冻融对开封城墙土抗剪性能影响

开封城墙是全国重点保护文物,为探究冻融循环的影响,从城墙维修施工现场取样,分别进行颗粒筛分实验、界限含水率实验、击实实验、冻融循环实验以及直剪实验.实验表明:城墙土的液限、塑限、塑性指数分别为26.1％、11.4％和14.7％,属于低液限黏土;土样的最佳含水率为13.3％,对应的最大干密度为2.09 g/cm3;经11次冻融,黏聚力与内摩擦角整体呈下降趋势.-5、-10和-15℃温度下土体的黏聚力分别降低至52.78、22.04和19.15 kPa,与未经冻融的土样相比,分别下降了25.58％、26.62％和30.70％;此外,含水率对于土体经多次冻融后的抗剪强度也有较大影响,在相同工况下最优含水率与天然含水率时内摩擦角分别降低了2.42％、3.98％、6.22％和1.26％、1.81％、3.65％.总之,随着冻结温度的降低土体的黏聚力逐渐降低,含水率与冻融循环次数对土体的抗剪强度有较大影响.     

优先流对粉砂土抗剪性能影响试验研究

优先流会引起含水率增加,从而影响土的抗剪强度.为此,运用染色示踪技术,在室外进行优先流渗流试验;每10 cm一层,对样地竖直剖切;采用图像处理软件对优先流渗流特征进行分析评价.根据测定的土样含水率制作试块,进行冻融及直剪试验.结果表明:优先流染色面积比变化幅度大,浮动区间为39.76%～52.84%;基质流深度较深,平均为13.4 cm;优先流比平均为23.94%,优先流现象明显;随着冻融次数的增加,含水率变化导致内摩擦角呈减小的趋势;在-5、-10和-15℃时,粉砂土11次冻融后内摩擦角与0次冻融相比,最佳含水率分别降低了0.86%、1.60%、2.92%,优先流含水率分别降低了3.02%、4.69%、6.00%;优先流含水率下粉砂土黏聚力降幅比高于最佳含水率1.27%.因此,优先流含水率对土体抗剪强度有较大影响.     

气泡结构特征对混凝土抗盐冻性能的影响

采用快冻法研究普通混凝土、引气混凝土和高性能混凝土在3.5%(质量分数)的NaC l溶液中的抗盐冻性能以及混凝土抗盐冻性能与气泡特征参数间的关系.结果表明:当引气剂的品种确定后,混凝土的气泡平均间距(L-)和气泡平均直径(D-)在很大程度上依赖于含气量,含气量越高,L-和D-越小;矿物掺合料对混凝土的气泡结构特征及其规律性并没有明显的影响;掺引气剂是提高混凝土抗冻融破坏能力的有效手段,同一般冻融环境中混凝土的普通抗冻性一样,含气量对抗盐冻性的影响也存在一个临界范围,在普通冻融环境中,混凝土的临界含气量为2.0%～3.0%,盐冻环境下临界含气量提高到4.5%～5.0%;高性能混凝土具有良好抗盐冻性所要求的气泡平均间距与强度等级有关,在强度等级低于C50时,混凝土的气泡平均间距必须小于250μm,当强度等级提高到C60以上时可增大到700μm.     

冻融循环作用下土的性质对纤维水泥土力学性质的影响

为了研究冻融循环作用下土的性质对纤维水泥土力学性质的影响,以玄武岩纤维和水泥为加固材料,选取两种不同类型土体制作成试件进行无侧限抗压强度试验和冻融循环试验。通过研究发现,玄武岩纤维的加入未必能提高水泥土的强度,土体的性质是影响水泥土无侧限抗压强度的主要因素之一。冻融循环作用下土的性质对水泥土力学性质及破坏状态具有重要的影响。随着冻融循环次数的增加,水泥土的无侧限抗压强度逐渐减低,而纤维的添加可以有效降低水泥土强度损失,提高水泥土抵抗冻融循环的能力。研究结果可为冻融循环作用下玄武岩纤维水泥土力学机理的研究提供一定的理论基础,可为纤维水泥土在季节性冻土区的应用提供一定的借鉴和参考。     

基于正交试验的高海拔寒区隧道温度场影响因素及防冻措施

为保证高海拔隧道在服役期间内不受冻害破坏,以青沙山隧道为例,模拟分析了高海拔隧道温度场的一般性规律;通过正交试验对影响因素进行敏感性分析;并建立衬砌保温层厚度计算公式及衬砌寿命预测模型.结果表明:海拔较低的洞口处温度较低,进出口压差每增加25 Pa,洞壁温度约下降0.8℃;正交试验得出环境温度、压差和埋深是影响高海拔隧道温度场的主要因素;根据保温模型计算得,当冻结时间30 d,冻结深度1.87 m时,所需保温层厚度为1.6 cm;根据混凝土的冻融循环试验数据提出隧道衬砌寿命预测模型,水灰比0.55、0.45和0.35的抗冻混凝土服役寿命约为25年、58年和98年.     

