关键词： 季冻区   冻融循环作用   石灰改良粉砂土   二灰改良粉砂土   静力特性   边坡稳定  

摘要： 我国季节性冻土区分布广泛,在季冻区压实路基土受到反复的冻融循环作用,路基土的宏观力学行为在这种环境中发生不同程度的变化,从而导致了鼓包、翻浆和冻胀融沉等常见的病害。吉林省粉砂土广泛存在,该土本身结构松散,受冻融循环影响显著。因此本文选取松原的粉砂土进行改良试验,这对路基用粉砂土具有实际的工程意义。目前,工程界已经依据工程建设经验使用石灰对粉砂土进行改良且效果显著。为更好的为石灰改良粉砂土工程实践提供理论、试验参考,本文采用室内试验、理论分析、有限元软件模拟分析相结合的方式,重点研究了冻融循环作用下石灰改良粉砂土的静力特性及其变化趋势,二灰改良粉砂土的静力特性及其变化趋势,并用ANSYS有限元软件模拟冻融循环作用前后、改良前后土体路基边坡安全系数的变化,从而判断在冻融循环作用下,土体的改良情况。主要内容为:首先在各石灰掺量的最佳含水率下,对不同冻融循环次数的粉砂土压实试件进行静三轴试验,通过对粘聚力、内摩擦角和抗剪强度的分析,得到石灰最佳掺量;然后在此基础上外掺粉煤灰进一步进行改良,在各二灰配比的最佳含水率下,对不同冻融循环次数的粉砂土压实件进行静三轴试验,然后对粘聚力、内摩擦角和抗剪强度进行研究分析,找到二灰改良粉砂土的最佳配比;最后通过ANSYS有限元软件研究路基边坡在未冻融条件下素土、石灰改良土和二灰改良土边坡稳定的状态以及在不同冻融循环次数下素土、石灰改良土和二灰改良土的稳定状态,即改良路基土对边坡稳定的影响及冻融循环作用对边坡稳定的影响。结果表明:与素土相比经石灰或二灰改良后的粉砂土在多个方面都有明显提升,包括粘聚力、内摩擦角和抗剪强度;但粘聚力、内摩擦角和抗剪强度的变化与冻融循环次数并无明显关系;当采用石灰改良时,石灰改良粉砂土的粘聚力和抗剪强度随着石灰掺量的增加均呈先增大后减小的趋势,石灰掺量6%～8%时达到峰值,经综合考虑选择6%为最佳掺量;二灰改良粉砂土中,在冻融循环作用次数相同条件下,粘聚力和抗剪强度随着土体中粉煤灰含量的增大呈增大趋势;粉煤灰的加入对石灰改良粉砂土的内摩擦角影响较小,二灰改良粉砂土的内摩擦角较素土而言,也有大幅度提升;基于ANSYS有限元软件分析边坡稳定系数,与素土相比,路基边坡的土体采用石灰改良粉砂土、二灰改良粉砂土更稳定。

