西宁地区黄土边坡植被根系协同护坡试验及模拟研究

为了研究西宁地区根系在常温和冻融下随含根量的增大对土体是否具有增强作用,选取原状黄土和三种植物根系（披碱草、华北米蒿和锦鸡儿）作为试验对象进行直剪试验,研究三种试样与原状黄土相比抗剪强度、内摩擦角和黏聚力的变化情况,并通过ABAQUS软件模拟研究试样的等效塑性应变在加固区域的规律。冻融下,三种试样随含根量的增大抗剪强度和黏聚力与土体相比均明显增大;常温下,三种试样在内摩擦角或黏聚力上均有最优含根量且对土体都有增强作用。通过有限元模拟得到的等效塑性应变图可知,黏聚力和内摩擦角均对等效塑性应变的大小有影响。     

冻融循环作用对乳化沥青冷再生混合料抗剪性能的影响

针对乳化沥青冷再生混合料进行反复冻融循环试验,测定不同冻融循环周期后试件的空隙率、贯入剪切强度及无侧限抗压强度,分析冻融循环作用下乳化沥青冷再生混合料力学性能、抗剪强度参数的衰变规律,同时通过扫描电镜(SEM)观察经冻融循环后的混合料微观形貌。结果表明:经过10次冻融循环后,空隙率增大1%,力学强度下降幅度达到20%,而对冷再生混合料粘聚力影响最大,其下降幅度可达到60%;冻融循环过程中产生的膨胀应力及温度应力破坏了混合料内部水泥水化产物形成的立体网状结构,导致冷再生混合料力学性能及抗剪强度参数的衰减。     

复合固化砂土力学及水稳性能试验研究

为探究经水泥、石灰和改性聚丙烯纤维复合固化砂土的力学及水稳性能,进行了系列室内试验,结果表明:随水泥掺量增加,固化砂土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度增大,但增长幅度减小,用一定量石灰取代水泥会降低水泥土强度,纤维可以提高水泥土强度,尤其是抗拉强度;水泥可大幅提高砂土抗剪强度和抗压回弹模量,随着纤维掺量的增加,固化土抗剪强度低于水泥土,黏聚力和回弹模量先增大后又减小,内摩擦角与黏聚力表现出负相关性;0.3%纤维加筋8%水泥固化土可以满足简易机场对基层材料的要求。     

复合固化砂土力学及水稳性能试验研究

为探究经水泥、石灰和改性聚丙烯纤维复合固化砂土的力学及水稳性能,进行了系列室内试验,结果表明:随水泥掺量增加,固化砂土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度增大,但增长幅度减小,用一定量石灰取代水泥会降低水泥土强度,纤维可以提高水泥土强度,尤其是抗拉强度;水泥可大幅提高砂土抗剪强度和抗压回弹模量,随着纤维掺量的增加,固化土抗剪强度低于水泥土,黏聚力和回弹模量先增大后又减小,内摩擦角与黏聚力表现出负相关性;0.3%纤维加筋8%水泥固化土可以满足简易机场对基层材料的要求。     

不同沥青基材料砂浆抗剪力学性能分析

为了量化分析沥青混合料中不同沥青基材料砂浆抗剪力学性能的优劣,使其结果作为判断沥青砂浆影响混合料路用性能的依据,以剪切试验为基础,分析了常规条件与冻融条件下,橡胶沥青砂浆、70#沥青砂浆及其加入外掺剂砂浆的应力响应规律,提出了定量分析砂浆抗剪性能的指标,对4种砂浆的抗剪力学性能进行了对比分析。研究结果表明:常规条件下,70#沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为橡胶沥青砂浆的77%和76%,加入外掺剂橡胶沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为未加外掺剂橡胶沥青砂浆的1.41倍和1.29倍,由此可知,使用橡胶沥青与加入外掺剂,不仅能够提高砂浆的强度,而且可以改善砂浆的抗剪力学性能;冻融条件下,70#沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为橡胶沥青砂浆的64%和61%,加入外掺剂70#沥青砂浆的黏聚强度c与内摩擦角φ分别为未加外掺剂70#沥青砂浆的1.18倍和1.46倍,由此可知,使用橡胶沥青与加入外掺剂能够改善砂浆的水稳定性,减少冻融损伤,确保冻融后砂浆的抗剪切力学性能。     

