冻融循环作用下危岩体滑移破坏数值优化分析

冻融循环作用是寒区危岩体崩塌失稳的主要诱因，对寒区危岩体滑移破坏的孕灾因素进行数值优化分析尤为重要。首先，基于极限平衡理论，考虑危岩体贯通段结构面冻胀力、未贯通段岩石黏聚力劣化及冻结深度演化，建立冻融循环作用下滑移式危岩体稳定性分析模型；其次，基于岩石冻胀理论，考虑冻结过程中水分迁移推导得到贯通段冻胀力计算方法；再次，将岩石细观孔隙抽象为无数圆形孔洞，根据圆孔扩张理论和莫尔-库伦屈服准则分析孔隙冻胀破坏过程，构建冻融循环作用下未贯通段岩石黏聚力细观劣化模型；最后，通过改进Stephan经验公式得到未贯通段岩石冻结深度随冻融循环次数演化的计算方法。结合工程算例分析各敏感参数对危岩体稳定性的影响发现：滑移式危岩体稳定性随冻融循环次数的增加呈先快后缓的下降趋势；危岩体稳定性系数与冻结温度呈正相关，相同冻结温度下，危岩体稳定性系数的下降随冻融循环次数增加出现明显的边际递减效应；危岩体稳定性与岩屑流失比呈负相关，且岩屑流失比会同时改变稳定性劣化趋势和劣化程度，控制岩屑流失比有利于寒区危岩体的长期稳定性。     

冻融循环作用下倾倒式危岩体稳定性劣化模型

为了探究冻融作用对倾倒式危岩体稳定的作用机理及长期劣化规律, 基于极限平衡理论,考虑结构面冻胀力、未贯通段抗拉强度劣化及冻结深度演化对倾覆点力矩的影响,构建倾倒式危岩体稳定性分析方法. 基于岩石冻胀理论,考虑岩石碎屑流失、微裂隙倾角、温度等参数对孔隙半径冻胀破坏的影响,建立岩石抗拉强度劣化模型并验证其合理性. 利用裂隙分布不均性修正Stephan冻结深度经验公式,得到冻融循环作用下岩石冻结深度计算方法. 结合工程算例,讨论不同敏感参数对倾倒式危岩体稳定性的影响. 结果表明：初始抗拉强度越低、孔隙率越大,危岩体稳定性劣化效果越显著;当环境温度高于263.15 K (?10 ℃)时,危岩体稳定性对温度的变化敏感,危岩体保温措施的效果显著;当碎屑流失比超过0.8时,冻融循环作用对危岩体的劣化速率明显加快,倾倒式危岩体的长期冻融劣化效应明显,控制冻胀破坏产生的碎屑流失有利于寒区危岩体保持长期稳定.     

冻融环境下混凝土的断裂损伤试验研究

为研究冻融作用后混凝土的断裂性能及断裂特征,依据GBJ82-85混凝土快速冻融循环试验方法,对24组共72块混凝土试件进行冻融试验.采用四点弯曲试验法分析了300次快速冻融循环条件下水灰比、引气剂对混凝土断裂韧度,断裂能及相对动弹模损失率的影响,并进行了混凝土形貌分析.结果表明,随冻融循环次数的增加,混凝土的断裂韧度、断裂能及相对动弹模损失率呈明显下降趋势,水灰比越大、混凝土随冻融循环次数增加损伤程度越大.引气剂能够大幅度降低由于冻融循环造成的混凝土结构的损伤,断裂能损失率与相对动弹模损失率之间具有良好的线性关系.     

库水变动状况下危岩变形破坏机理分析

为了查明大山庙危岩体宏观变形破坏特征,掌握在库水波动作用下,危岩体内部岩体劣化程度及其强度变化状况,分析其变形破坏机理,对其失稳模式进行研判,在宏观调查的基础上,进行了现场声波测试,以及室内干湿循环状况下抗压强度和耐崩解性试验测试。结果表明：危岩体变形破坏特征主要为拉裂、剪切、坠落,干湿循环对危岩体有较明显的劣化作用,其完整性、强度和耐崩解性均存在明显降低趋势。大山庙危岩体变形破坏机理为在库水波动作用下产生的结构和材料连续累进性破坏过程,其最可能的失稳模式为剪切－滑移。     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

