冻融循环作用下砂岩卸荷强度特性试验及损伤特性研究

建立在寒区的岩土工程,其岩石的损伤劣化不仅受冻融风化作用,而且还受到开挖卸荷的影响。采用冻融循环试验和三轴卸荷试验相结合的方法,对砂岩同时受2种破坏作用的强度特性和损伤特性进行系统的分析。分析结果表明:随围压的增加,冻融循环下岩石的破坏特性由张拉破坏逐渐转变为剪切破坏特征,随着冻融次数的增加,岩样明显产生侧向膨胀,侧边中部明显向外凸出,并出现了不同级别的张裂纹、环向裂纹及许多岩粉和岩石碎块;对于三轴卸荷试验,岩样的峰值强度随着冻融次数的增加而降低;扩容应力随冻融次数增加呈指数下降关系;破坏围压与冻融次数呈二次函数关系;冻融损伤值随冻融次数增加呈线性增长,表明岩样的损伤受冻融的影响逐渐增大。研究成果可为寒区岩土工程设计和施工提供指导。     

冻融循环条件下淤泥黏土力学特性试验研究

为研究冻结温度及冻融循环次数对冻结作用下黏土强度的影响,对福州富水地层黏土进行不同温度和不同冻融循环次数下的力学试验,研究其单轴瞬时抗压强度及蠕变规律.结果 表明,随着冻结温度的降低,冻土单轴抗压强度逐渐增大,增加幅度逐渐减小,最大达6.56 MPa;随着冻融循环次数的增加,冻土单轴抗压强度逐渐减小,且减少幅度也逐渐减...     

不同强度坝基与坝体接触面力学特性试验研究

为研究不同强度坝基与坝体接触面的抗剪强度特性,结合芝瑞抽水蓄能电站,采用NHRI-4000型高性能大型接触面直剪试验仪,通过直剪试验,对比研究了不同强度基岩与坝体接触面的力学特性。结果表明,坝基与坝体软弱接触面的应力-应变关系大体仍符合Clough等提出的双曲线接触面模型;随着接触材料由较硬基岩到软岩,接触面剪应力与剪切位移曲线由典型的软化型转变为硬化型,且采用双曲线接触面模型整理得到的坝体与坝基接触面的力学指标发生了急剧衰减。作为坝基与坝体的接触部位,坝基为软弱基岩、尤其是软弱覆盖层时,相关接触面的力学特性值得重视及进一步研究。     

冻融循环下云母石英片岩三轴力学特性与强度预测模型

为探究云母石英片岩物理力学特性受冻融循环作用的影响,对饱水云母石英片岩开展了0、25、50、75、100次冻融循环试验,并对试样分别进行了4级围压下的常规三轴压缩试验,研究了其动弹性参数、三轴压缩破坏形式及三轴抗压强度的变化规律,取得如下成果:①随着冻融循环次数的增加,三轴抗压强度、动弹性模量、动剪切模量及动体积模量呈指数衰减,黏聚力及内摩擦角则呈线性衰减趋势;②随着冻融循环的进行,围压对试样强度的增大作用逐渐削弱,冻融循环对试样强度的劣化作用逐渐凸显;③冻融作用使云母石英片岩三轴压缩破坏形态由张拉破坏逐步演化为顺片理剪切破坏;④基于Jaeger破坏准则建立了一种以冻融循环次数、片理面倾角及围压为控制参数的斜交片理云母石英片岩三轴抗压强度预测模型,预测结果与实测数据具有较好的一致性。研究成果可为研究云母石英片岩冻融损伤劣化规律提供参考。     

不同强度混凝土声发射特性对比试验研究

基于声发射技术对不同强度混凝土断裂过程进行监测,试验得出了混凝土断裂全过程P-CMOD曲线以及声发射参数历程图。结果表明,声发射参数历程图的基本形态随强度的变化不大,撞击计数、振铃计数随着荷载的变化规律基本一致,能量计数均呈现多峰值特性。但随着强度的提高,声发射参数历程图在起裂时刻和峰值时刻存在一定的差异,强度越高,声发射参数历程图的突变性越大。     

