关键词： 隧道工程   冻融循环系统   砂岩隧道   砂岩单轴压缩试验   力学参数  

摘要： 针对冻融循环对隧道围岩力学特性的损伤问题,文章以中国沈阳在建地铁隧道砂岩为研究对象,采用MTS815.02多功能岩石力学试验分析系统对该隧道砂岩分别进行了不同冻融循环次数下的连续单轴压缩试验和连续单轴蠕变试验,分析了砂岩的各关键物理参数随冻融循环次数变化的规律。实验结果表明:冻融循环对砂岩产生了较为明显的劣化效应,随着冻融循环次数的逐渐增加,砂岩峰值强度、弹性模量均逐渐减小,峰值应变、泊松比逐渐增大。采用Origin软件对实验数据进行拟合发现,各参数与循环次数值之间均满足指数函数关系,即在相同冻融次数下,荷载水平越高,砂岩蠕变特性越显著,在第六级荷载水平下,冻融循环次数越多,砂岩破坏时的荷载水平越小,蠕变速率越小,破坏模式逐渐由脆性过渡到延性。

关键词： 冻融循环   极限平衡   冻胀力   细观劣化   冻结深度   岩屑流失  

摘要： 冻融循环作用是寒区危岩体崩塌失稳的主要诱因,对寒区危岩体滑移破坏的孕灾因素进行数值优化分析尤为重要。首先,基于极限平衡理论,考虑危岩体贯通段结构面冻胀力、未贯通段岩石黏聚力劣化及冻结深度演化,建立冻融循环作用下滑移式危岩体稳定性分析模型;其次,基于岩石冻胀理论,考虑冻结过程中水分迁移推导得到贯通段冻胀力计算方法;再次,将岩石细观孔隙抽象为无数圆形孔洞,根据圆孔扩张理论和莫尔–库伦屈服准则分析孔隙冻胀破坏过程,构建冻融循环作用下未贯通段岩石黏聚力细观劣化模型;最后,通过改进Stephan经验公式得到未贯通段岩石冻结深度随冻融循环次数演化的计算方法。结合工程算例分析各敏感参数对危岩体稳定性的影响发现:滑移式危岩体稳定性随冻融循环次数的增加呈先快后缓的下降趋势;危岩体稳定性系数与冻结温度呈正相关,相同冻结温度下,危岩体稳定性系数的下降随冻融循环次数增加出现明显的边际递减效应;危岩体稳定性系数与岩屑流失比呈负相关,且岩屑流失比会同时改变稳定性劣化趋势和劣化程度,控制岩屑流失比有利于寒区危岩体的长期稳定性。

关键词： 再生混凝土   冻融循环   硫酸盐侵蚀   微观结构   损伤度  

摘要： 采用快冻法,将再生骨料取代率为30%的混凝土分别置于3%Na_(2)SO_(4)、5%Na_(2)SO_(4)、10%Na_(2)SO_(4)(均为质量分数)溶液以及水中进行冻融循环试验,测试再生混凝土质量损失率、相对动弹性模量变化、抗压强度损失率,并利用电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等方法分析再生混凝土损伤层的微观结构,以超声波平测法确定损伤层厚度,引入侵蚀系数对以损伤层厚度为评价指标的损伤度进行优化。结果表明,当冻融循环为0~200次、Na_(2)SO_(4)溶液浓度大于5%时,抗压强度侵蚀系数始终小于1,即Na_(2)SO_(4)溶液对再生混凝土宏观力学性能损伤的促进作用明显,而对微观结构损伤的抑制作用明显。在再生混凝土冻融循环初期,以冻融侵蚀为主;冻融循环后期,以硫酸盐化学侵蚀为主,再生混凝土经化学侵蚀后生成钙矾石和石膏等膨胀产物,并出现膨胀裂缝,在冻融循环作用下裂缝迅速扩展,损伤层厚度增加。以损伤层厚度为评价指标的损伤度经优化后准确性至少提高了26.33%。

关键词： 定形相变材料   冻融循环   相变   强度  

摘要： 定形相变材料具有在周围温度变化时通过自身相转变吸收或释放热量的能力,同时使用过程中能够保持较好的强度和稳定性,该种材料掺入寒区路基土体中可以调节路基温度场。研究了冻融循环作用下一种商用定形相变材料对土热学和力学性能的影响,通过对冻融循环作用下的不同掺量定形相变材料的土体进行导热系数试验、温度监测试验和无侧限抗压强度试验,并对定形相变材料进行分析。结果表明:定形相变材料的相变焓值大于200J/g,定形相变材料的掺入使土体的导热系数增大,解冻时长增加,减小了冻融循环作用对土体强度的破坏,15次冻融循环作用下6%掺量的土体强度衰减最小,土体的热学和力学性能的变化与定形相变材料的掺量密切相关。

关键词： 冻融循环   沥青混合料   损伤演化   本构关系   力学特性  

摘要： 为研究季节性冻土区连续密级配沥青混合料的应力-应变关系以及冻融损伤问题,基于应变等价原理和Weibull分布建立了考虑冻融作用沥青混合料的损伤本构关系。采用冻融循环条件下沥青混合料的单轴压缩试验,分析了冻融循环作用对沥青混合料力学特性的影响,并验证了损伤本构关系的合理性。结果表明,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料的力学性能逐渐降低,冻融损伤变量逐渐增大;掺入橡胶粉和苯乙烯(styrenic block copolymers,SBS)可有效提高沥青混合的抗冻性能;所建立的本构模型能够较好地反映冻融作用下连续密级配沥青混合料的应力-应变关系;指数函数能够描述冻融损伤变量的变化规律,为分析冻融作用下沥青混合料的损伤破坏提供了新方法。

