混凝土冻融劣化后动态单轴抗压特性试验研究

为研究混凝土冻融循环后的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对不同冻融劣化程度的混凝土在不同加载速率下进行单轴压缩试验,同时采集声发射数据分析试验过程中能量释放及损伤演化规律。最后,选用Weibull-Lognormal损伤本构模型,对试验数据进行拟合分析,并分析不同工况混凝土的损伤随应变的发展规律。研究结果表明:①相同冻融劣化程度时,随应变速率增加,峰值应力增大,峰值应变减小;冻融劣化程度会影响峰值应力的率敏感性;②在应变速率相同时,随冻融循环次数增加,峰值应力随之减小,峰值应变随之增大。③混凝土冻融劣化后应力应变关系峰前服从Weibull统计分布,峰后服从Lognormal统计分布。④在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体呈增大趋势。     

节理岩体冻融力学特性试验研究

对两种含水率状态下不同连通率的预制节理岩体进行了冻融循环试验,测定了试件冻融后的质量、波速,然后进行了三轴压缩试验,分析了冻融循环作用对节理岩体三轴抗压特性的影响以及损伤变化规律。研究表明:(1)由于含水率不同,冻融损伤后,饱和组节理试件的质量损失和波速衰减较天然组严重,且饱和组试件节理结构面附近劣化程度随着连通率的增加而增大;(2)三轴压缩试验中,两组节理试件三轴抗压特性的冻融效应具有相同的规律,采用二次多项式能很好地拟合峰值强度与冻融循环次数之间的关系;(3)随着冻融循环次数的增加,两组试件冻融损伤变量逐渐增大,且天然组试件抗冻性比饱和组试件强,其中连通率对饱和组试件冻融效应影响显著。     

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。     

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。     

冻融循环作用下CFRP-高强混凝土的界面行为

为了研究冻融作用对ＣＦＲＰ－高强混凝土界面性能的影响,对冻融循环作用后的ＣＦＲＰ－高强混 凝土试件进行了双面剪切试验,并建立了基于混凝土塑性损伤模型的有限元模型,对实验结果进行补充 和对比讨论。结果表明:冻融循环使ＣＦＲＰ－高强混凝土粘结性能呈劣化趋势,且劣化速度在循环150 次后加快;随着冻融循环次数的增加,极限端部滑移加速减少;同样荷载条件下ＣＦＲＰ应变发展更快,混 凝土损伤深度增加。基于混凝土冻融本构与塑性损伤的有限元模型与试验结果有较好的吻合性,可以 作为ＣＦＲＰ－高强混凝土冻融作用下的预测模型。     

泥质白云岩干湿循环力学特性试验研究及其本构模型

水岩相互作用一直是研究的热点课题,水岩相互作用使岩石性质劣化,影响岩石的强度。以泥质白云岩为研究对象,进行了干湿循环作用后的单轴和三轴压缩试验,研究了不同循环作用下岩石的强度、变形等力学特性,并运用连续损伤力学和统计理论,推导出干湿循环作用下岩石的损伤统计本构模型。试验结果表明:泥质白云岩峰值强度随干湿循环次数增加而减小;泥质白云岩在单轴压缩试验中,岩石的总劣化度随干湿循环次数增大呈增大的趋势,而各阶段的劣化度和平均劣化度逐渐降低并趋于稳定;三轴压缩试验中,岩石的总劣化度随围压增加而总体呈现先减小再增加的趋势,较高次的循环对岩石的强度影响大于较高的围压作用对其影响;岩石的弹性模量随干湿循环次数的增大呈总体减小的趋势。通过对比理论曲线与试验曲线可知,本构模型能够较好地反映岩石三轴应力-应变关系,验证了该模型的合理性。     

冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则

为研究冻融劣化混凝土动静态抗剪性能,进行了不同冻融循环次数(0,10,25,35和50次)后混凝土在不同法向应力(0,3,6,9和12 MPa)下的压剪强度试验,混凝土强度等级为C30。研究分析了冻融循环次数和法向应力对混凝土剪切强度、峰值应变和黏聚力与摩擦系数的影响。分析结果表明:①随着冻融循环次数的增加,混凝土在相同法向应力状态下的剪切强度均逐渐降低,而且法向应力越大,剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的程度越小;当冻融循环次数相同且法向应力不大于单轴抗压强度50%时,剪切强度随法向应力的增大而增大,且冻融劣化程度会影响该增幅效果;②在法向应力相同时,剪切峰值变形随冻融循环次数的增加呈线性增长趋势,对某一冻融循环次数,法向应力的存在增大了混凝土的剪切峰值变形;③摩擦系数和黏聚力都随冻融劣化程度的加深而降低,黏聚力大幅度降低是由于冻融劣化作用起主导作用所致。基于上述试验分析和八面体应力空间二次抛物线形式的压剪破坏准则,构建了平面应力状态下考虑冻融循环次数的混凝土压剪破坏准则。     

砂岩在化学腐蚀和冻融循环共同作用下力学特征劣化的试验研究

通过冻融循环试验的方法,研究砂岩在不同化学溶液下经冻融循环后的损伤劣化机制和力学特性,分析了砂岩在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后,单轴压缩和三轴压缩下力学性能的变化规律;初步分析了化学腐蚀和冻融循环共同作用对砂岩的损伤劣化机理;同时,定义了损伤变量来定量分析砂岩的损伤劣化程度。试验结果表明:浸泡在0.1 mol/L(H_2SO_4)、0.1 mol/L(NaOH)和p H=7.0蒸馏水中,随着冻融循环次数的增加,砂岩试样的峰值强度和弹性模量均呈指数函数劣化,而其轴向峰值应变却呈指数函数增加。砂岩的损伤程度随着冻融循环次数的增加而逐渐增大;在H_2SO_4溶液中砂岩的损伤劣化程度大于NaOH和pH=7.0蒸馏水;H_2SO_4溶液加剧了砂岩的冻融损伤劣化,而0.1 mol/L(NaOH)溶液对砂岩试样的冻融损伤劣化却有一定的抑制作用。化学腐蚀和冻融循环共同作用下,水化学溶液虽然在一定程度上缓解冻融循环所引起岩石的损伤劣化,但同时岩石遭受着水化学溶液的腐蚀作用;水化学溶液与冻融循环的共同作用对岩石的损伤劣化是相互促进的,共同影响着砂岩的损伤劣化。     

基于声发射技术的冻融劣化混凝土损伤特性研究

利用动静力三轴仪进行冻融劣化后的混凝土单轴循环加卸载试验,试验过程中同步采用声发射装置全程采集声发射数据,对声发射能量参数与应力应变的关系进行分析,并进行基于声发射技术的混凝土损伤特性分析。结果表明:整个循环加卸荷过程中,声发射的能量数主要集中出现在加载阶段,卸载阶段的能量数很少或几乎没有;混凝土的损伤变量随着累计塑性应变的增大呈现先缓慢增大、随后迅速增大、最后趋于缓慢增大的变化趋势;通过分析不同冻融循环次数、不同应变速率下的损伤变化规律,将混凝土循环加卸荷的损伤过程分为损伤起始、损伤稳定发展、损伤破坏三个阶段;在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体上呈增大的趋势。     

冻融循环下不同强度混凝土损伤力学特性的试验研究

利用KDS-60快速冻融实验箱及YAS-5000万能实验机,对经过冻融循环后不同强度等级混凝土试块进行了单轴压缩实验,考察了不同强度等级混凝土试块强度随冻融次数的变化特征。结合冻融循环下混凝土单轴压缩实验数据,以强度的变化定义损伤,建立了冻融循环作用下不同强度等级混凝土试块损伤演化方程。     

干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究

为研究干湿循环作用下砂岩力学特性的劣化规律,对经历不同干湿循环次数下的弱胶结砂岩进行核磁共振(NMR)及单轴压缩试验,采用声发射技术(AE)实时监测砂岩受荷破坏过程,并采用砂岩孔隙度定义损伤变量,建立干湿循环受荷条件下岩石损伤劣化模型,探究岩体在干湿-受荷作用下的损伤劣化机制。结果表明:①砂岩在循环初期的驰豫时间T₂谱面积增幅最大,且随循环次数的增长不断减小;单轴压缩后的岩样,其T₂谱面积相较于破坏前增长幅度显著。②随循环次数的增加,砂岩试样的塑性变形不断增大,声发射累计振铃数呈降低趋势,降低幅度最大达76.21%。③单轴抗压强度和弹性模量均随干湿循环次数的增大呈指数衰减;引入劣化度表征岩石力学参数的劣化程度,发现岩石单轴抗压强度的劣化速率随孔隙度的增长不断减缓。     

