钢纤维煤矸石混凝土抗冻性能及损伤模型研究

为研究钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能,以冻融循环次数和钢纤维掺量为主要变量,通过快速冻融试验,研究不同掺量的钢纤维煤矸石混凝土的表观形貌、质量损失、相对动弹性模量和抗压强度的变化规律;并依据钢纤维煤矸石混凝土动弹性模量的变化,定义钢纤维煤矸石混凝土的损伤变量,建立冻融环境下钢纤维煤矸石混凝土的损伤模型。研究结果表明：在冻融环境作用下掺入适量的钢纤维能够降低煤矸石混凝土的质量损失和减缓相对动弹性模量的下降,提高煤矸石混凝土的抗冻性能;依据损伤变量提出的损伤模型与试验数据符合较好,可以为冻融环境下钢纤维煤矸石混凝土的耐久性研究提供理论参考。     

纤维混凝土的低温性能和冻融损伤机理研究

研究了低温环境下(气温变化为-15~5℃),聚丙烯腈(PAN)纤维对混凝土力学性能增长趋势的影响,探讨了快速冻融试验条件下(-17.5~7.5℃)PAN纤维混凝土的抗冻融耐久性,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了PAN纤维在混凝土中的分散性以及纤维和混凝土界面结合状况.结果表明:掺入PAN纤维增加了混凝土的含气量、改善了混凝土的微观结构,提高了混凝土抗裂阻力,因而有利于混凝土低温环境下的强度增长和提高了混凝土的抗冻融耐久性.混凝土经受冻融循环破坏实质上是疲劳损伤累积的过程.通过实验研究和理论分析,探讨了聚丙烯腈纤维混凝土冻融疲劳损伤的机理,研究了纤维对混凝土抵抗冻融破坏的影响,建立了聚丙烯腈纤维混凝土冻融损伤的演变方程.     

冻融循环作用下花岗岩损伤的宏微观尺度研究

岩石的冻融破坏是高原地区工程建设中不可忽视的自然灾害之一。冻融作用下岩石矿物的不均匀收缩和孔隙水冰相变导致岩石内部孔隙扩展造成的岩石损伤,对工程稳定具有极大的威胁。为了研究冻融循环下花岗岩的损伤规律,以川藏铁路沿线理塘县毛娅坝盆地乱石包高位远程滑坡为研究对象,针对滑带上花岗岩,通过冻融循环试验模拟高原寒冷的气候环境变化,对冻融循环后的花岗岩进行单轴压缩、电阻率和电镜扫描（SEM）试验,从宏微观多尺度综合探讨冻融循环作用对花岗岩损伤劣化的规律。从试验研究中发现:（1）冻融循环过程中花岗岩质量变化呈先减小后增大再减小的趋势,这与冻融循环引起试样表面颗粒掉落和内部裂隙扩展双重作用有关;（2）随着冻融循环次数增大,花岗岩的单轴抗压强度、弹性模量和黏聚力皆呈非线性衰减趋势,而内摩擦角仅在平均值附近微小波动;（3）当冻融循环次数增加时,由宏微观试验所确定的冻融损伤因子和冻融荷载耦合作用下的总损伤因子都呈增长趋势,说明冻融次数对于花岗岩的抗压强度影响较大。研究结果可为高原地区工程建设中衡量花岗岩冻融强度特性提供参考依据。     

寒区路基改良土冻融循环与荷载耦合作用下损伤力学研究

以路基改良土作为研究对象,研究其在冻融受载耦合条件下的损伤演化规律.土体在冻融循环条件下的受载损伤,就可以等效为土体在2种加载下的损伤.以寒区路基工程为背景,考虑冻融与荷载的耦合作用,通过室内试验,研究了冻融循环作用下路基改良填料的强度和变形特性,在此基础上探索改良土路基内部土体发生在细观层次上的损伤形态和演化过程,建立冻融受载损伤模型.     