静水作用下沥青混合料强度衰减规律

将现场取芯的沥青混合料试件真空饱水后长期放置于静水中,定期测定试件的吸水率,采用劈裂试验和冻融劈裂试验测定试件的劈裂强度和TSR,采用60℃劈裂试验及无侧限抗压强度试验测定粘结力和内摩擦角,运用两种拟合方法对沥青混合料粘结力和内摩擦角变化趋势进行拟合。结果表明,沥青混合料试件初期阶段吸水率迅速增加,后期水分进入微空隙,吸水率增加缓慢;长期静水作用下沥青混合料的劈裂强度和冻融劈裂强度比均下降,前6个月下降速率较大,后期逐渐变慢,前期的下降速率是后期的3~4倍。在长达12个月的静水作用下,沥青混合料粘结力下降0.08 MPa,呈线性变化;内摩擦角下降10.3°,呈二次抛物线变化。     

碱激发粉煤灰-钢渣粉协同固化膨胀土力学特性与微观机理研究

针对北疆供水一期工程的膨胀土受干湿-冻融循环作用引起力学特性劣化诱发的工程灾变问题,本工作采用钢渣粉、粉煤灰两种工业废渣作为固化材料,NaOH作为碱性激发剂对膨胀土进行改良,通过开展无侧限抗压强度、直接剪切、侧限压缩、SEM扫描电镜和X射线衍射试验,探究碱性激发工业废渣固化膨胀土的力学特性和微观结构机理。试验结果表明：(1)随着不同改良试剂的依次加入,孔隙结构得到改善,黏聚力不断增大,当粉煤灰质量掺量约为15%,钢渣粉掺量约为18%,烧碱掺量约为5%时,改良的膨胀土结构整体性最为致密,黏聚力达到峰值,土体抗压抗剪强度达到最高,固化效果最为显著。(2)最优配合比的改良土随着养护龄期的延长,生成的水化硅酸系列凝胶增多,胶结程度增强,孔隙含量减少,土体密实性和整体结构得到明显改善,抗压和抗剪强度均有较大幅度的提高,说明龄期对改良土体强度的形成有大幅度的影响。(3)通过对不同试验材料掺量下最佳改良土体的微观机理分析,可知随钢渣粉和烧碱的加入有针棒状的水化硅酸钙以及无定形状的硅铝酸盐凝胶物质生成,胶结联结土颗粒形成团聚体,颗粒间接触点增加,土体结构稳定性增强,从宏观力学行为上表现为固化土体整体强...     

干湿循环条件下生物聚合物改良砂土强度特性

通过无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验对生物聚合物(XG)/砂土复合材料强度特性进行研究，分析不同XG含量(与砂土质量比)和不同干湿循环次数对XG/砂土的强度特性的影响，并利用扫描电子显微镜和低场核磁共振分析仪对不同XG/砂土的微观结构进行分析与研究。研究结果表明：随着XG含量的增加，XG/砂土的无侧限抗压强度、峰值偏应力和黏聚力均发生增强，内摩擦角在27°～32°范围内变化。随着干湿循环的次数的增加，XG/砂土的无侧限抗压强度、峰值偏应力和黏聚力均发生一定的减小。当经历4次干湿循环时，XG/砂土的强度降幅为28.57%。随着干湿循环次数的继续增加，强度的降幅趋于平缓。生物聚合物可以在砂土表面和孔隙中形成大量的网状结构，大量的网状结构相互连接为网状膜将砂土连接为一个整体。环境中水分的变化会使得网状膜产生一定的损伤，使得XG/砂土的力学性质降低。但相较于未经改良的砂土，XG/砂土仍然拥有较强的结构性能和力学性能。     

