干湿和冻融循环作用下泥质白云岩宏观劣化

水岩相互作用是岩土工程及相关学科的研究热点。通过干湿和冻融循环试验,对泥质白云岩力学特性的劣化规律及扩容进行研究。研究结果表明:泥质白云岩在干湿和冻融循环作用下均会出现明显不均匀的强度劣化,循环次数为60时,干湿循环比冻融循环对岩石的影响更大;循环次数为60时,冻融循环作用下岩样的抗压强度总劣化度会随围压的增大而增大;干湿和冻融循环作用下,屈服应力、扩容点应力与峰值应力的比值与围压呈线性上升关系;循环次数为60时,低围压下,干湿循环岩样的泊松比大于冻融循环下岩样的泊松比;高围压下,冻融循环岩样的弹性模量大于干湿循环岩样的弹性模量。     

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。     

干湿循环作用下深部砂岩强度劣化及能量演化规律

为研究干湿循环对深部砂岩的强度劣化机制和能量演化规律,对经历不同干湿循环次数的砂岩进行基本物理参数的测定、单轴压缩试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测,探讨砂岩单轴抗压强度劣化及单轴压缩过程中能量演化规律.试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,单轴抗压强度和弹性模...     

冻融循环下土石混合体强度劣化特性研究

针对冻融作用下不同含水率土石混合体的强度劣化问题,通过直剪试验及核磁共振(NMR)测试,探究了不同冻融循环次数和含水率下土石混合体剪切强度及孔隙结构的变化特征,并揭示了其强度劣化机制.研究结果表明:试样的剪切强度参数随冻融循环次数的增加均呈现先减小后增大再减小的规律.在第3次冻融循环后出现反翘现象.根据孔隙率及孔隙...     

降雨-干燥交替作用下泥质岩耐崩解性试验研究

泥质岩在自然界频繁的降雨-干燥交替作用下发生崩解,从而引发一系列地质灾害。为了进一步研究泥质岩的崩解特性,采用自行设计的试验装置模拟自然界中降雨的实际环境,对江西省赣南地区的泥质岩制成4种不同块度的试样,开展干湿循环作用下的室内崩解试验研究。结果表明:不同粒径百分含量关系曲线呈现出3种变化趋势,随着循环次数的增加,不同粒径百分含量不断减小、先增大后减小以及不断增大;在试样各粒组百分含量关系曲线中,不同循环次数条件下,曲线都存在一个明显的峰值,且基本呈先增加后减小的变化趋势;在峰值前,随着循环次数的增加,曲线的位置逐渐向下移动;而在峰值后,随着循环次数的增加,曲线的位置则逐渐的向上移动。块度较大的泥质岩崩解后各粒组累计百分含量与粒径的关系曲线呈"S"形,而块度较小的泥质岩崩解后则为双曲线形。随着干湿循环次数的不断增加,泥质岩崩解物各粒组累计百分含量关系曲线逐渐向着较小粒径的方向整体发生移动;各曲线之间的空隙不断减小,最后基本重合,反映出泥质岩的崩解速率逐渐减小且最后趋于稳定。推导了基于优化级配方程的相对耐崩解性指数,并验证了模型的正确性。随着试样块度的不断增大,其耐崩解性指数与相对耐崩解性指数均不断减小。     

水、干湿及冻融循环作用下水泥改良黄土路基稳定性

为了揭示水泥改良黄土路基稳定性影响因素,研究了不同水泥剂量、压实系数、养生龄期下改良黄土水稳系数、干湿残留强度比及冻融残留强度比的变化规律。结果表明：水泥剂量≥4%,改良黄土水稳系数增长曲线平缓,改善改良黄土路基水稳定性较小;压实系数由0.92提高至1.00,90 d水稳系数提高了21.6%~25.6%,水稳定性显著提高;前14 d水稳系数增长速度明显快于后期水稳系数增长速度,养生龄期由14 d延长至90 d,水稳系数约提高了7.4%。干湿、冻融作用下改良黄土抗压强度分别随水泥剂量增加或压实系数提高呈线性增长;随循环作用次数增加,改良黄土抗压强度逐渐减小,干湿循环次数≥15次后的抗压强度趋于稳定值,干湿15次的残留强度比约为44%;当干湿循环次数≥12次后,水泥剂量≥3%下改良黄土抗压强度逐渐减小至稳定值,冻融12次的残留强度比平均为42%。     