瞬态激励下冻融循环对桩-土耦合刚度影响试验

考虑桩-土的相互作用,在冻融循环作用下,土体的力学性质必然发生变化,构件的动力响应特性也会随之发生变化。为研究瞬态激励下冻融循环作用对桩-土耦合刚度的影响,设计和制作混凝土试验桩模拟基桩,通过压电陶瓷的正压电效应,利用压电智能骨料作为传感器测定冻融循环过程中瞬态激励下结构的波动响应,并对比分析两种不同土体含水率下压电信号的特性和能量大小,提供一种基于压电智能骨料的结构动力响应实时监测方法。试验结果表明,在冷冻过程中,瞬态激励下各测点时域波形幅值减小,而融化过程中,各点的时域波形幅值增大,且土体含水率越高,时域波形幅值变化越大;多次冻融循环后,瞬态激励下的桩-土耦合刚度变小。在不同含水率时,离瞬态激励点最近的两块压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)的能量指数平均差别分别为30%、25%,在含水率为6%时,平均每一次冻融循环会使桩-土耦合刚度减小约6%,而在含水率为12%时,平均每一次冻融循环会使桩-土耦合刚度减小约10%。12%的含水率相比6%的含水率,其对桩-土耦合刚度的影响大约高68%。     

酸雨-冻融侵蚀下透水混凝土性能损伤

为探究酸雨和冻融共同作用对透水混凝土性能的影响,采用酸雨-冻融侵蚀试验,分析不同橡胶掺量(0%、3%、6%和9%)下透水混凝土的质量、动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标的变化规律,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和X射线衍射分析(X-ray diffraction, XRD)试验,从微观角度分析酸雨-冻融侵蚀机理。结果表明,透水混凝土的质量损失率、超声波波速损失率、透水系数和抗压强度损失率均呈不断上升趋势,相对动弹性模量呈不断降低趋势。掺入适量橡胶,会改善透水混凝土抗侵蚀性能。此外,利用灰色聚类分析得出透水混凝土的动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标可以归为一类进行研究;结合SEM和XRD分析图谱分析得出酸雨-冻融循环试验的主要侵蚀产物为钙矾石晶体。     

碳化、冻融耦合作用对西北地区大断面城市隧道耐久性试验研究

结合西北地区大断面城市隧道混凝土结构所使用的材料配合比进行配制试块,通过对3种不同混凝土进行冻融循环试验(0,50次,150次)和加速碳化试验(0,1周,2周),研究两者对混凝土的耦合作用.试验结果表明,冻融破坏是混凝土碳化腐蚀的催化剂,能够加速混凝土的碳化进程;碳化反应在早期虽在一定程度上能够提高混凝土抗压强度,但是150次冻融循环且碳化2周后,较大水灰比的混凝土强度由200MPa降为98MPa;经过冻融、碳化耦合作用后,混凝土的劈裂强度比抗压强度低很多.     

冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化试验研究

黄土地区冻融现象时常发生,这一气候现象对土体强度劣化显著,影响工程安全建设和正常使用。针对黄陵地区Q2黄土开展不同条件下的三轴剪切试验,探讨含水率、初始围压等因素对黄土抗剪强度的影响规律。结果表明:黄土土样处于相同的含水率和围压的条件下,冻融循环次数对土体内部应力值有较大的影响;土体的黏聚力随着冻融循环次数的增加不断减小,且变化幅度逐渐变小,而土体内摩擦角变化不大。获得冻融次数、含水量和黏聚力三者之间的曲线关系,得到三者之间的拟合公式。试样破坏特征显示:试验后土样的破坏形式主要为剪胀、劈裂和剪切三种类型,随冻融循环次数的增加,破坏形式从剪胀破坏过渡到劈裂破坏。     

冻融循环条件下两种环保型透水沥青混合料的性能衰变分析

为了研究由钢渣、再生骨料制作的透水沥青混合料在冻融循环后的性能衰变规律,判断在季冻区将钢渣、再生骨料应用于透水沥青混合料的性能优劣,选择以玄武岩集料制作的马歇尔试件作为参照,通过肯塔堡飞散实验、低温劈裂实验和动态蠕变试验对以钢渣、再生骨料为粗集料成型的透水沥青混合料进行了研究。研究结果表明：由钢渣、再生骨料制作的透水沥青混合料在冻融循环后具有更好的高温抗车辙性,但低温抗裂性需要进一步提高。