冻融条件下公路桥梁板式氯丁橡胶支座抗剪试验

公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响,为了研究公路桥梁板式氯丁橡胶支座在受到气候影响时的各项抗剪性能指标变化情况,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对氯丁橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75、100次,并对其进行抗剪试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究冻融循环对氯丁橡胶支座的抗剪承载力、抗剪强度、水平等效刚度、抗剪弹性模量的影响。结果表明,氯丁橡胶支座在冻融循环处理条件下比标准试件更易发生破坏,且钢板外露、裂缝等破坏现象更严重。氯丁橡胶支座的抗剪承载力、抗剪强度、水平等效刚度、抗剪弹性模量都随冻融程度的加深而降低。采用最小二乘法对其抗剪强度和抗剪弹性模量变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,抗剪强度和抗剪弹性模量的变化趋势基本符合幂函数规律。     

电石渣稳定土抗压强度影响因素及预估模型研究

电石渣是一种工业废料,可用于制备电石渣稳定土(Carbide slag stabilized soil,CS).本研究以粉黏质黄土为稳定对象,分析了试件压实度、养生龄期和电石渣含量等因素对CS无侧限抗压强度的影响,并建立了包含养生龄期(T)、孔隙率(n)和电石渣体积率(Civ)等因子的无侧限抗压强度(Rc)的电石渣稳定土强度预估模型.结果表明:CS试件无侧限抗压强度随压实度的增加呈线性增长,随养生龄期的延长呈对数型增加,同时随电石渣含量的增加显著提升.该模型能较好地预测CS试件的无侧限抗压强度,预估强度同实测强度误差绝对值在0.25 MPa之内,相对误差小于20％.     

膨润土改性砂土工程性质及其在盾构施工中的应用

砂性土因黏聚力小、摩擦力大、结构松散等性质常造成诸多工程风险,在盾构施工中一般采用改良剂对砂性土进行处理,但由于对改性砂土的工程性质认识不足,仍存在刀具磨损大、压力舱堵塞、出土不畅等问题。为了研究膨润土泥浆改良富水砂层过程中土体渗透系数、抗剪强度、塌落度等指标的变化规律,对富水砂层土体开展了膨润土泥浆配合比试验、膨润土泥浆改良土体试验及掺合料增效试验,并结合典型工程应用验证了试验结果的可靠性。研究表明:(1)相同质量分数下钠基膨润土泥浆粘度和密度优于钙基膨润土,当膨润土泥浆质量分数大于11.0%时,泥浆粘度随膨化时间延长而显著增大,膨润土泥浆最优膨化时间为16～18 h;(2)土体渗透系数随泥浆注入比的增大呈非线性减小的变化趋势,土体内摩擦角、黏聚力及塌落度与泥浆注入比呈线性关系,其中改良砾砂的内摩擦角和黏聚力对泥浆注入比变化最为敏感;(3)膨润土泥浆膨化过程中掺入纤维素钠能改善泥浆性能,在砂土改良过程中掺入Q_3黄土能显著提高土体改良效果。     

冻融低剪跨比RC梁抗震性能试验研究

通过人工气候模拟实验室对6榀剪跨比为2.6的钢筋混凝土(Reinforced concrete, RC)梁试件进行加速冻融循环试验,继而对其进行拟静力加载试验,根据试验结果分析了冻融循环作用和混凝土强度变化对RC梁试件破坏形态、滞回曲线、承载能力、变形能力和耗能能力等抗震性能指标的影响。结果表明:冻融后混凝土抗压强度降低,内部孔隙率变大,微裂缝增多,梁试件表面出现裂缝。各梁试件在拟静力加载试验后均发生了弯剪破坏。随着冻融循环次数的增加,试件的承载能力与耗能能力逐渐退化,延性先略微增长后显著下降;随着混凝土强度等级的提高,试件受冻融循环作用造成的损伤程度有所减轻,各试件的屈服、峰值、极限承载力均有所增大,耗能能力增强,延性无明显变化。     