冻融受荷岩石唯象损伤扩展特性探讨

针对工程地质和岩土工程中所涉及到的冻害问题,从细观力学机理出发,将冻融循环次数及应变和岩石的损伤变量联系起来,得到宏细观相结合的冻融受荷岩石损伤演化方程及损伤扩展本构关系;对冻融荷载作用后的岩石进行唯象损伤扩展特性分析.研究发现:岩石的冻融损伤是一个疲劳损伤破坏过程,在寒区岩体工程设计和施工中,必须考虑冻融损伤的影响;寒区工程结构受荷岩石的岩性、初始损伤状态及力学性质的不同,造成冻融循环和荷载对损伤扩展的影响差别非常大,并表现出终态的宏观差异.     

硅灰对冻融环境下混凝土断裂损伤的影响

依据GBJ82-85混凝土快速冻融循环试验方法,采用四点弯曲试验法分析了不同冻融循环条件下引气剂对普通混凝土及硅灰混凝土断裂韧度、断裂能及抗压强度的影响;对混凝土断裂面进行了形貌分析,利用扫描电镜进行混凝土内部微观结构分析.结果表明,随冻融循环次数的增加,未掺引气剂的混凝土的断裂韧度、断裂能及相对动弹模损失率呈明显下降趋势;混凝土随冻融循环次数增加损伤程度增大.相同条件下,普通混凝土较之硅灰混凝土的抗冻性差;引气剂能够大幅度降低由于冻融循环造成的混凝土内部结构的损伤,提高混凝土的抗冻性.     

基于断裂力学与最优化理论的危岩稳定可靠性时效计算方法

考虑时间效应,基于断裂力学理论,建立了考虑时效的危岩稳定性计算方法。考虑危岩主控结构面贯通长度和断裂韧度两个变量的概率分布,引入非线性最优化计算方法建立了危岩稳定可靠性的优化计算方法。以万州太白岩59#危岩为例,分析了危岩可靠指标和危岩失稳概率随不同结构面贯通长度标准差、断裂韧度标准差和结构面倾角的变化规律。     

冻融受荷协同作用下沥青混合料损伤模型研究

为研究寒区沥青路面抗冻融性能,借助细观损伤力学与宏观统计随机损伤理论,提出冻融变量、荷载变量及协同效应等概念,构建了冻融与荷载共同作用下的沥青混合料损伤本构关系和损伤演化方程,揭示冻融循环次数、应变及油石比影响下的沥青混合料冻融受荷损伤劣化机理.研究表明:寒区沥青混合料力学性能受冻融变量、荷载变量及协同效应影响显著,在冻融受荷协同作用下总损伤劣化呈非线性加剧趋势,沿冻融和受荷两条途径的损伤率演化规律迥异.冻融循环次数和油石比对损伤变量影响较大,但冻融次数超过20时,损伤变量和损伤率降幅均显著且趋于恒定.适当上浮最佳油石比,可有效改善寒区沥青混合料的抗冻融耐久性能.     

基于模糊理论的寒区岩质路堑边坡稳定性分级标准研究

季节冰冻地区的冻融循环作用对岩质路堑边坡产生稳定性影响,为研究寒区岩质路堑边坡病害的产生条件以及评价方法,选取影响寒区岩质边坡稳定性的常用指标,建立综合评价体系,同时基于权重矩阵采用模糊理论建立寒区岩质路堑边坡稳定性的分级标准。研究结果显示本分级标准适合于由多因素控制其稳定性的岩质工程。     

基于颗粒流的富水岩石冻融后拉伸力学行为研究

为了研究岩石冻融作用下的拉伸力学行为,提出基于孔隙水颗粒和颗粒膨胀的方法模拟岩石孔隙水低温相变膨胀过程,推导得到了孔隙水颗粒体积与温度和未冻水含量的关系方程。然后,采用提出的新方法开展了富水岩石冻融循环和冻融后巴西劈裂数值计算,通过与室内试验结果对比验证了提出的岩石冻融颗粒流方法的可行性和可靠性。计算结果表明：冻融循环过程中圆盘内的裂隙容易在圆盘表面聚集;冻融循环次数较少时,劈裂试验中圆盘内裂隙主要集中在中心线附近,冻融循环次数较大时,在远离圆盘中心线位置会产生大量裂隙;冻融循环和劈裂试验中,试样的拉伸破坏率均远大于剪切破坏率。     

