河北某地区地区黏土人工冻土单轴试验研究

通过对河北某一地区黏土进行重塑后冻结单轴抗压强度试验,研究冻结温度及试样含水率对冻土单轴抗压强度的具体影响。     

冻胀敏感性对黏土力学性能影响的离散元分析

冻胀是寒区路基的常见病害,通常是由于黏土在低温下发生冻结引起的,故研究黏土冻胀敏感性对其力学性能的影响具有现实意义。文中基于离散单元法,建立了三维冻胀黏土离散元数值模型。根据黏土颗粒在冻结条件下的微观变化,分析黏土试件冻胀对其力学性能的影响。模拟结果表明,低冻胀率(0%～3%)对试样的抗压强度影响较小,但随着冻胀率增大,试件内部损伤加剧。当冻结黏土级配较为单一或者粒径差距较大时,抗压强度会小幅衰减。     

金塘海底隧道人工冻土力学特性研究

为获取宁波至舟山铁路金塘海底隧道工程穿越的土层在人工冻结条件下的力学性质,勘察期间,在不同温度和不同含水率条件下,对选取的海底典型的粉质黏土和粉土地层重塑样品,开展了人工冻结条件下的单轴抗压强度试验。试验结果表明:人工冻土的力学性质受冻结温度的影响明显,冻结温度自-5℃降低至-20℃过程中,粉土层和粉质黏土层的人工冻土单轴抗压强度逐渐增大,其泊松比逐渐减小。含水率的不同对粉土层和粉质黏土层的力学性质有一定影响,粉土人工冻土的抗压强度在含水率为30%时最大,粉质黏土试样在含水率为34%时,其抗压强度最大。两种土层在人工冻结过程中均存在最优含水率,超过最优含水率时,人工冻土的强度将逐渐减低。研究成果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供参考。     

上海人工冻结软黏土抗压抗拉强度试验研究

对3种典型的上海饱和冻结软黏土进行单轴无侧限抗压强度试验,通过对试验数据的分析,得出饱和冻结软黏土的单轴抗压强度受温度、应变速率、含水率及干密度等因素的影响规律:①抗压强度随应变速率的增加以幂函数的形式增大;②抗压强度随温度的降低线性增加;③在相同的应变速率及温度条件下,含水率越大,冻结软黏土的抗压强度越大;干密度越大,抗压强度越小。并得出抗压强度与温度、应变速率关系的幂函数模型参数。通过恒温下冻土间接拉伸试验,分析了保持轴压的大小及加载速率的大小对抗拉强度的影响,得出试样所受轴压和围压对抗拉强度起到一个弱化作用的结论,并分析了原因。对抗拉强度与加载速率进行线性回归,得出了模型参数。通过分析图表得出了抗拉强度随加载速率增加而增加,轴压保持越高抗拉强度增长速率越小的结论。     

饱和冻结黏土在常应变率下的单轴抗压强度

冻土作为一种复杂的多相介质,其强度受多方面因素的影响。通过三种不同干密度饱和冻结黏土在常应变率下的单轴抗压强度试验,得出了饱和冻结黏土的单轴抗压强度受温度、应变率、破坏时间及干密度等因素的影响规律,并分别建立了以温度、应变率(或破坏时间)及干密度为变量的强度预报方程。     

不同加载速率下冻结黏土的强度及破坏特性

冻土在不同加载速率下的强度和变形特性,是改进冻土机械开挖方法和设备所需的重要参数。通过对冻结黏土进行单轴压缩试验,研究了不同温度和加载速率条件下冻结黏土的强度特性、模量特性和破坏特性。通过分析试验,得到以下结论:(1)冻结黏土的抗压强度和起始屈服应力均随温度的降低和加载速率的增大而增大,且起始屈服应力与抗压强度有很好的线性关系。(2)温度和加载速率对起始屈服模量和切线模量影响很大,不同温度条件下切线模量与加载速率存在对数函数关系。(3)在不同温度条件下,破坏应变和破坏时间均随加载速率的增大而减小。(4)在较大加载速率条件下,温度对冻结黏土的破坏应变和破坏时间影响不明显。     

