低孔隙率冻融砂岩物理力学与声发射特性试验研究

以低孔隙率砂岩为例,对冻融循环作用后低孔隙率砂岩进行纵波波速测量及单轴压缩加载试验,研究了冻融损伤对低孔隙率砂岩物理力学与声发射特性的影响,同时在加载过程中对声发射信息实施同步监测。结果表明,砂岩纵波波速随冻融损伤程度增加表现出下降趋势,10、20、30次冻融循环后,分别环比下降1.68%、8.53%、7.14%;随着冻融损伤累积,砂岩单轴加载过程中声发射活动水平减弱,岩样破坏过程由脆性渐渐转变为延性;声发射定位点数量变化可用于划分砂岩渐进破裂过程各阶段;结合特征应力归一化分析,发现冻融损伤在10～20次冻融循环期间快速积累,表现为归一化比值的快速下降。     

基于轴-径环状分层CT扫描的岩石冻融损伤分析

为研究岩石在冻融循环作用下的破坏损伤机理,结合CT扫描分析法,提出了一种基于轴-径环状分层精确CT扫描的岩石冻融损伤分析方法,将该方法运用于三峡库区砂岩的冻融循环损伤分析,并对各阶段损伤砂岩进行三轴加载试验。结果表明,同一冻融循环次数下,砂岩体积CT值由外向内不断增大,且越靠近外圈层体积CT值减幅越大;随着循环次数增加,损伤变化表现为由外向内的渐进式损伤破坏,在初始损伤阶段,损伤集中于砂岩外层,体积CT值、三轴峰值应力及破坏应变变幅较小;深层损伤阶段,砂岩外部外圈剥落,冻融损伤侵入内部,此时体积CT值、三轴峰值抗压强度及破坏应变变幅明显增大。该方法对岩石冻融损伤分析及冻融灾害防治具有重要的现实意义。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

循环荷载作用下冻融劣化混凝土能量耗散规律及破坏形态分析

为研究冻融劣化混凝土在循环荷载作用下的能量耗散规律及其破坏形态,对强度等级为C30的混凝土立方体(300mm×300mm×300mm)试件进行压缩试验。结果表明,当冻融循环次数不超过10次时,混凝土应力—应变曲线的外包络线呈两段式。当冻融循环次数超过10次时,包络曲线的应力与应变呈现出非线性增长,且这种非线性增长关系随冻融循环次数的增加而趋于明显;当冻融循环次数由10次逐渐增加至35次时,冻融劣化混凝土的破坏形态由剪压破坏逐渐向轴压破坏转变;冻融劣化混凝土试件在循环加卸载过程中耗散能、弹性应变能、塑性应变能的释放规律一致,都经历了前期能量释放缓慢,中期能量释放迅速,后期能量释放趋于平缓的变化阶段。研究成果可为严寒地区的混凝土构件设计及工程实践提供指导。     

冻融劣化与荷载预损伤对混凝土应变率效应的影响分析

利用10MN多功能三轴仪和TR-TSDRSL冻融仪,对历经不同冻融循环后混凝土进行一定幅值的加载历史后,按照不同加载速率单调加载直至破坏,开展了冻融劣化混凝土单调荷载历史后的单轴试验。试验结果表明,冻融劣化混凝土预加载历史与峰值应变和残余变形皆呈一次线性关系,同干燥状态下混凝土预加载历史和峰值应变的关系相同;随应变速率和预加载历史的提高,冻融劣化混凝土弹性模量单调增大,预加载历史的增强作用更明显,两类变化均存在明显的阈值;分析了混凝土的破坏形态与破坏机理,冻融劣化混凝土加载过程存在一个"压密"过程,应力应变全曲线在峰值应力处存在"应力平台",冻融次数越大,"应力平台"持续应变越长。     

基于冻融损伤的重力坝抗冻耐久性分析

为进一步了解混凝土的抗冻耐久性,分析了基于Loland混凝土损伤模型推导的混凝土冻融损伤模型,并结合试验数据拟合得到了混凝土弹性模量、泊松比与冻融循环次数的关系,利用ABAQUS分析混凝土重力坝渗流场、温度场,并以此确定了混凝土大坝发生冻融损伤的区域,最终采用场变量模拟重力坝随冻融次数增加的稳定性。结果表明,混凝土大坝并非所有区域均发生冻融损伤,且试验得到材料抗冻耐久性并不等同于混凝土重力坝抗冻耐久性。     