吕梁地区压实马兰黄土变形与抗剪强度特性

针对吕梁地区压实马兰黄土的变形及抗剪强度特性开展了压缩及直剪试验研究,分析了初始压实度及初始含水量与抗剪强度指标之间的关系及其对土体压缩变形的影响,并基于割线模量法提出了压实马兰黄土在初始压实度及初始含水量变化时的变形修正公式。研究结果表明:压实马兰黄土初始含水量w及初始压实度K与粘聚力c及内摩擦角#x003c6;呈线性关系;在不考虑压实度及含水量的影响时,侧限压缩应变#x003b5;与垂直压力p关系可用#x003b5;=kpn表达;压实马兰黄土割线模量E_soi与K呈线性关系,且与1/w的关系曲线与抛物线非常相似。建立的压实马兰黄土在初始压实度及初始含水量变化时的变形修正公式可以用于吕梁地区压实马兰黄土填筑地基变形分析与计算。     

改良黄土强度特性的室内冻融循环试验研究

我国黄土面积分布很广的西北、华北地区是典型的季节性冻土地区,这些地区的路基很容易产生冬季冻胀,春季翻浆冒泥等路基病害。工程中,通常采用掺入水泥、石灰和粉煤灰等无机结合料来加固黄土。本文主要对水泥、石灰、粉煤灰改良黄土的强度特性进行室内冻融循环试验研究,试验结果表明各种改良黄土经过几次冻融循环后强度都有所损失,故建议对改良土路基辅助采用以下几种方法来减轻冻融循环所导致强度的降低和损失:1)对于给定的无机结合料掺量,各组成材料混合后应尽可能压密;2)采取保温措施,减少负温总量;3)改良黄土应避免高含水量情形,可在路基中采用软式透水管整治冻害;4)最好对改良黄土掺加某些外加剂。如:在水泥改良黄土中掺入新型高分子材料SH从而提高其抗冻融能力。     

冻融循环后一字形短肢剪力墙抗震性能试验研究

为了研究冻融循环作用、混凝土强度和轴压比对一字形短肢剪力墙抗震性能的影响,探讨冻融环境下一字形短肢剪力墙的轴压比限值,设计制作了6个剪跨比为1.14的一字形短肢剪力墙试件并对其进行了200次循环的人工气候冻融试验,进而进行拟静力试验。基于试验描述了各试件的破坏过程与特征,并以抗剪承载力、延性系数、塑性转角、强度衰减、刚度退化和累积滞回耗能等指标为参数,分析了冻融环境下一字形短肢剪力墙抗震性能的衰减规律。试验结果表明:冻融循环作用对一字形短肢剪力墙的抗剪承载力、强度衰减、刚度退化和耗能能力影响较为显著,而对其变形能力影响较小;冻融循环次数不变,增大混凝土强度可有效增强一字形短肢剪力墙构件的抗冻性能,提高其抗震能力;冻融环境下,应严格控制一字形短肢剪力墙构件的轴压比。     

单面盐冻条件下基于孔结构的玄武岩纤维混凝土抗压强度模型

通过单面冻融循环试验,研究不同玄武岩纤维掺量、冻融次数对混凝土抗冻性能和微观孔结构的影响;采用灰熵法分析微观孔结构参数对冻后混凝土抗压强度的影响规律;拟合得到不同冻融循环次数下玄武岩纤维贡献率公式;建立基于气孔比表面积、孔体积、玄武岩纤维贡献率的复合因素抗压强度模型。结果表明:不同纤维掺量下试件的抗压强度随冻融循环次数的增加逐渐减小,试件的含气量、气孔平均弦长和气孔间距系数随冻融次数的增加逐渐增大,试件的气孔比表面积随冻融次数的增加呈下降趋势。在本试验条件下纤维掺量为0.2%(体积分数)时混凝土抗冻性能最优。由灰熵分析可知,气孔比表面积和孔径小于100μm的孔体积与抗压强度的关联度较高。复合因素抗压强度模型与气孔比表面积、孔体积、玄武岩纤维贡献率之间回归效果显著,可预测单面冻融循环后玄武岩纤维混凝土抗压强度与孔结构的定量关系,评估寒冷地区玄武岩纤维混凝土的耐久性。     