温度和掺砾量对冻结掺砾黏土单轴压缩特性影响的试验研究

为探究冻结掺砾黏土的单轴压缩特性,开展不同温度、不同掺砾量条件下冻结掺砾黏土的单轴压缩试验。试验结果表明:温度和掺砾量对冻结掺砾黏土应力–应变关系、单轴抗压强度、破坏应变和弹性模量影响显著,单轴加载条件下试样均表现为脆性破坏,且掺砾量越小,脆性破坏特征越显著。冻结掺砾黏土的单轴抗压强度随温度的降低而增大,随掺砾量的增加而减小,其变化幅度与试样内部黏土–砾石基质的空间结构分布紧密相关;破坏应变随掺砾量的增加而减小,随温度的变化其规律并非一致,而是显著依赖于掺砾量的大小;弹性模量呈现出随温度的降低而近似线性增大、随掺砾量的增加先增大后减小的变化趋势,且存在一个与温度相关的临界掺砾量。     

温度效应冻结黏土开尔文蠕变模型分析

在广义开尔文模型的基础上研究不同温度条件下冻结黏土蠕变模型的优化。通过对冻结黏土分别进行单轴抗压强度和分级加载蠕变试验,得出在统一加载应力下的蠕变随着温度的变化而相应改变的规律。推导广义开尔文模型中并联弹簧的参数与温度的关系建立与温度相关的广义开尔文蠕变模型,并通过遗传算法对模型参数进行优化。对比优化后的模型计算结果与试验结果,发现考虑温度效应的广义开尔文模型能很好地模拟冻结黏土的蠕变规律。     

含水率对冻结粉质黏土力学性能的影响

通过对大庆市季节性冻土区冻结粉质黏土不同含水率下抗剪和抗压力学性能的试验,得到低温度下黏聚力c、内摩擦角φ、抗剪强度及抗压强度与含水率的变化规律,以及最优含水率对其抗剪强度和抗压强度的影响;并对其初始弹性模量进行分析。研究结果表明:冻结粉质黏土的黏聚力c、内摩擦角φ随着含水率的增大呈现出先增后减趋势;其抗剪强度随着含水率的增加呈先增后减最后趋于稳定,且在最优含水率处达到最大值;抗压强度随着含水率的增大呈现先增后减的趋势,在含水率为25%左右时达到最大值,且抗压强度大小与最优含水率无关;其初始弹性模量随着含水率的增加呈现出先增后减的趋势。     

深厚黏土层井壁受力特性和特殊施工

国投新集能源股份有限公司某煤矿,设计生产能力5.0 Mt/a,是国家煤炭工业发展"十一五"规划项目。覆盖于煤系地层之上的新生界松散层较厚,单层冻结黏土层厚度近40 m,而且这种特殊深部钙质黏土层吸水膨胀,可冻性差、强度低、蠕变显著、冻结压力大,冻结法凿井施工过程中可能会出现环向裂缝甚至破裂。针对上述特殊情况,安徽理工大学地下结构所在主井处于三个较厚黏土层外层井壁中埋设元件,实时监测施工过程中井壁受力状况确保其强度和稳定。     

原状与重塑人工冻结粘土抗压强度特征 对比试验研究*

 在相同试验条件下分别对原状和重塑人工冻结粘土进行了单轴无侧限抗压试验。试验结果表明：原状与重塑冻结粘土的破坏特征不同，原状冻结粘土表现为脆性破坏特征，而重塑冻结粘土表现为塑性破坏特征。原状冻结粘土的抗压强度略低于重塑冻结粘土的抗压强度，而前者的弹性模量略高于后者。原状冻结粘土的破坏应变则明显小于重塑冻结粘土的破坏应变。     

冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

The importance of some environmental factors on the evaluation of cement stabilized arid zone soils

