冻融循环作用下炭质页岩蠕变模型研究

冻融循环作用下炭质页岩蠕变是高速公路高陡边坡稳定性研究的热点问题之一。为揭示冻融循环作用下炭质页岩的蠕变特性，将炭质页岩试样分别进行0次、5次、15次、25次冻融循环，在围压为4 MPa条件下，采用分级增量加载方式对试样进行三轴压缩蠕变试验，试验发现冻融作用下炭质页岩蠕变具有明显的非线性特征，轴向应变随冻融循环次数、应力水平和时间增加而增大；根据蠕变曲线特征，将蠕变曲线分为2个阶段，即稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段；利用损伤定义及Lemaitre应变等效方程，建立稳定蠕变阶段的冻融损伤演化方程；基于损伤力学和概率统计理论，采用Von-misses屈服准则，建立不稳定蠕变阶段的冻融和蠕变耦合损伤方程；通过引入冻融和蠕变损伤变量对Burgers模型参数进行修正，建立冻融作用下的蠕变损伤模型。研究表明：岩石损伤随冻融循环次数增加而增大，但损伤增加速率减小，最终趋于稳定；冻融和蠕变耦合作用下，冻融作用使得岩石损伤累积，会加快岩石的蠕变破坏；分段建立的损伤方程能较好地揭示岩石损伤随冻融循环次数、应力水平和时间增加的变化规律；改进的蠕变模型与试验曲线拟合度较好，且参数物理意义明确。研究成果能为炭质页岩高陡边坡稳定性分析提供理论参考。     

多次冻融循环对沥青混合料的路用性能影响研究

为对比研究冻融循环对不同孔隙沥青混合料的路用性能影响,选取SMA-13和OGFC-13两种不同孔隙的沥青混合料分别进行不同次数(1、3、5、7、9次)的冻融循环试验,并分别对其进行路用性能试验,探究沥青混合料的路用性能(高温、低温、疲劳)的衰变趋势。试验结果表明:路用性能随冻融循环次数的逐渐增加而逐渐衰减,第7次冻融循环之前的路用性能衰减的幅度较大,第7次冻融循环之后,路用性能趋于稳定;沥青混合料SMA-13和OGFC-13相比,冻融循环后的性能也存在明显差别,OGFC-13受冻融循环影响较小。     

冻融循环作用下黄泛区饱和含盐粉土动力性能及细观损伤演化规律

山东省黄泛区地处季节性冻土区，当地大量采用含盐粉土修筑公路路基，冻融循环作用后路基土动力性能受损，在车辆荷载作用下会发生路基翻浆病害。为研究冻融作用、盐分含量对饱和路基粉土动力性能及细观结构特征的影响，针对不同含盐量粉土开展有侧限封闭冻融试验，采用振动三轴试验测试多次冻融作用后解冻状态土样的骨架曲线、动模量和动阻尼比，同时采用核磁共振技术测试经历多次冻融循环后解冻状态饱和土样的横向驰豫时间T₂谱曲线。研究结果表明：冻融作用后动应力幅值与动应变幅值之间符合修正的Hardin-Drnevich模型，当冻融6次后骨架曲线趋于稳定；初始动模量损伤度随冻融循环次数呈双曲线型增大，氯化盐含量小于12%时，随含盐量增加初始动模量损伤度呈线性增大；阻尼比随动应变幅值增大增加明显，随盐分含量、冻融次数增加而增大；随冻融次数增多，T₂谱曲线主峰信号强度幅值减小，同时会产生横向驰豫时间长的波峰；T₂级配曲线趋于连续光滑，形态趋于相似，不均匀系数和曲率系数趋于稳定；无盐粉土T₂级配曲线的不均匀系数逐渐减小，并约稳定于5.6，曲率系数先减小后增大，并约稳定于0.986；当经历冻融6次后，随含盐量增加，T₂级配曲线不均匀系数先增大后减小，曲率系数先减小后增大。     