不同氯盐浓度下堆石坝混凝土面板冻融循环耐久性试验研究

混凝土结构是水利设施的重要组成部分,寒区滨海和盐渍区的水利工程的混凝土结构会受到冻融和氯盐的双重作用,对混凝土结构造成损伤。文章通过实验室试验的方式,研究了不同氯盐浓度下堆石坝混凝土面板冻融循环耐久性特征,结果显示中等氯盐浓度下混凝土试件的抗冻融性能最差,需要在工程设计中予以重视。     

掺合料土体冻融循环试验下三轴剪切强度特性分析研究

针对河道工程中土体三轴力学特征开展分析研究,获得了冻融循环次数、糯米浆掺量分别与土体峰值偏应力为负相关,掺入糯米的浆土体峰值偏应力均高于纯土体,围压增大,可抑制糯米浆掺量对土体应力削弱效应;相同糯米浆掺量、密度的试样弹性压密点应变为一致,其中以糯米浆掺量5%为最大,达2.6%。研究了峰值偏应力随糯米浆密度为先增后减变化,相同条件下密度1.02g/cm3、1.06g/cm3时的峰值应力分别为密度1.04g/cm3的77.2%、87.2%;围压不仅可促进偏应力增长,且高围压作用可弥补冻融循环效应对土体物理损伤效应。分析得出掺合料土体抗剪特征参数均高于纯土体,糯米浆密度1.04g/cm3试样的黏聚力最大,黏聚力随冻融循环次数增加而递减,循环10次、15次相比循环5次分别降低了14.3%、23.8%;糯米浆密度、冻融循环次数对试样内摩擦角影响均较小。研究成果为水利工程中掺合料土体强度设计提供参考。     

冻融循环后普通混凝土变形特性的试验研究

对经过0、25、50、75 次冻融循环作用后的普通混凝土在双轴压荷载作用下的变形特性进行了试验研究,测得了混凝土试件在两个加载方向的强度及应力-应变关系,并对试验结果进行了分析,讨论了冻融循环及中间应力对峰值应力点对应的应变的影响,在分析试验资料的基础上,建立了冻融循环作用后普通混凝土在应变空间的破坏准则;这项试验研究工作为复杂应力状态下可能经受冻融循环作用的普通混凝土结构提供了经济可靠的设计和理论依据.     

冻融循环条件下岩石加卸荷力学特性研究

为了探究冻融损伤后岩石加卸荷力学特性,以砂岩为研究对象,对经历不同冻融循环次数的2种含水率砂岩进行加卸荷试验。研究结果表明:冻融作用后,砂岩受到损伤,在加卸荷作用下,裂纹的扩展方向改变,发育程度加剧,且在饱和组砂岩中表现明显;从裂纹的扩展方向和破裂面角度来看,加载状态下砂岩以剪切破坏为主,卸载状态下以张拉和剪切破坏为主;加载条件下,冻融作用对砂岩造成的损伤反映出砂岩的峰值强度损失和弹性模量损失逐渐增大,且饱和砂岩较天然砂岩略大;卸荷条件下,各循环次数砂岩卸荷变形模量与卸荷当量之间的变化规律基本一致,当卸荷当量约为80%时,变性模量下降显著,而卸荷当量保持一定时,卸荷变形模量随冻融循环次数增加而减小。另外设计的卸荷速率都较小,对变形模量影响不明显。试验结果可为寒区岩质边坡开挖工程提供借鉴。     

冻融循环作用对砂岩强度特性影响的试验研究

为研究冻融循环作用下砂岩强度特性变化规律,开展了天然砂岩在不同冻融循环次数作用下的室内试验,分析砂岩的破坏特性、抗剪强度参数及弹性模量变化规律,结果表明:砂岩经过冻融循环作用后,其破坏面形式与天然状态下的砂岩破坏面形式保持相同;其内摩擦角随着冻融循环次数的增加呈现先增大后保持不变的变化规律;而黏聚力呈现先减小后保持不变的变化规律;对于砂岩试样的弹性模量,随着冻融循环次数的增加呈现减小的趋势;且当循环次数较少时,其弹性模量减小幅度较大;当冻融循环次数达到一定后,其弹性模量减小幅度较小。     