关键词： 黄土   冻融循环   直剪试验   三轴试验   FLAC3D   边坡浅层土体稳定性  

摘要： 在季节性冻土区,黄土边坡的浅层土体在反复冻融作用下,坡体会出现浅层滑塌病害,这对工程的建设及人民生命财产安全造成极大的危害。目前关于黄土边坡在发生浅层滑塌时浅层土体的稳定性及力学特性随冻融循环次数变化的研究成果较少,需要作进一步的研究。通过查阅国内外文献,对黄土进行了一维冻融循环试验、含水率试验、三轴试验、直剪试验等室内试验,研究在冻融循环的过程中土体内部的水分随冻融循环次数的变化以及冻融前后不同含水率土体的力学性能随冻融循环次数变化的规律。基于试验所得结果,采用修正Janbu法对比分析不同试验所得边坡的安全系数,得到了反复冻融作用对黄土边坡浅层土体稳定性的影响情况。利用岩土分析软件FLAC重点分析了冻融作用对黄土边坡浅层土体稳定性的影响并与修正Janbu法计算结果作对比,总结了季节性冻土区非饱和黄土边坡浅层土体的稳定性随含水率及冻融次数的变化情况。本文的具体研究成果如下:1、通过含水率试验,得出在相同的冻融条件下,当w=8.5%时,黄土的最大含水层不随冻融次数的增加发生变化;当w≥10.5%时,黄土的最大含水层随冻融次数的增加逐渐向上迁移并最终保持稳定。试样的初始含水率越高,黄土中的水分在冻融作用下发生迁移至保持稳定时所需的冻融次数越少。2、对冻融黄土进行低围压三轴试验,并分析了围压对冻融黄土力学参数的影响情况。基于摩尔一库伦定理得出冻融黄土的抗剪强度参数,发现黄土的抗剪强度参数受到冻融次数和初始含水率的双重影响。当w=8.5%时,黄土的粘聚力随冻融次数的增加呈先增大后减小的趋势;w≥10.5%时,黄土的粘聚力随冻融次数的增加呈减小的趋势。各初始含水率条件下,黄土的内摩擦角随冻融次数的增加整体上呈减小的趋势。3、对冻融黄土进行直剪试验,并结合含水率试验测定各冻融条件下黄土最大含水层及以下土层的抗剪强度参数,得出黄土最大含水层的抗剪强度受冻融作用的影响最大,抗剪强度参数的劣化程度最高,并分析了黄土最大含水层的抗剪强度参数在反复冻融作用下的变化情况。4、基于三轴试验和直剪试验所得结果,通过修正Janbu法对比分析黄土边坡浅层土体各层的安全系数在反复冻融作用下的变化情况,确定了黄土边坡浅层土体的潜在滑动面为土体的最大含水层。再根据对比结果,分析了实际工程中黄土边坡浅层土体的潜在滑动面在反复冻融作用下的变化情况。5、利用岩土分析软件FLAC分析不同初始含水率的黄土边坡浅层土体在反复冻融作用下安全系数的变化情况。将模拟结果与修正Janbu法计算结果进行对比分析,进一步验证了冻融作用对黄土边坡浅层土体稳定性的影响。

关键词： 拉拔试验   陶粒混凝土   冻融循环   粘结强度   破坏模式  

摘要： 轻骨料混凝土具有质轻高强、耐火性能佳、抗震性能好等特点,较传统混凝土而言,具有明显优势。由于北方地区的钢筋混凝土构件经常因为冻融作用而破坏,因此研究冻融循环后钢筋与陶粒混凝土粘结性能的变化规律有重要的工程价值。本课题研究的目的在于通过试验确定冻融后的钢筋与陶粒混凝土粘结性能的变化情况,从而得出粘结性能跟随冻融次数变化的规律。为工程设计,如装配式建筑外墙板、梁或者板的耐久性设计提供理论依据。研究的主要内容包括:(1)试验通过分析钢筋材质(BFRP筋即玄武岩纤维复合筋、螺纹钢筋、环氧涂层钢筋)、混凝土强度(LC25、LC30、LC35)、冻融循环次数(0次、15次、30次、50次)对钢筋与陶粒混凝土中心拉拔试件粘结性能影响。设计并制作了 108个试件,通过中心拉拔试验,得到其粘结-滑移曲线。对试验结果进行整理,分析各因素对拉拔试件粘结锚固性能的影响规律。(2)BFRP筋陶粒混凝土试件在冻融环境下以拔出破坏和劈裂破坏为主。螺纹钢筋试件和环氧涂层钢筋试件冻融循环后表现为劈裂破坏为主。螺纹钢筋试件的极限粘结强度最大,环氧涂层钢筋试件次之,BFRP筋试件最小。未冻融时BFRP筋试件的极限粘结强度为8.95MPa,螺纹钢筋试件极限粘结强度为14.52MPa,环氧涂层钢筋试件极限粘结强度为12.85MPa。随着冻融循环次数的增多,中心拉拔试件的粘结强度逐渐降低,其中BFRP筋试件降低最多,环氧涂层钢筋试件次之,螺纹钢筋试件降低最少。冻融循环50次后,BFRP筋试件降低了 42.57%,螺纹钢筋试件降低了 38.22%,环氧涂层钢筋试件降低了 39.77%,因此强度较高的陶粒混凝土试件在经历冻融循环作用时,粘结性能损失程度较低。(3)对三种钢筋材质条件下的粘结强度表达式进行了总结及验证,可为粘结性能试验的理论分析及后续研究提供参考。