不同冻融介质作用下混凝土力学性能衰减模型

通过快速冻融试验,研究了三种不同冻融介质(水、3.5wt%NaCl、飞机除冰液)对混凝土质量损失、动弹模量以及力学性能的影响,比较了三种冻融介质对混凝土损伤程度的大小,分析了混凝土相对动弹性模量与相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度之间的关系,基于相对动弹性模量建立了相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度衰减方程。结果表明:3.5wt%NaCl溶液对混凝土的损伤度要远大于单纯水冻融循环对混凝土的损伤度,飞机除冰液对混凝土冻融损伤具有抑制作用;混凝土抗压、抗折强度以及相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加而降低;三种冻融介质下混凝土抗压、抗折强度损失率大小关系为:3.5wt%NaCl水飞机除冰液;相对动弹性模量与相对剩余抗压强度、相对剩余抗折强度相关性好,可以通过测定混凝土相对动弹性模量来评估混凝土相对剩余强度。     

寒旱区路基冻融风蚀复合侵蚀机理试验研究

寒旱区路基常年受到风沙侵蚀,同时由于强烈温差变化造成路基填料因积雪融水入渗而引起冻融循环侵蚀破坏。路基会因风蚀和冻融侵蚀的复合作用引起结构损伤下抗剪强度的持续衰减。以内蒙古那-苏省际大通道锡林郭勒盟桑根达来段的风沙土填方路段为例,考虑不设边坡防护的裸边坡为最不利情况,通过冻融风蚀风洞试验研究路基在冻融循环和风蚀循环前后填料土体抗剪强度的变化规律,将路基填料土体抗剪强度的变化作为其抗复合侵蚀能力的表征,分析冻融循环侵蚀和风蚀作用对填料土体侵蚀机理的不同,以及两种不同侵蚀作用受填料含水率的影响,揭示寒旱区路基冻融风蚀复合侵蚀机理。     

稻壳灰橡胶混凝土抗冻融性能及微观结构

为研究稻壳灰橡胶混凝土(RRC)的抗冻融性能，对比分析在氯盐环境下冻融循环后，普通混凝土(Normal concrete,NC)、橡胶混凝土(Rubber concrete,RC)和RRC的质量损失、相对动弹模量损失、强度损失及微观结构特征，同时对相对动弹模量与相对抗压强度的关系进行拟合分析。结果发现：随冻融循环次数增加，稻壳灰橡胶混凝土表面坑蚀愈明显，内部孔隙增多，微裂缝发展并贯通，宏观强度显著降低，相对动弹模量与抗压强度有良好相关性，拟合结果较优。橡胶的高弹性和稻壳灰极高的火山灰效应有效缓解了冻胀力带来的损伤，各冻融阶段RRC的损伤程度均明显优于NC，其中以稻壳灰掺量(占胶凝材料质量比)为10%、橡胶掺量(等体积取代砂)为10%时的RRC力学性能与抗冻融性能综合最优，经历120次冻融循环后，其抗压强度损失率较NC降低了18%。     

聚丙烯纤维水泥基复合材料的抗冻性能研究

为改善桥梁伸缩缝处混凝土结构的冻害问题,本试验成功制备了加入聚丙烯纤维的超韧性水泥基复合材料(PP-ECC),对其进行了抗冻性能研究,采用先干搅再湿搅的搅拌工艺,并以试件质量损失为评价指标,分析了冻融循环条件下材料的抗冻性能;以抗压、抗折、抗拉等指标为依据,研究了该复合材料经受不同冻融次数后的力学性能变化,并对PP-ECC的体积膨胀变形进行了时程分析。结果表明,随着冻融次数的增加,抗压、抗折、抗拉强度呈下降趋势,试件质量损失逐渐增大;冻融体积膨胀应变随着冻融温度的交替升降也呈现出时程规律性变化,此外,最大膨胀应变随着冻融次数的增加而明显增大。最后通过在相同冻融循环次数后与普通混凝土相对比,可知PP-ECC材料的基本性能指标,包括质量损失率、抗压强度、极限抗拉强度、极限拉应变、抗折强度以及抗冻融体积膨胀变形性能等仍能保持较高的水平,极限拉应变是普通混凝土的120～400倍,有显著的拉伸韧性,并且300次冻融循环后PP-ECC的质量损失率低于5%,该研究成果可为PP-ECC在国内寒冷地带桥梁伸缩缝无缝化的推广应用提供一定的理论参考。