硫酸钠-干湿-冻融共同作用对水泥土性能的影响

为解决宁夏水泥土受到盐类侵蚀和干湿-冻融循环作用性能劣化的问题,以宁夏同心水泥黄土为研究对象,试验设置不同压实度和水泥掺量,考虑盐浓度作用,并结合宁夏地区干湿性、季冻性等区域性特点对水泥土进行不同浓度溶液浸泡下的干湿-冻融循环试验,探究多重因素影响下试样外观、质量、波速、强度、电阻率、含盐量等变化情况。结果表明：压实度和水泥掺量越大,试样的质量、波速、强度也越大。随着干湿-冻融循环次数增加,水泥土试样在硫酸钠作用下均表现电阻率下降,含盐量上升,质量先增后减、表面脱落受损,峰值强度和残余强度指数下降、波速下降。硫酸钠劣化作用随着浓度升高而增强。     

干湿循环对不同密度砂岩强度劣化的影响

揭示干湿循环过程中砂岩强度的劣化规律对防治失稳岩质边坡具有重要指导意义.以兰州市岩质边坡的砂岩为研究对象,通过抗压、抗拉试验及电镜扫描观察,分析干湿循环对不同初始干密度砂岩强度的劣化影响.研究结果表明,砂岩的单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度及其劣化速率与干湿循环次数成负相关,单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度与干湿循环次数具有良好的指数关系.同一强度参数中,不同初始干密度砂岩强度参数值的差别随干湿循环次数的增加呈减小趋势.干湿循环次数相同时,随初始干密度的增大,单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度及其劣化程度呈递增趋势.在干湿循环递进的过程中,砂岩的微观结构发生显著改变,不同初始干密度砂岩的微观结构差别逐渐减小.干湿循环对砂岩强度的劣化与循环次数和初始干密度密切相关.     

冻融循环作用下白云岩边坡的稳定性分析

为了探究季冻区白云岩边坡在冻融循环作用下的失稳机理,通过白云岩完整岩样的室内快速冻融循环试验、声速测试试验和单轴压缩试验,获得了不同循环次数后岩块的物理力学性质参数,结合广义Hoek-Brown岩体强度准则,利用冻融岩样的纵波波速量化冻融裂隙岩体的地质强度指标GSI和冻融扰动因子Dn,实现了将岩块的冻融力学参数向边坡裂隙岩体冻融力学参数的转化,并分析比较了岩体各参数的冻融劣化效应,最后以河北省北部山区某白云岩高边坡为背景,利用FLAC3D分析了边坡在冻融效应下的循序破坏机理。结果表明：边坡岩体的各项力学性质参数在冻融作用下均呈指数型下降趋势,其中岩体破碎度的冻融劣化效应最强;剪切塑性区主要在边坡的冻融层中产生和扩展,坡脚处的受损和变形最严重,边坡冻融破坏模式主要为表层碎裂岩块的崩落和沿冻融交界面的浅层滑塌。可见,冻融白云岩边坡的防护方案宜优先考虑从提升岩体完整性的角度入手并选用施工扰动较小的支护体系,以避免因施工扰动而造成浅层风化堆积体的滑塌。     

冻融循环条件下白云岩物理力学特性研究

为了探究白云岩岩体的强度和力学参数在循环冻融作用下的演化规律,将饱水状态下的白云岩试样分为11组,在-20~20℃的温度区间内进行了50次循环周期为8h(冻4h,融4h)的室内快速冻融试验,每隔5次循环后观察岩样的表观劣化情况,随后进行干燥和饱和两种状态下的质量和纵波波速的测定,最后进行常规单轴压缩试验。将白云岩的质量、纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学性质指标同冻融循环次数进行了非线性的参数拟合,并分析了应力应变曲线随冻融循环的演化规律。试验研究结果表明：低孔隙率的白云岩试样抗冻性较好,仅有两块试样的端面在实验过程中出现了闭合型微裂缝;冻融循环作用对质量的变化影响很小且无明显规律性;水的存在会对波速测试起干扰作用,干燥状态下的波速拟合结果较饱和状态下的拟合结果更为理想,能真实准确的反映岩石内部的结构劣化;弹性模量和单轴抗压强度在冻融循环过程中均呈指数型下降趋势;应力应变曲线中的压密阶段随冻融循环次数的增加而增长,岩样的脆性逐渐减弱延性逐渐增强,具有峰前塑性硬化的特征。将参数拟合的结果应用于广义Hoek-Brown准则,引入基于声波波速变化的冻融损伤因子,建立了基于声速变化的冻融累积损伤效应下的岩体力学参数表达式,为寒区岩体工程设计过程中岩体力学参数的取值问题提供了一种新的方法。     

