冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究

 针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明：冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。     

冻融循环条件下岩石核磁共振特性的试验研究

 为研究岩石在冻融循环作用下微观结构的变化特征,选取寒区花岗岩为试样,在冻结温度为－40 ℃,融解温度为20 ℃条件下分别进行0,10,20,30和40次冻融循环试验,并对冻融循环后的岩样进行核磁共振(NMR)测量,得到不同冻融循环次数后岩样的横向弛豫时间T2分布及核磁共振成像图像。结果表明：花岗岩的T2分布主要为3个峰,第一个峰和第二个峰的面积之和占全部峰总面积的98%以上,表明微孔隙占绝大多数;在经历10,20,30和40不同冻融循环次数后,岩石的T2谱面积发生了明显变化,孔隙率分别增大了14.0%,0.9%,16.2%和1.6%。核磁共振图像显示冻融循环后岩样的孔隙空间分布情况。冻融循环条件下岩石核磁共振特征的变化规律,为岩石冻融损伤机制研究提供可靠的试验数据。     

冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究

针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明:冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。     

冻融循环过程中岩石热传导规律试验及理论分析

 为研究岩石在低温环境下内部温度场随冻结、融化过程变化特征,探讨岩石在冻融循环过程中整体热传导规律。现开展干燥、饱水状态下类砂岩试样冻融循环室内试验,分析类砂岩试样在冻结、融化过程中内部非等温传递规律;结合试验现象,从水冰微观结构探讨水冰相变过程产生的热传导弛豫机制;最后,基于热传导理论,详细探讨冻融循环干燥、饱水状态下岩石热传导方程,给出饱水岩石三阶段温度分布理论解,并通过与试验对比,验证理论分析的合理性。研究结果表明：(1) 冻融循环过程中干燥状态下的类砂岩试样,其温变曲线大体呈现负指数曲线特征,且越靠近边界面,温变速率越大,同时相对冻结过程,融化升温过程速率更快;(2) 冻融循环过程中饱水状态下的类砂岩试样,其温变曲线呈现明显的三区段过程,在水冰相变过程产生典型的缓温变段,且相对干燥状态,其温变速率均出现一定程度降低;(3) 利用水分子相变过程中微观结构变化,可较好地解释水冰相变过程造成的热传导弛豫现象;(4) 给出了干燥、饱水状态下岩石热传导方程,并借此探讨了饱水状态下固相、液相及相变区温度理论解,通过与室内试验对比,验证了理论分析公式的合理性。研究对认识冻融环境下岩石内部温度场演化规律具有一定参考价值。     

冻融环境中饱和岩石的热量传递与温度平衡规律

 冻融环境中温度是岩石性态变化的关键影响指标之一,而冻融试验中岩石的热量传递和温度变化规律国内和国际都未形成统一认识。为探究岩石在冻融环境中的热量传递和温度变化规律,利用室内试验和数值计算方法分别研究冻结和融化过程中试样温度平衡的过程和时程规律。利用3种岩石进行饱和态的冻融循环试验,试样中心温度监测表明,冻结和融化过程的试样温度均存在显著的3段式变化特征,其中相变过程是一个较为特殊和重要的阶段,相变温度均在0 ℃～－1 ℃范围。随着试验温度区间增大,冻结和融化各阶段时长显现出不同规律,冻结过程总时间逐渐降低,而融化过程总时间先降低后升高。基于第3类热传导边界条件,利用Comsol Multiphysics有限元数值计算平台,分析考虑相变阶段的冻结和融化过程,数值计算结果与试验结果吻合较好。数值计算结果显示,试样不同位置的冻结与融化特征主要体现在相变阶段差异,而试样孔隙率对该阶段的影响最大,剩余温度势造成对称温度区间和非对称温度区间的冻结、融化特征的显著差异。     

金沙江玄武岩冻融循环试验方案研究

目前国内外冻融循环试验的规程仍未对细化的岩性给出确切的试验指标选取,试验设备选取的差异性对试验效果存在极大的影响。文章研究针对金沙江玄武岩,在一定的设备条件下,进行不同冷冻、水浴时长的试验,并采用岩心超声波测试装置测试其不同状态下的纵波波速,以此获得一个适应性的实验方案。     

岩石类材料试验系统的一些力学特性

本文从系统稳定理论的观点出发,推导出了Ｈｕｄｓｏｎ提出的试验发生条件;推广传统的塑性公设,提出了临界加载率准则,并将推广的塑性公设,应用到低周循环加载试验中,建立了循环加载试验破坏准则;从能量的观点出发,推导出岩石发生稳定破坏后区仍有局部失稳破坏发生的条件;文中提出的一些观点得到试验的论证。     