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。     

干湿循环与动载耦合作用下煤矿砂岩损伤演化及本构模型研究

干湿循环和动载耦合作用会导致煤矿岩石物理力学性质的劣化,引起地下岩体工程结构的破坏,诱发煤矿地下工程地质灾害和工程事故。基于纵波波速变化和Weibull分布统计损伤理论,推导了干湿循环与动载耦合作用下煤矿砂岩的损伤演化方程,探讨了动弹性模量取值方法对损伤演化的影响,发现以动态应力-应变曲线30%与70%峰值应力连线的斜率作为动弹性模量更能反映出本次试验砂岩的损伤演化规律。在此基础上,分析了干湿循环次数对总损伤变量和总损伤率演化的影响,得出干湿循环与动载耦合作用后砂岩的总损伤变量随着干湿循环次数的增加而增大,总损伤率随应变增长先增加后减小;建立了干湿循环和动载耦合作用下砂岩的动态本构模型并对其进行了验证,以期为深部地下岩体工程稳定性分析提供依据。     

冻融循环作用对黄土强度影响的试验研究

以陕西杨凌黄土为研究对象,基于静三轴试验,研究了不同初始含水率、不同低温温度及不同冻融循环次数条件下黄土强度参数的变化情况。不同低温温度对冻融作用改变黄土强度参数从机理上做出解释,为进一步研究冻融循环作用对强度的影响效应提供理论支持;冻融循环试验结果表明,黄土强度参数随冻融循环产生劣化,黏聚力在经过一定次数的冻融循环之后降到最低值,随后趋于稳定,内摩擦角总趋势上略有增大,规律性不明显。     

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。     

全级配混凝土冻融循环后单轴动态抗压性能试验研究

为研究冻融及动力作用对全级配混凝土单轴抗压性能的影响,对全级配混凝土进行不同冻融循环次数(0、25、50、75、100次)的冻融循环试验及不同应变速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)的单轴动态抗压试验。实测了全级配混凝土经历不同冻融循环次数后的质量损失、损伤形态,以及不同应变速率下全级配混凝土的单轴动态极限抗压强度、应力-应变关系曲线。研究结果表明:全级配混凝土质量损失率与冻融循环次数呈二次曲线关系;在相同应变速率下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随冻融循环次数的增加而降低;在相同冻融循环次数下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随应变速率的增大而提高。对试验结果分析的基础上,建立了综合考虑冻融循环次数与应变速率影响的全级配混凝土的统一破坏准则,可为水工建筑物的设计、维修等提供试验及理论依据。     

冻融黏土动态回弹模量演变规律及预估模型

为研究冻融循环影响下路基黏土动态回弹模量的变化规律,开展了不同初始含水率、压实度、冻融循环次数、偏应力及围压条件下的动三轴试验。结果表明：路基黏土的动态回弹模量随初始含水率和偏应力的增加而减小,而与压实度及围压均呈正相关关系;冻融作用导致动态回弹模量发生衰减,而经历5次冻融循环后其值基本稳定。基于此,建立了全面考虑冻融循环影响、物理状态及应力条件的路基黏土动态回弹模量回归模型,预测效果较好。     

冻融循环及硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响研究

为研究冻融循环与硫酸盐侵蚀双因素耦合作用下混凝土的耐久性及其演变规律,分别通过混凝土单因素冻融循环试验、单因素硫酸盐侵蚀试验、硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合试验,分析各种因素下混凝土耐久性的劣化机理。试验结果表明:在单因素冻融循环、单因素硫酸盐侵蚀及硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合作用下,混凝土的质量均表现为先增大后逐渐减小;而混凝土的相对动弹性模量在单因素冻融循环作用下随着冻融循环次数逐渐减小,在单因素硫酸盐侵蚀、硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合作用下表现为先增加后减小,且经过６０次单因素硫酸盐侵蚀作用后,混凝土的质量损伤率达到最小值,相对动弹性模量达到最大值。与单因素下两种侵蚀的损伤相比,双因素耦合作用对混凝土的损伤大于单因素损伤的叠加效果。     

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q₃黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明：原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θ_s、α、n变化幅度较小,而参数θ_r随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。