砂岩冻融劣化机理的多尺度试验研究

在寒区的工程建设中,冷暖交替所产生的冻融循环是寒区岩石材料劣化的主要原因之一。为了得到寒区环境下岩石的冻融劣化机理,选用砂岩作为研究对象,对其开展不同循环次数的冻融循环试验,并进行了一系列宏、细、微观多尺度试验研究。研究结果表明：随着冻融循环次数的增多,砂岩的纵波波速、横波波速与抗压强度均随之降低。冻融循环会粗化砂岩的孔隙结构,循环次数越多,砂岩孔隙粗化的现象越严重,孔隙率也越大。砂岩的孔隙率与孔径分布区间会从0次时的2.17%与0.000 28～13.339 84μm变为90次时的5.11%与0.004 55～43.422 36μm。此外,由于孔隙体积的增大,孔隙之间相互连通会致使砂岩中的孔隙数量随着冻融循环次数的增多而减小。正是因为冻融循环劣化了砂岩的孔隙结构,砂岩试样在宏观尺度上会表现出波速与力学性能的劣化,并使得应力应变曲线中的孔隙压密段应变与峰值应变均随着循环次数的增多而增大。综合多尺度试验结果发现,冻融循环对砂岩的劣化速率随着循环次数的增多而不断加剧。研究成果可为寒区的工程建设提供参考。     

干湿循环下钢渣微粉水泥改良膨胀土强度特性试验研究

膨胀土作为一种非饱和黏性土,因其吸水膨胀失水收缩的特性而成为一种具有危害性的地质土体,尤其在干湿气候交替变化的环境中,更会因其湿胀干缩产生变形导致工程事故的发生。通过使用钢渣粉作为新型固化剂,与水泥组合改良膨胀土,研究改良膨胀土在干湿循环条件下的强度特性变化规律。通过室内试验研究了纯膨胀土(Es)、水泥改良膨胀土(Es-C)、钢渣粉-水泥改良膨胀土(Es-SSP-C)和钢渣粉-水泥-NaOH改良膨胀土(Es-SSP-C-N)在不同养护龄期以及不同干湿循环次数作用下其无侧限抗压强度变化规律。试验结果表明:3种改良土体的强度都随养护龄期的增加而增大,并且在干湿循环作用下四种土体都有不同程度的强度损失,但在强度上总是呈现出Es-SSP-C-NEs-CEs-SSP-CEs的规律,意味着在改良效果上Es-SSP-C-N更优于另外两种方案。     

干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

冻融循环作用下秸秆纤维加筋土抗压强度试验研究

通过室内无侧限抗压试验,分析纤维掺量和冻融循环次数两个因素对棉花秸秆纤维加筋土强度的影响规律,研究冻融循环作用对纤维加筋土强度的影响。试验结果表明:土体中掺入纤维能有效提高土体的抗压强度,明显改善土体的软化程度;加筋土无侧限抗压强度随冻融循环次数的增加呈指数下降趋势,经历5次冻融后,强度下降幅度最大;通过将不同加筋率的纤维土与冻融循环次数进行拟合,建立两者之间的半经验公式,为纤维加筋土的实际工程应用奠定理论基础。     

水泥硅微粉固化黄土的冻融试验研究

为了研究水泥硅微粉固化黄土的力学性能,利用宁夏宁东工业园区的黄土,掺入2%的水泥和10%的硅微粉进行固化,分别进行7、28 d龄期的三轴试验和28 d龄期3、9次冻融循环的三轴试验。结果表明:7、28 d龄期的素土与7、28 d龄期固化土相比,水泥和硅微粉的掺入对黄土的黏聚力的影响显著。7 d龄期黏聚力增加了33.99倍,28 d龄期黏聚力增加了57.34倍。素土3次冻融循环黏聚力降低了30.3%,9次冻融循环黏聚力降低了88.8%;固化土9次冻融循环黏聚力降低了8.3%,硅微粉和水泥掺入黄土,使其变形表现为素土呈塑性材料特性向固化土呈脆性材料变化,硅微粉和水泥的掺入有效地提高了黄土的承载力。     

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。     

冻融循环作用下混杂纤维粉煤灰混凝土力学性能试验

为了研究混杂纤维和粉煤灰增强混凝土在冻融循环作用下的损伤程度,通过对基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土试样在冻融循环条件下进行抗压强度试验及超声波检测试验,得到冻融破坏后混凝土的抗压强度和相对动弹性模量,分析抗压强度损伤量、相对动弹性模量损伤量和内部结构破坏机制,建立了基于相对动弹性模量的强度衰减方程。试验结果表明：基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土的抗压强度和相对动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而减小;经历60次冻融循环时,其抗压强度和相对动弹性模量都有不同程度的下降;混杂纤维粉煤灰混凝土抗压强度和动弹性模量的损伤量在粉煤灰掺量小于10%时整体小于基准混凝土,而在粉煤灰掺量为20%和30%时大于基准混凝土;通过对冻融循环作用下混凝土相对抗压强度与相对动弹性模量的关系拟合,得到相关系数良好的相对抗压强度与相对动弹性模量的指数函数关系表达式;分析了混凝土冻融损伤、纤维和粉煤灰增强混凝土抗冻融机理。掺入适量纤维和粉煤灰能增强混凝土的抗冻融破坏能力。     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。