冻融损伤混凝土梁抗力性能演化的裂缝分形特征

为分析冻融循环作用下钢筋混凝土梁受压区的表面裂缝分布特征,采用自主设计的混凝土梁反力试验架对受压区受冻融循环作用的梁进行抗弯试验,取得各级荷载作用下梁表面的裂缝图像。依据分形理论计算表面裂缝分布的分形维数,并讨论分形维数与梁的荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间的关系。研究表明,受压区冻融损伤的钢筋混凝土梁表面裂缝的分布符合分形特征,其分形维数与荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间均有一定关系,裂缝的分形维数可作为钢筋混凝土构件安全性能预测的指标。研究成果可为冻融损伤混凝土梁安全预测提供参考。     

基于声发射技术的冻融劣化混凝土单双轴动态抗压试验

为研究混凝土材料在冻融循环后单双轴动态抗压时的力学性能,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪进行单、双轴试验,采用新型动态无损检测声发射技术实时采集声发射数据,分别建立不同加载速率、不同冻融循环次数下的应力和声发射参数与时间的对应关系,分析混凝土在不同工况下内部损伤破坏的过程及规律。结果表明,动态加载速率下,在加载前期无声发射能量信号产生,达到峰值应力附近时能量急剧释放;双轴状态下声发射最大能量滞后效应增大,卸载阶段有声发射能量产生;随着冻融循环次数的增加,损伤演化路径随冻融程度的加深逐渐发生前移。所建立的损伤模型能很好地反映由声发射能量数确定的损伤值D与应力水平V(%)之间的关系。     

冻融循环下不同纤维掺量混凝土宏细观关系试验研究

为探究冻融循环下混杂纤维混凝土宏细观特性的关联性，开展以冻融循环周次及纤维体积掺量为变量的快速冻融循环试验。试验结果表明，不同冻融循环周次下，抗压强度与含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长呈正相关关系、与气孔比表面积呈负相关关系，而冻融损伤量与气孔参数则呈相反规律，且均呈近似线性变化；冻融循环周次越大，抗压强度越低、冻融损伤量越大、含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长也越大，而气孔比表面积越小；混杂纤维的掺入，优化了气孔结构，提高了抗冻性。     

单裂隙分布对复合岩样力学性质和扩展破坏的影响

在富存复杂裂隙的层理岩体中，裂隙分布对其力学性质及损伤破坏具有显著影响。以由类砂岩和类大理岩组成的复合裂隙岩样为例，采用单轴压缩试验和DIC技术，分析裂隙位置和裂隙倾角对岩样力学性质和破坏的影响。结果表明，岩样的力学性质随裂隙位置依次从大理岩、交界面到砂岩的改变及裂隙倾角的增加呈增加趋势。裂隙位置对岩样破坏影响为当裂隙在大理岩中时，初始裂纹易为砂岩中的远场裂纹，表面剥落在砂岩和大理岩中均有发生，但砂岩处破坏更明显，易发生“H形破坏”;当裂隙在交界面和砂岩时，易为砂岩处裂尖产生的翼裂纹、反翼裂纹，剥落现象只发生在砂岩处，分别易发生“1γ形破坏”和“y形破坏”;同时，初始裂纹产生对应的应力应变水平σ、ε随裂隙位置由砂岩、交界面到大理岩的改变依次提高。裂隙倾角对岩样破坏影响为α=90°时裂尖不易起裂，α=45°时裂尖易起裂；在相同裂隙倾角下，裂隙位置相同时α=90°的σ、ε最大，α=0°、45°时最小；α=0°时均发生“H形破坏”,α=90°时均发生“y形破坏”。研究结果对实际工程建设和设计具有指导性意义。     

周期性荷载作用下岩石力学特性数值模拟研究

为研究周期性荷载作用下岩石的力学特性,开展了基于离散单元法(DEM)的岩石疲劳数值模拟试验,通过模拟单轴压缩试验研究了数值模型中微观参数对试样宏观参数的影响,再通过数值疲劳试验研究了砂岩的疲劳变形特性。结果表明,砂岩的疲劳应力—应变曲线受控于单轴应力—应变过程曲线,疲劳破坏时的轴向应变即为周期性荷载最大应力在单轴应力—应变曲线中所对应的峰后部分应变。通过分析砂岩的疲劳渐进破坏过程发现,最大应力和平均应力是影响砂岩疲劳寿命的两个重要因素。研究成果对于了解岩体疲劳破坏机理、合理评价工程稳定性有重要意义。     

冻融循环后湿筛大骨料混凝土的试验研究

对经过0、50、100、150、200、250、300 次冻融循环作用后的湿筛大骨料混凝土试件进行了质量损失、单轴抗压试验研究.根据试验结果分析了湿筛大骨料混凝土试件强度降幅随冻融循环次数的变化规律,建立了破坏准则.该准则曲线经验证与实测曲线吻合,为寒冷地区大骨料混凝土结构的强度分析提供了试验和理论依据.     