季冻区CRTS I型无砟轨道不平顺规律及受力特性

为探讨路基冻胀变形对轨道不平顺及结构受力的影响规律,基于ANSYS有限单元分析方法,以哈大高速铁路冻胀区路基段为研究基础,建立了考虑限位凸台、凝胶树脂及层间粘结接触特征的CRTS I型板式无砟轨道-路基冻胀冻融耦合精细化有限元模型. 在此基础上,探讨局部冻胀区路基冻胀变形发生位置、不同冻胀波长及幅值对无砟轨道结构的影响,分析了短波冻胀下轨道不平顺、层间离缝特性与静力学性能. 结果表明:短波冻胀时无砟轨道结构不平顺范围、变形、离缝、受力等各项指标均随冻胀波长的减小、冻胀峰值的增加而增大;冻胀发生于底座板板中时对轨道结构受力影响最大,冻胀发生于底座板伸缩缝时对轨道结构变形离缝影响最大;相对于轨道板结构,底座板承受拉应力最大,冻胀发生于底座板板中时结构受力影响更大;在轨道结构抗拉强度方面,底座板为限制结构,建议冻胀检修限值的波长为10 m、峰值为5 mm.     

Experimental investigation and prediction model for UCS loss of unsaturated sandstones under freeze-thaw action

Sandstone is widely distributed in cold regions and the freeze-thaw deterioration of them has caused many geological engineering disasters. As an important and direct index of frost resistance, the strength loss of sandstones under freeze-thaw actions should be investigated to provide a guidance for the stability assessment of geological engineering. In this research, the UCS (Uniaxial compressive strength) loss of six typical sandstones with different water contents after 0, 20, 40 and 60 freeze-thaw cycles was measured in the laboratory. The experimental results indicated that the freeze-thaw damage was more serious in sandstones containing high water contents, and the critical saturations for causing a significant loss of UCS under freeze-thaw were 60%-80% for these sandstones. Below this critical saturation, the UCS loss of the sandstones was mainly caused by water weakening rather than freeze-thaw damage. Besides, a developed strength prediction model was proposed by combining the exponential decay function and multiple linear regression method. The initial porosity, elastic modulus and tensile strength of fresh sandstones were a good parameter combination to accurately determine the decay constant in this developed model. The main novelty of this model is that it can accurately and easily estimate the UCS loss of sandstones after any freeze-thaw cycle only using the initial parameters of fresh sandstones, but it does not need to perform freeze-thaw and mechanical strength experiments. This study not only provides an accurate prediction model of UCS under freeze-thaw, but also makes a contribution to better understanding the frost resistance mechanism of sandstones.     

冻融循环下路基土冻胀率与塑性指数相关性研究

取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,通过对室内制备的试样在经历0～8次完整冻融循环过程后,统计试件体积冻胀率及高度冻胀率,得出如下结论:冻胀率随冻融循环次数增加而增大,相同冻融循环次数条件下,冻胀率随塑性指数增加而增大.对试验数据进行多元非线性拟合,建立不同塑性路基土冻胀率与塑性指数及冻融循环次数关系,拟合效果理想,可为缺乏冻胀率资料的季冻区路基设计及施工提供参考.     

U形玻璃钢渠道抗冻胀效果数值模拟

为研究U形玻璃钢渠道在北方季节性冻土区的抗冻胀效果,采用有限元分析软件ANSYS对玻璃钢渠道的温度场和位移场进行模拟分析,研究了衬砌板的冻胀变形.结果表明：与混凝土渠道相比,玻璃钢渠道能使衬砌板的冻胀变位值更加均匀,冻胀不均匀程度也较小,且玻璃钢材料本身具有良好的韧性,适应变形的能力很强,具有良好的抗冻胀效果,值得推广.     

包浆再生粗骨料对自密实混凝土力学性能及抗冻性的影响

通过自密实包浆再生骨料混凝土力学性能及快速冻融循环试验,从试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及冻融后试件的质量损失率、抗压强度损失率及相对动弹性模量角度研究了再生粗骨料包浆对自密实再生混凝土性能的影响,结合SEM电镜试验从微观上分析了骨料包浆对混凝土抗冻性能的改善机制.结果 表明:普通混凝土和再生混凝土的劈裂抗拉强...