冻融循环试验自动控制系统的研制与应用

本文根据冻融循环试验过程，提出对自动控制系统的基本要求，并着重介绍了一个新型、实用的冻融循环自动控制系统的基本特点与功能。     

硫酸盐-冻融共同作用下隧道衬砌支护喷射混凝土劣化性能研究

为研究地铁隧道衬砌支护结构在恶劣环境下的劣化问题,以西部地区地铁隧道服役过程中典型的气候条件和腐蚀环境为背景,研究冻融和盐溶液侵蚀情况下隧道衬砌支护结构的耐久性能。依据兰州秋冬环境温度和地下水中硫酸盐的离子质量浓度设计室内硫酸盐-冻融侵蚀试验,研究不同掺量的粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土在不同冻融循环次数作用下的质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数的影响,并根据试验结果建立考虑粉煤灰掺量和玄武岩纤维掺量的抗压强度衰减模型。结果表明： 1）粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土性能提升的最优掺量分别为20%和0.1%。2）混凝土的质量损失率随冻融循环先增大后降低,到后期又持续增大;随着粉煤灰和玄武岩纤维掺量的增大,衬砌支护喷射混凝土的质量损失率降低,当粉煤灰和玄武岩掺量分别达到30%和0.15%时,对质量损失率的降低出现负效应。3）喷射混凝土的相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数随着冻融循环次数的增大在初期损失较小,之后迅速增大。     

晋北地区气温的降尺度特征及其对隧道防冻的影响研究

本文对寒区隧道衬砌表面温度的动态监测以每小时变化为记录基准,对晋北地区气温变化特征进行了分析,揭示了寒区隧道在年度周期内经历的多频次短周期冻融循环特征,并探讨了其对寒区隧道混凝土材料和衬砌结构防冻的影响。     

冻融腐蚀作用下沥青混合料耐久性影响因素的灰熵分析

针对国内外对冻融腐蚀作用下沥青混合料耐久性能鲜有研究的现状,采用真空饱水冻融劈裂试验,以冻融腐蚀因子评价经不同浓度(2.5％、5％和10％)Na2SO4溶液加速劣化后的沥青混合料性能变化规律;运用灰熵法分析了影响冻融腐蚀作用下沥青混合料耐久性影响因素——冻融次数、Na2SO4溶液浓度、集料级配、沥青用量和空隙率的显著性.研究结果表明:硫酸盐腐蚀加剧了冻融循环对沥青混合料的破坏作用;集料级配、沥青用量和空隙率对沥青混合料耐久性有较显著影响,可为盐类富集地区沥青混合料的设计和施工提供有益参考.     

季冻区路基土回弹模量影响因素分析

通过对黑龙江省内3条试验路段进行路基含水率调查,并选取黏性土、粉质土和砂性土3种有代表性的路基土,采用承载板法对所选土样进行室内回弹模量试验,分析其和含水率、压实度及冻融循环次数之间的关系.结果表明:3条试验路段路基平均含水率均大于最佳含水率;3种土样的回弹模量对含水率变化的敏感性非常大,都随含水率的升高而降低;土样回弹模量随压实度的降低而降低;冻融作用对土样回弹模量有衰减作用,但6次冻融之后,回弹模量值趋于稳定;3种变量对砂性土回弹模量的影响较黏性土和粉性土小.基于以上结论,建议对在用道路的排水设施及时进行检测及养护;在季冻区路面结构设计时,建议选取6次冻融之后的回弹模量作为路基强度设计值.     

融雪剂对沥青混合料性能的影响

研究了不同掺量CaCl2添加剂对沥青性能的影响.从混合料水稳定性能出发,采用NaCl溶液、CaCl2溶液、CH3COONa溶液和融雪剂溶液4种不同的腐蚀液,分别进行了短期腐蚀三循环和长期腐蚀二循环.采用冻融劈裂实验的冻融劈裂强度作为理论依据,研究了腐蚀溶液的种类、溶液浓度和腐蚀时间3种因素对混合料试件强度的影响,探讨了不同融雪剂对沥青混合料损坏的机理.研究结果表明:CaCl2具有吸水性,增加了沥青的温度敏感性,尤其是CaCl2对沥青延度的影响特别大;在短期腐蚀三循环中,纯水对混合料强度的影响最大,强度出现了最低值;在长期腐蚀二循环中,不同腐蚀液对劈裂强度的影响规律是不同的.     

变温度区间冻融循环下石灰改良路基土回弹模量衰减规律及原因解析

针对路基冻融界面处土体受到不同冻融温度作用影响,进行了变温度区间冻融循环下石灰改良土回弹模量的室内试验.试验结果表明,回弹模量随着含水率的增加而降低,随冻融循环次数的增加而逐渐下降,至6次循环时基本稳定;随着冻融循环低温下限温度的逐渐降低,其回弹模量衰减率逐渐增大,当温度降至-9℃时,冻融后回弹模量衰减率不再发生变化,主要原因是由于-9℃～0℃是土中水发生相变的过渡温区,土中水冻结比例随温度下限下降逐渐升高,对土体结构产生影响逐渐加大所致.