冻融循环对混凝土静态双轴受压力学特性的影响

对不同冻融劣化程度的混凝土进行了不同侧压(0、0.06f_c、0.12f_c、0.18f_c、0.24f_c,其中f_c为单轴抗压强度)下的静态(应变速率10~(-5)/s)单双轴压缩试验,分析了冻融次数和侧压力大小对混凝土的峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。结果表明,混凝土的单轴和双轴抗压强度均随冻融次数的增加而减小;冻融次数越多,混凝土峰值应力随侧压的增加,其增幅越大;混凝土单轴受压时的峰值应变随冻融次数的增加而增大;相同冻融次数的混凝土,其峰值应变随侧压的增加呈先增大后减小的趋势,冻融次数越多,峰值应变的拐点所对应的侧压越小,侧压对混凝土峰值应变的敏感性受冻融次数的影响越显著;混凝土的弹性模量随冻融次数的增加逐渐减小;混凝土未冻融时,弹性模量随侧压的增加而增大,而冻融劣化的弹性模量随侧压的增加无明显改变。     

2008年电网冰灾覆冰及倒塔特征分析

对2008年造成电网严重冰雪灾害的气象条件和线路覆冰特征进行了分析说明。根据国家电网公司系统500kV线路倒塔的分类统计．分析了倒塌铁塔在塔型、地形地貌、设计条件等方面的主要分布特征。根据覆冰荷载对铁塔的作用模式．分析阐明了铁塔被压坏、拉坏、扭坏以及拉扭共同作用破坏等几种典型破坏的基本特征。最后还从设计角度提出提高线路抗覆冰能力的建议。     

输电线路设计覆冰厚度统计模型取用

根据捷克斯洛伐克Studnice覆冰观测站1940--1999年的覆冰观测数据,分别采用正态分布、极值Ⅰ型Gumbel分布、极值Ⅱ型Frechet分布、极值Ⅲ型Weibull分布对该数据进行了统计分析。由科尔莫戈罗夫一斯米尔诺夫入拟合度检验结果表明,极值Ⅱ型Frechet分布能较好地拟合该地区的年最大覆冰荷载。由于微地形等因素的影响,线路覆冰厚度的统计分布随地区而异。覆冰厚度是影响冰区输电线路安全、经济的一个重要因素。可根据覆冰观测数据选择概率模型确定设计冰厚。     

Experimental investigation of ice and snow melting process on pavement utilizing geothermal tail water

Road ice and snow melting based on low temperature geothermal tail water is of significance to realize energy cascading utilization. A small scale ice and snow melting system is built in this work. Experiments of dynamic melting processes of crushed ice, solid ice, artificial snow and natural snow are conducted on concrete pavement. The results show that the melting process of ice and snow includes three phases: a starting period, a linear period and an accelerated period. The critical value of the snow free area ratio between the linear period and the accelerated period is about 0.6. The physical properties of ice and snow, linked with ambient conditions, have an obvious effect on the melting process. The difference of melting velocity and melting time between ice and snow is compared. To reduce energy consumption, the formation of ice on roads should be avoided if possible. The idling process is an effective pathway to improve the performance of melting systems. It is feasible to utilize geothermal tail water of about 40 °C for melting ice and snow on winter roads, and it is unnecessary to keep too high fluid temperatures during the practical design and applications. Besides, with the exception of solid ice, the density and porosity of snow and ice tend to be decreasing and increasing, respectively, as the ambient temperature decreases.     

冻融—碳化交替作用下混凝土耐久性试验分析

采用单面冻融法与碳化试验方法,对不同成型方式(透水模板成型和普通钢模成型)混凝土试样分别进行冻融—碳化交替作用和单因素作用的对比研究。结果表明,冻融—碳化耦合作用下混凝土的碳化能有效抑制冻融损伤,且其抑制作用随水胶比增大而增强;透水模板增强混凝土表面成型质量,其冻融损伤和碳化深度显著降低,碳化对冻融损伤抑制作用较普通钢模成型试样小。