季节冻土区盐渍土环境下混凝土抗冻耐久性机理

为了研究混凝土在冻融交替与盐类侵蚀双重因素作用下的抗冻耐久性能,根据季节冻土区大安境内盐渍土中主要易溶盐的类型与含量,配制了3种质量分数的复合盐侵蚀溶液,制备了普通混凝土、2种引气混凝土及2组粉煤灰混凝土试件,进行盐蚀[CD*2]快速冻融循环试验,对盐冻破坏后混凝土的质量损失、动弹性模量衰减及其微观结构进行分析。试验结果表明:在冻融循环作用下,复合盐加剧了混凝土的冻融剥蚀破坏;混凝土的冻害程度与侵蚀盐溶液的质量分数、冻融循环次数、混凝土的含气量、粉煤灰掺量等因素有关;造成混凝土发生盐冻破坏的原因有水结成冰的膨胀压力,或冰与水的渗透压力以及复合盐与水泥水化产物发生的化学侵蚀和盐类的结晶膨胀,其中,盐类结晶压对混凝土内部结构的破坏更严重。     

灰岩冻融循环的劣化规律研究

基于岩石损伤理论推导了冻融循环作用下岩石的损伤劣化模型,并采用冻融循环试验方式测试了后崴子隧道灰岩岩样冻融循环后的物理力学特征变化规律,分析了其损伤劣化规律。获得了岩样的质量、纵波波速随冻融循环呈现先增后减的趋势,单轴抗压强度持续减小,弹性模量和峰值应变逐渐增大的结果。分析获得了冻融循环作用下灰岩总损伤变量与应变的关系,冻融和载荷的共同作用会使总损伤加剧,但损伤曲线表明耦合作用也可适当缓解这一影响,且灰岩应变值趋于一致,表明影响灰岩强度极限的主要因素可以不考虑冻融循环。     

温度与侵蚀对沥青混凝土冻融疲劳寿命的影响

为了提高盐渍土地区沥青路面的疲劳性能, 对SBS改性沥青混凝土进行了清水与饱和氯盐溶液的冻融劈裂疲劳试验, 研究了温度与氯盐侵蚀共同作用下, 沥青混凝土冻融疲劳寿命衰减规律. 结果表明: 温度与氯盐侵蚀是影响沥青混凝土冻融疲劳寿命的重要因素. 当冻融次数相同时, 沥青混凝土冻融疲劳寿命随冻融温度降低而不断减小; 当冻融温度相同时, 其冻融疲劳寿命随冻融次数增加而不断减小. 饱和氯盐溶液中沥青混凝土冻融疲劳寿命明显低于清水条件, 说明氯盐能够加速沥青混凝土冻融疲劳寿命衰减, 冻融温度越低, 盐冻破坏越严重. 通过对试验数据回归分析可知, 沥青混凝土冻融疲劳寿命与冻融循环次数之间具有较好的相关性, 可以利用两者之间的指数函数关系来预测沥青混凝土冻融疲劳寿命.     

多年冻土地区水泥稳定砂砾抗冻融耐久性模拟试验

通过控制试件湿度,模拟基层实际使用中的最不利湿度状况下的冻融循环试验,分析了冻融循环次数和试件湿度状况对混合料耐冻系数的影响.结果表明,耐冻系数随冻融循环次数的增加而不断减小,湿度对抗冻融耐久性评价结果有明显影响.多年冻土地区水泥稳定砂砾的抗冻融耐久性评价不宜直接采用水泥混凝土的饱水冻融试验方法,采用模拟基层的最不利湿度状况的冻融试验,以10次冻融循环时弯拉强度损失表示的耐冻系数作为指标,评价结果稳定,更符合实际使用情况.     

砂岩循环冻融损伤的低场核磁共振与声发射概率密度研究

为了研究不同水化环境下的砂岩经多次冻融循环后的损伤情况,将饱和蒸馏水与3%NaCl水溶液的砂岩试样,在冻结温度为-30℃、融化温度30℃的环境下进行循环冻融试验;并同步采集冻融中的声发射信号,每3次冻融循环后进行1次低场核磁分析与光学显微观测,在冻融循环结束后再进行单轴压缩试验。试验结果表明:蒸馏水环境和3%NaCl溶液环境作用下,随着冻融循环次数的增加,砂岩试样的T_2谱向右偏移、T_2谱总面积增加、孔隙度增加、内部显微结构破坏,且3%NaCl溶液冻融组变化更为严重;循环冻融后砂岩的单轴压缩声发射绝对能量概率密度依然满足幂定律分布,但临界指数增加,而3%NaCl循环冻融组的增量更大;每次冻融循环过程中,随着循环次数的增加,声发射概率密度的临界指数表现为先增加后降低,与已有的超声波检测试验结果相一致,而融化过程的临界指数峰值超前于结冻过程,冻融损伤主要是因静压、渗透压破坏以及水化介质对岩石的溶解、侵蚀造成的。本研究将为寒区岩体工程损伤破坏机制和稳定性评价提供一定的参考价值。     