关键词： 循环荷载   冻融循环   改良粉质黏土   力学特性   数值模拟  

摘要： 本文取湖南省某粉质黏土公路路基的路基土作为试验的研究对象,冻融循环次数、石灰掺量及围压为主要变量,结合理论分析和室内土工试验对石灰改良粉质黏土的力学性质变化规律进行了冻融循环试验和三轴压缩试验研究,分析了石灰改良粉质黏土在不同冻融循环作用下的应力应变关系、应力应变滞回特性、弹性模量、强度及抗剪强度指标等力学行为的变化规律,确定工程最优掺灰量。最后,利用试验数据结果并通过FLAC 建立数值模型,得到冻融作用下石灰改良后的粉质黏土路基应变场变化。本文的主要成果如下:(1)利用室内土工试验测出粉质黏土的物理力学指标以及确定土料中的石灰掺量配比,测出粉质黏土和不同石灰改良粉质黏土的最优含水量,并在最优含水量下击实制备土样,研究各土样的动静力特性。试验研究得到粉质黏土与石灰改良粉质黏土的应力-应变曲线均呈现应变硬化型,且土样黏聚力随围压的增大而逐渐增大,随石灰掺量增加先增大后减小,以及内摩擦角在一定范围内波动;在动荷载作用下,2000次振动后素土的轴向应变接近6%,而石灰改良土的轴向应变低于2%,滞回圈随围压增大越靠近纵轴,抵抗变形能力逐渐增强,石灰改良效果明显。(2)将粉质黏土和不同石灰掺量的试验土样制品经受不同冻融循环次数后进行三轴压缩试验,获取试样在不同石灰掺量和冻融循环次数下的应力-应变关系、模量、强度及抗剪强度指标等力学特性的变化规律。研究结果得到:试样的强度劣化程度在冻融作用下随石灰掺量增大而降低,且降低幅度逐渐变小;粉质黏土与石灰改良粉质黏土抵抗变形的能力随着冻融次数的增加均减小,黏聚力随冻融次数增加先减小后逐渐稳定,内摩擦角在一定范围内波动,弹性模量随冻融次数增加先降低后增加;相同冻融循环作用下,试样的内摩擦角和弹性模量随石灰掺量增加基本上呈现增长趋势,黏聚力随石灰掺量增加先增大后减小,石灰能有效地提高粉质黏土抵抗变形的能力,提高粉质黏土路基抗冻融稳定性。最终确定L=9%为最优石灰掺量。(3)应用FLAC 软件对路基填筑工程和路基经冻融作用后的应变场进行数值模拟分析。研究结果表明:石灰改良粉质黏土填料路基在填筑后的沉降量和侧向位移量较小,符合质量工程要求。冻融作用对路基具有劣化作用,随冻融循环次数增加,路基沉降量和侧向位移量均先增大后减小,且沉降量和侧向位移在路基冻融9次以上后基本趋于稳定。