The effects of desiccation on the compressive strength of both soaked and unsoaked cement stabilized arid zone soils (sandy loam, silty loam and clay/clay loam), were investigated. The pre-drying of the stabilized clay/clay loam soils resulted in total strength loss on soaking, whereas the sandy loam soils still possess significant compressive strength which are however much lower than those obtained in the standard soaking test (i.e. without pre-drying). At higher cement contents (>10%), the calcareous silty loam soils showed slight increases in strength when pre-dried before soaking. Although the addition of 8% cement to most soils is capable of achieving the minimum compressive strength (1,720 KN/m²), and the maximum permissible strength reduction (20%) on soaking, possible desiccation of the stabilized soils under arid conditions could lead to unacceptable strength reductions when subjected to subsequent increase in moisture content. The results of this study highlight the importance of the use of various criteria, especially those simulating environmental conditions, in the evaluation of cement stabilized arid zone soils.     

Stress-Strain Relationships and Nonlinear Mohr Strength Criteria of Frozen Sandy Clay

A series of triaxial compressive tests were performed on frozen sandy clay at -4 and -6°C under confining pressures from 0 to 18 MPa. The experimental results indicate that the stress-strain curves show strain softening and hardening phenomena when the confining pressures are below and above 3.0 MPa, respectively. Since the generally hyperbolic model can not describe the strain hardening behavior very well and the Duncan-Chang model can not ideally describe the strain softening behavior of the frozen sandy clay, an improved Duncan-Chang model is proposed. This model can describe not only the strain softening behavior but also the strain hardening behavior of the frozen sandy clay, and the calculated results are rather coincident with the corresponding experimental data. In addition, it is also suitable for frozen silty clay with a high precision. Due to pressure melting, the shear strength of the frozen sandy clay changes nonlinearly with increasing confining pressures. In order to solve the problem that the linear Mohr-Coulomb criteria can not exactly reflect the shear strength of the frozen sandy clay, a nonlinear Mohr criteria of the frozen sandy clay is presented. The calculated results illustrate that it has higher precision and can describe the shear strength of frozen sandy soils more accurately than the linear Mohr-Coulomb criteria does.     

早期受冻掺合料混凝土服役性能试验研究

为评定早期冻融损伤对混凝土结构服役期承载性能及耐久性能的影响规律,通过不同掺合料种类及掺量、不同起冻时刻的混凝土早期受冻试验,对比了不同受冻时刻混凝土服役期的表面损伤形态,研究了起冻时刻、掺合料掺量对早期受冻混凝土服役期抗压强度、劈拉强度、动弹性模量、渗透性的影响规律,探讨了早期受冻对混凝土服役性能的损伤机理。结果表明:起冻时刻对混凝土抗压强度、劈拉强度、动弹模的影响程度均表现为2h0.5h≈8h1d3d,劈拉强度损失最明显,动弹模损失次之,抗压强度损失最不显著;掺入20%粉煤灰或15%矿粉或20%煤矸石的混凝土早期受冻后的强度和动弹模损失最小,略小于普通混凝土;随着掺合料掺量的增加,同时刻受冻混凝土试件的抗渗水性和抗渗气性变差;未冻混凝土试件的抗渗性最好,3d受冻试件次之,1d受冻试件再次,而0.5、2、8h受冻试件最差甚至超出AutoClam设备的测试范围。     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明：水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多, Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。     

Effect of coarse aggregate quality on the mechanical properties of high strength concrete

This paper reports results of a study conducted to evaluate the effect of four types of coarse aggregates, namely calcareous, dolomitic, quartzitic limestone, and steel slag, on the compressive and tensile strength, and elastic modulus of high strength concrete. The highest and lowest compressive strength was obtained in the concrete specimens prepared with steel slag and calcareous limestone aggregates, respectively. Similarly, the split tensile strength of steel slag aggregate concrete was the highest, followed by that of dolomitic and quartzitic limestone aggregate concretes. The lowest split tensile strength was noted in the calcareous limestone aggregate concrete. The type of coarse aggregate also influences the modulus of elasticity of concrete. Weaker aggregates tend to produce a more ductile concrete than stronger aggregates do.