粉土–混凝土接触面冻结强度试验研究

土与结构物接触面冻结强度是寒区构筑物基础切向冻胀力计算及抗冻拔模型建立的重要参数。为解释土与结构物接触面冻结强度形成机制,探究其影响因素及变化规律,针对粉土–混凝土接触面开展多种含水率、温度及干密度条件下的正交直剪试验研究。试验结果表明:(1)试验设计的控制因素对抗剪强度影响的主次顺序为:含水率>温度>干密度,低温、高含水率、低干密度条件下,接触面的抗剪强度试验达到最佳;(2)含水率、温度对接触面的抗剪强度影响显著,接触面抗剪强度随含水率及温度绝对值的增大而增强,且二者对接触面抗剪强度的影响具有交互作用;(3)随法向压力增大,含水率对接触面抗剪强度的增强作用逐渐变小,而温度对接触面抗剪强度的增强作用仍能得到提高。基于试验结果进行讨论,给出了土与结构物接触面冻结强度形成及破坏机制的一种解释,研究结果可为切向冻胀力计算和抗冻拔模型的建立提供参考。     

青藏直流输变电工程基础冻结强度试验研究

土与基础接触面间的冻结强度是评价冻土区基础工程抗拔性能,分析构筑物与冻土相互作用的基础和关键。通过不同含水率和不同温度青藏粉土与混凝土接触面的直剪试验,研究了冻结强度变化规律。结果表明,温度、含水率和法向应力均对冻结强度和冻结强度恢复有显著的影响。冻土沿接触面的剪切滑移会导致冻结强度损失,冰胶结能力的破坏导致接触面黏聚力减小,表面粗糙程度的增加导致内摩擦角增大,内摩擦角增加对冻结强度增加的贡献远远小于黏聚力减小导致的冻结强度降低。由于含水率、温度和法向应力对冻结强度有显著的影响,冻结强度对于评估基础所受的切向冻胀力以及评价基础的冻拔安全性具有重要的意义。但是,现行规范中冻土区基础切向冻胀力设计值主要依据土体冻胀敏感性确定,并未考虑含水率、温度和法向应力的影响,可能导致切向冻胀力设计值与基础实际受到的冻胀力存在较大的差异,引起基础冻胀失稳或经济浪费。     

垫层料冻融循环强度特性试验研究

面板坝垫层料的冻融循环会影响垫层材料的强度变化,影响坝体的正常使用。为探索寒区面板坝垫层料的冻融规律,采用改进的单向固结装置,针对不同冻融次数、相对密度、初始含水率的垫层料进行了冻融循环试验。结果表明:摩擦角随冻融次数的增大而逐渐增大并趋于稳定,粘聚力随冻融次数增加没明显变化;摩擦角随初始含水率的增大而逐渐减小,随相对密度的增大逐渐增大;定义了摩擦因素系数,拟合了摩擦因素系数和摩擦角之间的关系曲线。     

典型季冻土冻融循环下抗剪强度指标研究

笔者选取黏土、粉质黏土、粉土质砂3种典型的季冻区土类,模拟实际工况采用GDS低温振动三轴仪试验测试不同冻融循环和围压条件下试样土的静力特征,并计算其抗剪强度指标,拟合出3种典型季冻土的黏聚力和内摩擦角变化曲线,对工程实际应用具有一定的理论参考价值。综合各项指标,3种典型季冻土的冻融循环稳定性顺序为黏土粉质黏土粉土质砂,为保证季冻区土基的安全稳定及性能要求,宜选择含砂类型的土作为基层。     

冻土与结构接触面冻结强度压桩法测定系统研制及试验研究

为探究冻土与结构接触面冻结强度影响因素及其影响规律,依据接触面冻结强度传统定义,应用压桩法原理研制冻土与结构接触面冻结强度测定系统,并利用该系统开展多影响因素条件下接触面冻结强度测定试验研究。试验研究表明:冻土与结构接触面冻结强度呈现脆性破坏及应变软化,残余强度呈周期性波动及衰变等典型特征;冻土与结构接触面冻结强度受接触面温度和粗糙度影响显著,在试验温度范围内,分别呈线性和对数函数关系。利用埋设于抗压桩身侧面的微型土压力传感器,揭示了接触面压应力沿桩身分布规律,以及接触面压应力随冻结时间、剪切位移变化规律,并将其与接触面温度、冻结强度等变化规律进行对比分析和验证。     

人工冻结砂土与结构接触面冻结强度试验研究

 为探究人工冻结砂土与结构接触面冻结强度影响因素及其规律,揭示冻结强度形成机制,利用自行研制的大型冻土直剪仪开展冻结强度试验研究。结果表明：人工冻结砂土与结构接触面冻结强度受接触面温度、法向应力、粗糙度等因素影响显著;冻结强度均随接触面温度降低而增大,其中极限冻结强度随接触面温度降低而线性增大,残余冻结强度随接触面温度变化呈现持续稳定、先波动后稳定及循环波动3种典型规律;冻结强度均随法向应力增大而增大,其中极限冻结强度与法向应力关系符合莫尔–库仑定律,残余冻结强度随法向应力变化呈现同样3种典型规律;冻结强度均随粗糙度增大而增大,其中极限冻结强度与粗糙度满足对数函数关系,残余冻结强度曲线波动式循环周期随粗糙度增大而增大。进一步揭示接触面冻结强度形成机制,并对残余冻结强度呈现黏滑现象作出合理解释。通过接触面冻结强度多影响因素综合分析,给出极限冻结强度与接触面温度、法向应力、粗糙度的经验公式,可用于预测极限冻结强度值。     