关键词： 装配式结构   钢筋半灌浆套筒   冻融循环试验   破坏模式   力学性能  

摘要： 随着“十三五”计划的实施,装配式混凝土结构在建筑产业现代化中得到广泛重视和应用。灌浆套筒连接技术作为装配式结构连接的重要形式,是通过在装配预制件中分别预埋套筒和预埋钢筋,装配连接时将预埋钢筋伸入预埋套筒内,再通过灌注灌浆料形成有效连接,确保装配式结构的完整性。目前,装配式结构在严寒地区的应用越来越广泛,本文选取半灌浆套筒连接在冻融循环作用下的力学性能进行试验研究。主要研究工作如下:1、灌浆料最佳配比试验研究。灌浆料原材料中固定水胶比、胶砂比、减水剂用量、消泡剂用量,考虑粉煤灰掺量、矿粉掺量、硅灰掺量3个影响因子,分别设定3个水平数,设计正交试验,得到9组试验方案,分别测试灌浆料流动性、竖向膨胀率,标准养护条件下试件的抗压抗折强度,得到灌浆料的最佳配合比为水胶比0.28,胶砂比1,P·II52.5通用硅酸盐水泥680.4g,粉煤灰5%,矿粉8%,硅灰3%,减水剂0.4%,消泡剂0.2%,28d抗压强度达到95.6MPa.2、标准养护条件下半灌浆套筒连接件力学性能试验研究。考虑灌浆料强度、钢筋锚固长度2个影响因子,制作6组半灌浆套筒连接件,每组3个,共18个。标准养护后进行竖向拉伸试验。试验结果表明:18个试件共得到3种破坏模式,连接件与钢筋母材相比极限拉力、屈服强度性能提高,灌浆料强度、钢筋锚固长度增大对连接件力学性能产生有利的影响,连接件破坏时极限拉力均超过钢筋母材极限拉力,平均达到120k N。3、冻融作用下半灌浆套筒连接件力学性能试验研究。制作与标准养护下相同规格的18个的套筒连接件,在-10℃～20℃下冻融循环30次后进行竖向拉伸试验,并与标准养护下拉伸数据对比。试验结果表明:冻融后试件套筒端口会发生少量灌浆料脱落现象,灌浆料孔隙增大;冻融后连接件极限拉力、屈服强度、粘结应力等性能下降,连接件破坏时变形明显增大,最大变形值达到60.74mm,平均增加17.2%;灌浆料强度、钢筋锚固长度增加,灌浆料与钢筋之间锚固性能提高,变形增量有下降趋势;破坏的连接件接头等级满足行业规范中I级接头的规定,冬季施工要实施保护措施,防止发生冻融破坏。

关键词： PE-ECC   单轴拉伸   冻融循环   简支梁   正截面抗弯  

摘要： 超高韧性水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite,简称ECC）具有应变硬化性能和裂缝控制能力,目前主要应用于梁柱节点优化、抗震加固、大坝维修、桥面板连接等实际工程。将聚乙烯纤维（PE）掺入水泥浆体中制作PEECC,使得材料具有较强的阻裂能力、变形能力和吸收耗能能力。新疆地区昼夜温差较大,干湿交替频繁。因此,在新疆地区研究冻融环境对PE-ECC耐久性研究具有着重要的意义。本文利用新疆本地材料制作PE-ECC混凝土,考虑纤维掺量和沙漠砂替代率的影响,确定了最优配合比。用快速冻融法对试块进行冻融,并进行了PE-ECC简支梁在不同冻融循环次数后的抗弯性能研究,为新疆地区PE-ECC冻融劣化研究提供一定的参考。通过哑铃试件单轴拉伸试验,对比分析了纤维掺量、沙漠砂替代率对哑铃试件的初始开裂强度、极限拉伸强度、拉伸位移的影响,从而确定了最优配合比。用最优配合比制作PE-ECC混凝土试块和简支梁。试验结果表明,混凝土试块的相对冻弹性模量随着冻融循环次数的增加逐渐降低,质量损失随着冻融循环次数的增加先减小后增加。立方体试块的抗压强度随着冻融循环次数的增加逐渐降低。冻融循环后PE-ECC简支梁仍满足平截面假定。随着冻融循环次数的增加,PE-ECC简支梁的初裂弯矩和极限弯矩都在逐渐降低。