冻融循环下类岩石材料蠕变特性研究

以西部寒区隧道中的页岩为代表,建立描述冻融循环作用下类岩石材料的蠕变模型;采用水泥、河沙、粉煤灰制成类岩石材料,进行不同冻融循环次数的冻融循环试验和单轴蠕变试验;通过ABAQUS软件模拟寒区隧道围岩冻融下的蠕变特性,得到"拱顶-侧墙-拱底"三者之间的应力破坏规律。结果表明:1)选用西原模型+温度阻尼器+非线性流变参量模拟的蠕变模型能够描述冻融时岩石材料的蠕变特性; 2)应变随着荷载及时间的增加而发生较大程度的递增,且随着冻融次数的增加,损伤程度加剧,抗变形能力减弱; 3)寒区隧道围岩冻融下最大应力主要集中在拱顶与侧墙以及拱底与侧墙的交汇处。     

花岗岩在化学溶蚀和冻融循环后的力学性能试验研究

通过研究花岗岩在不同化学溶液（水、NaOH溶液和HNO₃溶液）中浸泡并冻融循环后的力学性能,分析了花岗岩在不同化学溶液中溶蚀及经历不同冻融循环次数后,在单轴压缩作用下基本力学性能的变化规律;从微观力学和化学机理出发,探讨了化学溶蚀和冻融循环对花岗岩的损伤机理;通过定义损伤变量,定量分析了花岗岩的损伤程度。试验结果表明,在水、NaOH和HNO₃溶液中,随着冻融循环次数的增加,花岗岩的相对杨氏模量呈指数函数减小,峰值应力损失率呈幂函数增加;轴向峰值应变按Guass函数变化。随着冻融循环次数的增加,HNO₃溶液中的花岗岩初期损伤劣化较大,后期损伤劣化较小,而NaOH溶液中的花岗岩初期损伤劣化较小,后期损伤劣化较大。岩石冻融损伤的过程本质上是温度产生的应力,使岩石损伤劣化的过程;同时化学溶蚀对岩石产生化学损伤作用,与冻融损伤相互促进,共同影响岩石的损伤劣化。     

基于核磁共振技术的岩石孔隙结构冻融损伤试验研究

 为研究岩石在冻融循环作用下的孔隙结构损伤特性,选取寒区花岗岩为岩样,在冻结温度为－40 ℃,融解温度为20 ℃条件下,分别进行3轮冻融循环试验,并对每轮冻融循环后的岩样进行核磁共振(NMR)测量,得到同一块岩样不同冻融循环次数后的孔隙度、横向弛豫时间T2分布及核磁共振图像(NMRI)。结果表明：花岗岩的T2分布主要为3个峰,随着冻融循环次数的增多,岩石的孔隙度、核磁共振T2谱分布和T2谱面积均会增大,但每个岩样的增大幅度均不同,反映出冻融循环作用下岩石中孔隙的发育和扩展特性;核磁共振图像显示同一块岩样在不同冻融循环次数后的内部微观结构分布,动态地显示岩石的冻融损伤过程。冻融循环条件下岩石核磁共振特征为岩石冻融损伤机制研究提供可靠的试验数据。     

冻融循环作用下中部锁固岩桥破坏试验研究

为探究高寒地区中部锁固型边坡的变形破坏机制,对3种不同岩桥角度岩样开展冻胀力监测试验及不同冻融循环次数下的单轴压缩试验。通过试验研究揭示冻融循环过程中岩样裂隙冻胀力的演化过程分为6个阶段:前期衍生阶段、陡升阶段、跌落阶段、平稳阶段、融化阶段和消散阶段。得出不同岩桥角度和不同冻融次数对岩样强度变形特征、损伤特征及破坏模式的影响规律:随着冻融次数增加,岩样峰值应力损失率呈幂函数增长,峰值应变呈二次多项式增长,相对弹性模量呈指数函数减小。损伤变量随着冻融次数增加呈幂函数增长,15°倾角岩样损伤变量最大,30°岩样损伤变量最小。岩桥角度越大,冻融次数越多,岩样越易发生岩桥贯通破坏。试验结果对于揭示寒区中部锁固型边坡冻融损伤机制具有重要意义,对寒区岩土工程建设具有参考价值。     

冻融循环作用下混凝土抗冲磨性能研究#br#

寒冷地区水工构筑物长期承受着河流冲刷及冻融循环的循环作用。两者耦合作用下,混凝土力学性能及耐久性能将出现更大程度的劣化。该文对冻融循环作用下的混凝土抗冲磨性能进行研究,根据理论分析和试验结果,研究了冻融侵蚀作用下混凝土冲磨损伤规律。该文主要研究工作如下：①设计一种新的混凝土冲磨试验方法。考虑引气剂、冻融次数等因素,进行混凝土试件的冻融试验,得到冻融混凝土的动弹模、相对质量和抗压强度变化规律;进行冻融混凝土在不同流速下的冲磨试验。试验表明,混凝土在冻融和冲磨耦合作用下,耐久性退化比单一因素的作用严重2~3倍;②结合混凝土冻融损伤模型和冲磨模型,建立冲磨作用下冻融混凝土的磨蚀率理论模型。该模型计算结果与试验数据有良好的吻合;③建立有限元模型,对我国北方地区混凝土桥墩进行分析,在考虑冻融和冲磨交替作用下,混凝土桥墩表面年均磨蚀厚度在4.7~5.7mm之间。河流流速越大,冲磨程度越高。     