冻融循环作用下砂岩无损测试力学特性研究

针对冻融循环作用下砂岩冻融损伤机理和物理力学参数之间相互关系的问题,利用5种可重复操作的无损检测法(电阻测试、声波测试、滴定测试、CT扫描、局部细观放大技术)对低应力循环荷载作用下冻融循环试验后的岩样进行检测,并对岩样的冻融劣化机理作出了分析,通过CT扫描得到岩样CT数值变化规律并发现冻融作用,找出了冻融后参数间的关系。结果表明:岩样物理参数和动力力学参数对冻融作用的敏感性排序为:阻尼比(λ)动泊松比(ud)电阻率(ρ)阻尼系数(C)纵波波速(v)浸润面积(S)动弹性模量(Ed)质量(m),由此可在定量检测砂岩的冻融程度时,按参数对冻融作用的敏感性排序选择优先检测的参数种类,以减少检测的工作量;经过定量比较分析,提出了无损测试中各种参数间的关联性,得出了质量、阻尼比、动泊松比、阻尼系数、纵波波速、动弹性模量两两参数之间的定量关系,因此可通过一种参数的变化规律,预测另一种参数的变化趋势,在有限的试验条件、试验次数下,有效地精简所需试验的参数数目。     

冻融循环与疲劳荷载作用下混凝土损伤研究

为研究冻融循环与轴向疲劳荷载作用下混凝土力学性能损伤演化规律,对混凝土试件分别进行冻融循环、疲劳加载、先冻融循环后疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环4种损伤试验,以试件经历损伤后的抗压强度劣化作为损伤评价指标研究混凝土的损伤特性和机理,同时研究相对动弹性模量和质量的劣化规律。研究结果表明:不同联合作用下,混凝土的相对动弹性模量均呈现降低趋势。冻融循环单一因素作用下,混凝土强度随冻融次数的增加逐渐降低;疲劳荷载单一因素作用下,混凝土强度随疲劳次数增加呈先升后降的趋势,疲劳4万次时,混凝土的损伤度为1.8%;先冻融循环后疲劳加载作用下,即混凝土先受冻融循环作用,再受1万次应力水平(0.1 f_c~0.5 f_c)的疲劳荷载作用时,随疲劳次数的增加,试件的强度均呈现升高趋势;先疲劳加载后冻融循环作用下,随冻融次数的增加,混凝土的力学性能损伤显著,历史疲劳次数为0.5万次和1万次,再经历75次冻融循环作用时,其损伤度分别为19%和24.2%。研究成果可为建立符合实际工程的混凝土结构耐久性设计理论提供较可靠的基础依据。     

冻融条件下卸荷损伤砂岩力学特性试验研究

寒区陡高岸坡开挖卸荷岩体的冻融侵蚀作用严重影响着开挖边坡的长期稳定与安全。以某寒区边坡开挖卸荷岩体为对象,综合考虑开挖扰动与冻融循环侵蚀交互作用的室内试验方案,以卸荷量为损伤划分标准开展三轴卸荷损伤试验制备卸荷损伤岩样,随后进行冻融循环试验与再承载力学试验。结果表明：冻融循环作用引发卸荷损伤砂岩内部孔隙裂隙的进一步扩展,其再承载峰前应变增长速率明显加快,且峰前应变量随冻融次数的增加而降低;指数函数模型较好的描述了再承载峰值强度的劣化规律,其量值受到围压大小的控制;卸荷效应为冻融循环侵蚀提供了作用通道,冻融6次时卸荷损伤砂岩表观出现宏观裂纹,且随着冻融次数的增加而发生变形扩展,再承载破坏形态表现出冻融次数越多,破裂块体或破坏裂纹也随之增多。     

冻融循环下水泥改性膨胀土物理力学特性研究

为探究冻融循环作用对水泥改性膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为试验对象,进行不同掺灰比的水泥改性,然后对经历不同冻融循环次数后的试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验结果表明在冻融循环过程中,水泥改性膨胀土试样的含水率损失量较小,不同掺灰比试样的体积变化规律均呈现为“冻缩融胀”,掺灰比越大,试样体积的变化幅度越小,最大冻缩量和最大融胀量也越小,但会存在一个最优水泥掺灰比。冻融循环作用对水泥改性膨胀土力学特性的影响较大,尤其是初次冻融。随着冻融循环次数的增多,不同掺灰比试样的强度与弹性模量逐渐降低并趋于稳定,掺灰比越大,强度和弹性模量的衰减量越小。水泥改性膨胀土经历冻融后韧性变好。     