关键词： AC-13C型沥青混合料   冻融循环试验   数字图像处理   空隙变化规律  

摘要： 空隙率及空隙结构会影响沥青混合料的稳定性和耐久性。以AC-13C型沥青混合料为研究对象,综合运用X-Ray CT扫描技术和Mimics图像处理方法,分析了沥青混合料在冻融循环作用下的细观结构以及内部空隙变化情况。混合料的空隙率和空隙数量随冻融循环次数的变化规律为:初始呈单调增加趋势,随着冻融循环次数的增加,增幅变缓。三维重构后,混合料空隙率和空隙数量及尺寸沿试件纵向的变化规律为:试件两端空隙数量少,空隙尺寸大且形成的空隙率大;中间部分空隙数量多,空隙尺寸小且形成的空隙率小。该研究成果可为沥青路面减轻冻融损害和提高路用性能提供方向。

关键词： 冻融循环作用   力学参数   劣化规律   断裂模式  

摘要： 实际工程中冻融循环作用下裂隙岩体损伤较为严重,研究其力学特性及损伤演化规律具有极大的现实意义。鉴于此,本文采用类岩石材料模拟不同长度裂隙对岩石力学性质及冻融损伤劣化的影响,通过试验结果分析冻融过程中岩石的变形破坏现象、抗压强度、弹性模量、应力-应变曲线等在冻融循环作用与不同长度垂直裂隙相耦合作用下的变化规律,研究结果表明:岩石的抗压强度、弹性模量随着裂缝长度增大而不断降低趋势;试样在单轴压缩整个变形过程可以分为4个阶段:(1)孔隙裂隙压密阶段;(2)预制裂隙张开阶段;(3)主干裂隙扩展延伸阶段;(4)断裂破坏阶段。冻融作用对(1)、(3)阶段影响最为明显,冻融后(1)阶段明显增长,而(3)阶段中岩石伴随着主干裂隙扩展的次级裂隙明显减少;冻融后试样相对于冻融前破坏后更加松散破碎,伴随着大量岩粉、矿物颗粒的产生。而对于不同长度裂隙试样,随着裂隙长度增长,试样破碎程度提高,且破坏模式更为复杂。本研究成果可为冻融循环作用下裂隙岩体劣化损伤及断裂特性研究提供参考。

关键词： 混凝土   冻融循环   冲击波   动弹性模量   耐久性  

摘要： 通过室内试验,研究了混凝土冻融循环次数、水灰比对其质量损失率、动弹性模量及冲击波波速的影响,同时分析了采用冲击回波法测试混凝土动弹性模量的可行性.结果表明:混凝土的质量损失率、动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而逐渐减小;混凝土水灰比越大,其质量损失越大,动弹性模量及冲击波波速越小;采用冲击回波法测定的混凝土动弹性模量与规范采用的共振法测定结果基本一致.

关键词： 低温   冻融循环作用   混凝土   强度等级   弹性模量  

摘要： 通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土的低温冻融循环作用试验,探讨不同混凝土强度等级对其弹性模量的影响。选取的低温冻融循环作用温度区间为15℃—-120℃和15℃—-190℃,冻融次数分别取0次、16次和30次。结果表明,各强度等级混凝土经历不同温度区间低温冻融循环作用上限温度时的相对弹性模量均随冻融循环作用次数增加而减小,而下限温度时则随冻融循环作用次数增加不仅不降低还略有增大。无论是作用的温度区间和冻融次数不同还是上下限温度时加载,其相对弹性模量均随混凝土强度等级的提高而增加。各强度等级混凝土弹性模量变化特征明显不同于自然环境的常规冻融试验结果,较少的冻融循环作用次数便使其产生严重的恶化。