冻融循环对冻土–混凝土界面冻结强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对冻土–混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。     

温度效应下黏土-混凝土桩界面直剪试验研究

近年来,地热能源桩的应用越来越广,但在温度效应对桩土接触面力学特性的研究试验较少。文中介绍了一种能考虑温度效应的大型桩土接触面直剪仪,并对在温度、外荷载耦合作用下的黏土-混凝土接触面力学特性进行了直剪试验研究。试验研究表明,在升温时,黏土内部会形成固定的温度梯度,黏土层中的水分会随着该温度梯度的方向进行运移,并且随着法向压力的提升运移效果减弱。随着温度的升高,黏土-混凝土接触面抗剪强度下降,并随着法向压力的增大,抗剪强度下降的幅度降低,温度效应主要通过影响接触面的粘聚力,对摩擦角的影响较小。将干砂-混凝土接触面剪切应力-位移曲线分为"线性段"、"极限段"和"稳定段"。同一法向压力作用下,温度升高时,"线性段"界面剪切应力增速变慢,"极限段"界面剪切应力值变小,"稳定段"界面剪切应力受影响不大。界面升高相同温度梯度时,法向压力大小对最大剪切应力降低值影响相对较小。     

变冷端温度的人工冻土冻结试验研究

针对人工冻土边界温度变化迅速的特点展开了变冷端温度的人工冻结试验研究，结果表明采用的试验方法可以较好地控制人工冻土冷端边界温度和土样的初始温度场，这为冻土试验的可重复性提供了保证。     

冻融循环作用下原状过湿土的抗剪强度试验

为了研究季冻地区过湿土的抗剪强度特性,利用青冈过湿土路基段原状土进行抗剪强度试验,分析了不同含水量对过湿土的抗剪强度影响,重点研究了冻融循环作用下过湿土抗剪强度变化规律。试验结果表明:不同含水量的过湿土应力应变曲线均趋于硬化型,含水量越大,过湿土的抗剪强度越小,相应的内摩擦角和黏聚力也越小;同未冻融土相比,经冻融循环的过湿土黏聚力显著增加,内摩擦角减小;相同含水量的过湿土经冻融循环的次数越多,融化后土的抗剪强度越大,而且随着冻融次数的增多,黏聚力开始下降,内摩擦角显著增大。     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明:在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4mm/min增加至5.0mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81～5.93kPa之间。     

冻融循环下BFRP筋与混凝土黏结强度试验研究

为了研究冻融循环作用下BFRP筋与混凝土黏结强度,对不同冻融次数（0、10、20、40次）和不同混凝土强度等级（C30、C35、C40）共36个试件进行冻融循环试验和中心拉拔试验。试验结果表明:未经冻融循环的试件和冻融循环40次（C30）试件发生拔出破坏,其余冻融试件均发生劈裂破坏;随着混凝土强度等级提高,脱胶强度和黏结强度逐渐增加;随着冻融循环次数增加,BFRP筋与混凝土的黏结强度和峰值滑移呈现出先增加后减小的趋势,而脱胶强度随冻融循环次数增加逐渐减小。     

大型多功能冻土-结构接触面循环直剪系统研制及应用

在天然冻土区和人工冻土工程中存在着大量冻土与结构物接触面问题,而目前尚无有关此类接触面剪切行为的试验研究手段。为此,研制了大型多功能冻土-结构接触面循环直剪系统DDJ—1,该系统性能优异：能实现0～-20℃范围内对接触面温度的精确控制;能精确施加常刚度、常位移、零法向应力和常应力4种法向边界条件;能够模拟多种粗糙度的接触面实现循环和单调两种剪切形式;能够观测接触带的破坏状态和厚度,同时可以测量接触带土体内部的剪切位移;应力施加、位移控制和温度调节精准。试验结果表明：该系统能准确地再现冻土与结构接触面的力学行为、变形行为,可为系统开展冻土-结构接触面的研究提供试验基础和重要思路。     

冻融循环作用下橡胶颗粒混合土强度特性试验研究

对冻融循环作用后的橡胶颗粒混合土（RST混合土）进行无侧限抗压强度试验,分析强度影响规律。结果表明,在28d养护龄期,虽然掺入橡胶颗粒的RST混合土抗压强度相对水泥土会降低,但是其抗冻融性能比水泥土强;冻融循环5次后,随着水泥掺量的增大,掺有橡胶颗粒的试件强度的提高率明显强于未掺入橡胶颗粒的试件;冻融循环5次后,橡胶颗粒的掺入从一定程度上减缓了由于含水量的不同而导致的RST混合土强度的降低速率。     

冻融循环后再生混凝土力学性能试验研究

为了研究再生混凝土冻融循环后的力学性能变化,通过改变冻融循环次数,对不同强度的再生混凝土和普通混凝土的抗冻性能进行试验研究,分析混凝土立方体抗压强度、质量、动弹性模量及超声波损失率的变化规律,并针对内蒙古地区,对不同强度的再生混凝土进行了抗冻耐久性寿命预测,同时对达到寿命服役期的最大抗压强度损失率给出了建议。研究结果表明:冻融循环50次前,再生混凝土与相同强度等级的普通混凝土的抗冻性能相差不大,冻融循环50次后,再生混凝土的抗冻性能略低于普通混凝土的,且随着冻融循环次数的增加,再生混凝土抗冻性能的劣势越来越显著;强度等级对再生混凝土试件的抗冻性能影响较大,强度等级越低,再生混凝土的冻融损伤越严重;超声波对冻融循环作用下再生混凝土的损伤较动弹性模量法更为敏感,建立的冻融损伤模型能够较好地反映再生混凝土冻融循环后的力学性能变化规律。