气液复合加载的岩爆模型试验研究

 针对现有岩爆模型试验设备及方法存在的不足,采用自主研发的气液复合型岩爆模型试验装置,进行不同应力梯度下的大尺寸岩爆模型试验。通过对试件宏观破坏现象、内部变形规律及声发射特征参数的分析,研究岩爆发生、发展过程及破坏机制。结果表明：岩爆的发生与荷载梯度、能量的集聚程度和破坏时能量的释放速率密切相关,模型荷载梯度差值不一导致局部应力集中程度不同,影响试件破坏前期能量的耗散与集聚及岩爆时刻能量的释放速率,竖向破坏荷载梯度差值越大,局部应力集中程度越高,能量释放速率越快,转化为动能的能量越多,岩爆现象越易发生。模型试件破坏时,顶部竖向最大荷载值 处于与单轴抗压强度 比值为0.5～0.7范围,梯度荷载条件下,动静组合加载是试件破坏荷载降低的主要原因,其试验方法符合工程岩体的实际受荷。     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析冻融作用下粉煤灰掺量对钢筋与粉煤灰混凝土间粘结性能的影响,得出冻融循环作用对钢筋与粉煤灰混凝土之间粘结性能的影响规律。试验结果表明:钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;当粉煤灰掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,混凝土强度有所下降,钢筋与粉煤灰混凝土间极限粘结强度降低;当粉煤灰掺量较大,达到40%时,随冻融次数的增加,钢筋粉煤灰混凝土试件极限粘结强度的下降幅度明显减缓,极限粘结强度对应的滑移量增大。表明掺入较多粉煤灰可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的粘结性能得到提高。     

三向应力状态下冻融岩石损伤本构模型

充分考虑岩石材料缺陷随机性的特点,基于连续损伤力学理论,建立了考虑围压影响的冻融荷载作用损伤模型;根据红砂岩变形破坏曲线的几何条件,采用全微分方法确定了仅含岩石基本特征参量的模型参数表达式;通过红砂岩冻融循环力学特性试验,验证了模型的合理性。研究表明:红砂岩以裂纹为主导的细观力学响应与宏观变形破坏特性相一致;随着冻融循环次数的增加,岩石损伤程度加剧,宏观上表现为材料力学性能的劣化。但在变形中后期,相同损伤程度时岩石应变增加,塑性特性增强;围压可改善岩石受力状态,因而随着围压的增加,岩石损伤程度减小,宏观上表现出材料抵抗破坏能力的增强和塑性变形的增加。     

蒸压粉煤灰砖冻融循环试验研究

通过对蒸压粉煤灰砖进行的冻融循环试验,得出了随着冻融循环次数的增加,蒸压粉煤灰砖的质量损失率和强度损失率随之增大的变化规律;经过50次冻融,砖的质量损失率不超过2%,强度损失率不超过20%,提出了提高辽宁地区蒸压粉煤灰砖抗冻等级标准的建议。结果可为辽宁地方标准《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》的编制提供参考依据。     

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。     

冻融循环对钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

在冻融循环作用下对钢筋混凝土试件进行粘结性能的试验研究,分析了随冻融循环次数的增加,极限粘结强度、平均滑移的变化趋势以及粘结—滑移关系曲线的变化,其结果可对混凝土结构耐久性设计提供依据,具有十分重要的理论意义和应用价值。     

冻融循环作用下岩石表面裂纹扩展过程细观研究

对页岩进行冻融循环试验,借助激光扫描显微镜对岩石在垂直和平行层理两个方向上的表面裂纹的扩展过程展开细观研究。采用数值模拟对冻融循环作用的温度应力分布、裂纹扩展过程及其机制进行研究。研究结果表明：裂纹深度、裂纹宽度和表面积比均随着冻融循环次数的增加而增大。部分颗粒在冻融循环作用下会发生破碎和崩落。垂直层理的岩石表面的裂纹深度、裂纹宽度和表面积比的增幅较小,曲线较平缓。而平行层理的岩石表面的裂纹深度、裂纹宽度和表面积比的增幅较大,曲线较陡。层理面表现出较为明显的弱面特征。裂纹更容易沿着层理面扩展。裂纹的形成和扩展会导致应力场的重分布。应力集中现象出现在层理面与表面的交界处。表面裂纹大都发端于表面层的自由边界,而后向内部扩展。