冻融循环后湿筛混凝土强度试验与破坏准则研究

采用快速冻融法,对湿筛混凝土试件进行了冻融循环。利用大型动三轴试验机,对冻融循环后的湿筛混凝土试件进行单轴压和4种应力比的双轴压试验,观察试件的破坏形态和表面裂缝分布情况,测得双轴主压方向的极限强度,剖析了冻融循环次数和应力比对极限强度的影响规律。 试验结果表明：随冻融循环次数的增加,湿筛混凝土的双轴压极限强度呈非线性降低;在冻融循环次数相同的情况下,双轴压极限强度相对于其单轴强度均有所提高,而提高幅度取决于应力比。提出了带有冻融循环次数和应力比参数的修正湿筛混凝土破坏准则公式,可为寒冷地区的海洋工程、水工结构强度分析和寿命预测提供理论依据。     

不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验

为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响,分别对混凝土进行0,10,25,35和50次快速冻融循环,并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%f_c的荷载历史作用后(f_c=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度),以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验,得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度,并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明:随着冻融循环次数的增加,历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低,且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系;选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型,经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线;此外,冻融循环次数越多,对混凝土造成的损伤程度越大,在损伤发展的后期阶段,冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化,直至进入破坏阶段。     

不同试验条件下水工混凝土含气特性试验研究

为研究不同试验条件对水工混凝土拌和物含气量的影响,从环境温度、振实时间、单次拌和量3个方面,分析了试验条件对坍落度为50～70 mm的常态混凝土和140～160 mm的泵送混凝土含气量的影响。结果表明：环境温度与混凝土含气量成递减关系,当环境温度从10℃上升至35℃时,常态混凝土的含气量下降41.2%,泵送混凝土的含气量下降30.9%。含气量损失率随环境温度升高呈递增,当环境温度超过25℃时,含气量经时损失比较明显。随着混凝土振实时间延长,含气量呈下降趋势,当振实时间从5 s延长至30 s时,常态混凝土的含气量降低33.3%,泵送混凝土的含气量降低56.1%。混凝土含气量随单次拌和量增加而增大,当单次混凝土拌和量从搅拌机容量的20%增加至80%时,常态混凝土的含气量增加32.5%;泵送混凝土的含气量增加34.9%。研究结论可为现场施工及室内混凝土含气量控制提供参考依据。     

冻融循环作用下模袋混凝土耐久性试验研究

考虑到淮安市黄河故道干河下段(二河至涟水石湖段)治理工程四标段工程区在11月～次年2月进入季冻期,模袋混凝土衬砌防渗施工必然受到干湿循环及季节性冻融循环的不利影响.为提升模袋混凝土抗干湿循环和冻融循环的耐久性能,进行掺粉煤灰、硅粉以及粉煤灰、大理石粉对模袋混凝土材料性能的抗压强度试验、冻融循环试验及干湿循环试验分析.结...     

碾压混凝土层面强度特性试验研究

研究不同工况有层面碾压混凝土及其碾压混凝土本体强度特性,得出碾压混凝土本体强度、劈拉强度和轴拉强度均大于有层面碾压混凝土的相应强度,试验给出有层面展压混凝土抗压强度、层面劈拉强度、层面轴拉强度间相关关系,研究工作针对龙滩高碾压混缔造理力坝设计的需要,其成果为即将开工的龙滩工程建设提供了重要的参考依据。     

不同应力路径下膨胀岩力学特性试验研究

针对实际工程中膨胀岩应力状态的变化情况,对南水北调中线膨胀岩开展了三轴循环加卸荷试验以及卸荷试验。试验结果表明,可以用一负指数函数来拟合膨胀岩应变增加量与循环次数的关系。膨胀岩初始损伤度越大,滞回圈面积越大。经历一次循环加卸荷之后,膨胀岩的峰值强度和残余强度的增加量随着初始损伤度的增大逐渐减小。经历多次循环加卸荷作用的膨胀岩,其峰值强度和残余强度比只经历一次加卸荷循环作用的低。卸荷量与变形模量降低量之间的关系可近似用一条直线来拟合。