关键词： 纤维混凝土   冻融循环   气孔结构   宏细观关系   抗压强度   冻融损伤  

摘要： 为探究冻融循环下混杂纤维混凝土宏细观特性的关联性,开展以冻融循环周次及纤维体积掺量为变量的快速冻融循环试验。试验结果表明,不同冻融循环周次下,抗压强度与含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长呈正相关关系、与气孔比表面积呈负相关关系,而冻融损伤量与气孔参数则呈相反规律,且均呈近似线性变化;冻融循环周次越大,抗压强度越低、冻融损伤量越大、含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长也越大,而气孔比表面积越小;混杂纤维的掺入,优化了气孔结构,提高了抗冻性。

关键词： 沥青混合料   橡胶颗粒   路用性能   冻融循环  

摘要： 为了研究橡胶颗粒沥青混合料的耐久性能,采用SMA-13级配试件的多次冻融试验方法,测试了掺3%橡胶颗粒的高粘改性沥青(RHVA)和SBS改性沥青(RMA)两种橡胶颗粒沥青混合料的高温、低温、抗飞散以及抗水损害等路用性能。结果表明,高粘改性沥青和SBS改性沥青的橡胶颗粒沥青混合料表现出优异的综合性能,高粘改性沥青的低温性能提升约8%,经10次反复冻融循环作用后,两种沥青混合料的路用性能仍满足规范技术要求,均具有较好的耐久性能,而RHMA混合料较RMA混合料表现更优的综合性能,更适合严寒环境,在防冰雪灾害道路工程中,可作为抑制冻结铺装路面优选的沥青结合料。

关键词： 污泥固化土   冻融循环   蠕变变形   历时曲线   等时曲线   长期强度  

摘要： 采用自主研发的新型固化剂对城市污泥进行固化处理,通过对污泥固化土进行冻融循环作用下的不固结不排水蠕变试验,探讨其在气候环境影响下的长期变形和强度发展特性.试验结果表明,污泥固化土抗剪强度随冻融循环次数的增加呈现先明显降低后趋于稳定的趋势.当施加偏应力小于污泥固化土结构屈服应力时,其蠕变历时曲线呈现衰减型蠕变形态,各级应力水平下的曲线整体态势相近;当偏应力水平达到破坏应力时,蠕变变形急剧增长.在其他条件相同的情况下,冻融温度越低,蠕变变形的速率越快,每级蠕变稳定时的变形量也越大.污泥固化土等时曲线具有显著的屈服点,t=0h时刻等时曲线与其他时刻曲线簇相比存在明显的离散现象,在此基础上,基于应力⁃应变对数曲线和等时曲线拐点法,先后建立了能够考虑冻融循环作用影响的污泥固化土蠕变模型及其长期强度预测公式,可为相关工程实践提供参考.

关键词： 冻融循环作用   钢纤维   煤矸石混凝土   抗冻性能   微观冻融机理  

摘要： 寒区冻害是影响混凝土结构耐久性的重要因素.为揭示冻融循环作用下钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能及微观冻融机理,对棱柱体钢纤维煤矸石混凝土试样进行了冻融循环及SEM试验.结果表明:冻融导致素混凝土裂隙贯通且结构呈松散状,抗冻能力偏差.掺入钢纤维起到增强阻裂作用,抗冻能力明显提高.钢纤维煤矸石混凝土的质量损失率与冻融循环次数呈线性-指数函数增长.冻融效应对动弹模量的变化率具有劣化作用,动弹模量损失率呈线性衰减.劈拉强度随钢纤维体积率提高呈先增大后衰减变化,钢纤维体积率为2.00%的混凝土的强化作用明显低于0.50%~1.50%,钢纤维明显降低了混凝土的冻融损伤.随着冻融次数增大,素混凝土表层剥落显著,钢纤维混凝土未出现结构疏松现象.钢纤维限制了裂隙贯通,具有明显的增强阻裂作用.研究成果可为钢纤维煤矸石混凝土在寒区建筑工程中的应用提供参考.

关键词： 隧道工程   冻融循环   MIDAS GTS NX   围岩变形  

摘要： 为研究冻融循环作用对隧道围岩变形的影响,文章以沈阳某在建隧道为工程背景,通过三轴压缩试验获取不同冻融循环次数下该隧道砂岩的力学参数,然后采用MIDAS GTS NX建立不同冻融循环次数下隧道数值模型,分析冻融循环下隧道围岩的变形情况。结果表明:随着冻融循环次数的逐渐增大,砂岩三轴压缩应力-应变曲线峰前压密段逐渐明显,峰后曲线逐渐趋缓,残余强度特征逐渐显现,破坏模式逐渐转变为延性;由数值计算结果可知,随着冻融循环次数的逐渐增加,拱顶发生大幅沉降的范围逐渐增大,拱底隆起范围逐渐减小,水平收敛范围逐渐增大,左右边墙近似呈对称分布,隧道周围岩体的塑性区范围逐渐增大。