意义。本文所做的主要工作包括:研究了利用戈壁砂石骨料,通过正交试验和多种矿物掺合料的方式制备高强混凝土;并在此基础上研究了不同砂率和初始含气量下的孔结构对高强混凝土力学性能的影响;分析了不同养护方式对高强混凝土孔结构的影响及其在冻融循环作用下的孔结构变化规律,并利用分形维数定量表征了高强混凝土孔隙的复杂程度,分析了分形维数与冻融次数、抗压强度和相对动弹性模量之间的关系,得出的主要结论包括:(1)基于正交试验利用戈壁砂石骨料通过多种矿物掺合料的方式可以制备出抗压强度等级为C80及以下的高强混凝土;(2)当砂率由38%提高到44%时,高强混凝土中的非毛细孔占比增加了17.2%;当初始含气量由1.9%增加到7.9%,高强混凝土中的毛细孔占比增加了12.7%;基于Ryshkewicth半经验公式改进的模型与试验结果吻合度良好,能较为准确地描述抗压强度与孔结构的定量关系;(3)蒸养高强混凝土比标养高强混凝土孔隙率高0.35%;标准养护和蒸汽养护的高强混凝土分别经过550次和475次冻融循环后发生破坏,其抗压强度损失率分别为31.37%和27.7%,质量损失率分别为0.5%和0.43%,相对动弹性模量分别降低至49.20%和51.32%,标准养护和蒸汽养护的高强混凝土相对动弹性模量和抗压强度值具有较好的非线性关系。(4)在冻融循环作用下,蒸汽养护和标准养护的高强混凝土多害孔占比与冻融循环次数均呈现出正相关关系。当冻融循环超过200次时,蒸汽养护的高强混凝土内部孔隙向多害孔转化速率明显高于标准养护的高强混凝土;(5)随着冻融循环次数的增加,蒸汽养护的高强混凝土和标准养护的高强混凝土分形维数均呈现出降低的趋势,蒸汽养护的高强混凝土分形维数平均降低速度大于标准养护的高强混凝土;高强混凝土的相对动弹性模量与分形维数呈现出良好的非线性相关关系,抗压强度与分形维数呈现出良好的线性相关关系,分形维数可较好的表征高强混凝土在冻融循环作用下的宏观损伤劣化规律。

关键词： 砂黄土   冻融循环   力学性质   微观结构特征   斜坡稳定性  

摘要： 陕北子洲地区属于季节性冻土区,区内砂黄土物理力学性质特殊,黄土塬边斜坡地带常发生土体失稳变形地质灾害,冻融作用则是该区砂黄土强度劣化的重要原因,冻融过程中水分相变会直接影响土体的结构特征,进而导致土体宏观力学性质的改变。为使该区地质灾害防治和工程建设活动能更好的应对冻融对土体强度的改造作用,本文以陕北榆林市子洲县砂黄土为研究对象,进行冻融循环和室内力学试验,研究该区地质气候条件下砂黄土冻融后的力学性质特征,并从微观角度解释了砂黄土强度变化的原因,最后开展了该类砂黄土斜坡冻融后的稳定性分析,研究结论具有一定的实际应用价值。主要工作内容和成果如下:1.针对研究区地质和气候特点,开展了不同冻融循环次数、冻结温度和土体初始含水率的砂黄土冻融循环试验,研究了冻融后土体的外观特征变化,分析了冻融后土体表面结构破坏的原因。2.通过对冻融后的砂黄土进行三轴剪切试验、固结压缩试验和渗透试验,研究了砂黄土在冻融循环作用下的强度特征、抗剪强度指标的变化规律、压缩性质特征以及渗透性能的变化;分析了冻融循环次数、冻结温度、土体初始含水率及它们之间的耦合作用对砂黄土冻融力学性质的影响规律,建立了基于冻融循环次数和初始含水率的土体粘聚力劣化模型,提出了砂黄土初始含水率和冻结温度耦合形成的最不利冻融环境组合;从定性角度分析了冻融循环作用导致土体力学性能变化的原因。3.针对砂黄土冻融后表面的结构破坏现象和力学性质劣化规律,采用SEM试验研究冻融循环导致上述现象发生的土体微观结构机理,定性、定量的分析了砂黄土冻融后的微结构变化,建立了微结构特征与土体冻融力学性质的联系,得出冻融循环导致土体结构疏松、不规则发育、使土体结构强度下降是土体力学性质劣化的根本原因。4.以砂黄土冻融后的力学参数为基础,使用FLAC3D软件模拟研究该类土质斜坡在冻融循环作用下的稳定性特征;发现斜坡表层土体冻融作用对其整体稳定性影响不大,认为冻融作用主要从降低表层土体强度、增强入渗等方面对斜坡稳定性产生不利影响。5.结合砂黄土冻融力学性能以及微观结构的分析结果,提出基于冻结温度和土体初始含水率的砂黄土冻融循环作用最不利环境组合:低含水率一定低温冻结和高含水率极端低温冻结两种组合条件均促进了冻融循环作用对土体结构强度的破坏。