温度改性水玻璃固化黄土冻融特性试验研究

随着各种复杂黄土湿陷问题的呈现,不断有新的地基处理方法得到推广应用,硅化法是主要化学方法之一。为了探究温度改性水玻璃固化黄土在冻融环境下的加固效果,对其进行了冻融特性试验研究。通过控制不同温度的水玻璃溶液配制黄土试样,研究其经过冻融循环的无侧限抗压强度、质量损失以及微观结构的变化特征,分析温度改性水玻璃对加固黄土工程特性的影响和冻融循环对试样的破坏作用机理。试验结果表明：固化黄土试样随着冻融循环次数的增加,质量损失率增加;冻融循环次数相同时,质量损失率随着改性温度的增加而减小;固化黄土样的无侧限抗压强度在冻融初期存在补强作用,以后随着冻融循环次数的增加而减小;改性温度越高,20°Bé水玻璃固化黄土样的冻融循环次数相对值越大。     

基于微裂隙变形与扩展的岩石冻融损伤本构模型研究

在冻融条件下岩石微裂隙中的水发生相变,体积膨胀,对微裂隙产生很大的冻胀力,当冻胀力超过岩石的抗拉强度时,微裂隙扩展。温度升高时,水又进入新的微裂隙,如此反复循环造成了岩石的损伤。据此,将岩石中的微裂隙等效为扁平状椭圆裂隙,基于断裂力学建立了单条微裂隙下裂隙扩展长度与冻胀力的关系,考虑岩石中微裂隙的分布,将岩石冻融条件下的应变分解为初始损伤应变、附加损伤应变和塑性应变,建立了弹塑性冻融损伤本构模型。最后,通过岩石冻融试验对该模型的合理性进行了验证,结果表明,该模型能够较好地模拟岩石在不同冻融次数下的应力-应变关系曲线。     

高原寒区冻融作用对水利工程基岩边坡稳定性影响分析

西藏属于青藏高原的主体部分,该区域具有气候寒冷、温差大、太阳辐射强等特征,因而在海拔4000 m以上的地区冻融作用特别突出,并对工程边坡造成一定的影响.在已有的试验参数的基础上,采用有限差分法,以西藏某水利枢纽工程泄洪洞进水口边坡为例,计算分析了冻融作用对不同工况下边坡稳定性的影响.通过计算分析得到,冻融作用会导致边坡安全稳定系数有微小的下降,变化虽然不大,但是由于西藏高寒地区临界稳定边坡多,冻融作用导致边坡变形破坏的可能性较大,从而给工程造成损失和危害.因此,在施工过程中应该采取必要的措施,采用防冻融的材料,及时锚喷封闭边坡,防止大量降水或者地下水的侵入,有效减小冻融作用的影响是十分必要的.     

冻融循环作用下砂岩孔隙体积变形模型的建立与分析

为研究冻融作用下砂岩内部孔隙的扩展机制,基于弹性力学和热力学理论,建立了饱水孔隙内水结冰的体积变形计算模型。结合基于核磁共振技术的冻融循环作用下饱和砂岩的孔隙度变化和T₂谱分布的试验结果,通过建立的孔隙体积变形计算模型,分析了冻融作用下砂岩的孔隙体积变形规律。结果表明：冻融作用下饱和砂岩的体积膨胀系数大于8.69%;单次冻融作用对砂岩试样的损伤较小,孔隙体积的变化范围在0.80%~1.03%之间;砂岩的孔隙收缩系数和孔隙弹性变形体积占比的变化规律一致,均为先增大后减小;砂岩试样的孔隙收缩系数在7.92%~8.04%之间,其孔隙弹性变形体积占比平均为97.79%;在冻融过程中大孔隙的弹性变形比小孔隙的弹性变形更小。     

不同养生龄期下水泥土经冻融循环后力学性能试验探究

针对季节性冻土区域,对不同养护期龄的水泥改良土在不同冻融循环次数条件下进行单轴抗压强度试验。探究养护期龄、冻融循环次数对抗压强度、质量损失率以及变形模量E₅₀的影响。结果表明：受冻融循环与水泥水化反应的影响,龄期28 d时,二者共同作用,使其结构重塑,导致三种掺量下的抗压强度随冻融循环次数增加均先减小后增大;质量损失率均先下降后上升,且小于0;变形模量E₅₀数据随循环次数增加整体呈收敛趋势,即掺量10%时呈下降趋势,6%时呈上升趋势。而龄期90 d后,水化反应基本完全,结构近于稳定,经冻融循环造成不可修复的损伤,导致抗压强度均随循环次数增加呈下降趋势;掺量6%时的质量损失率也逐渐增长大于0;E₅₀数据整体呈发散状。