多年冻土受温度及冻融循环作用影响显著,为了探究其力学特性,本文以漠河地区冻土为研究对象,开展了不同含水率及冻融循环次数条件下的冻土直剪试验以及不同温度、含水率、围压、加载频率和冻融循环次数条件下的冻土动三轴试验,以分析不同影响因素下冻土的抗剪特性和动力性能。试验结果表明:冻土试样剪应力-剪切位移曲线为应变软化型;冻土试样随含水率和冻融循环次数增加,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均出现不同程度的降低;冻土试样的动弹性模量在试验内的变化范围为210~800 MPa,与含水率、冻融循环次数、加载频率呈正相关关系,与温度和围压条件呈负相关关系,并随含水率的变化最为显著。同时,根据试验结果得出基于各影响因素的冻土动弹性模量计算公式。以上研究成果可为漠河地区开展机场建设等工程项目提供冻土力学特性参考数据。
多年冻土受温度及冻融循环作用影响显著,为了探究其力学特性,本文以漠河地区冻土为研究对象,开展了不同含水率及冻融循环次数条件下的冻土直剪试验以及不同温度、含水率、围压、加载频率和冻融循环次数条件下的冻土动三轴试验,以分析不同影响因素下冻土的抗剪特性和动力性能。试验结果表明:冻土试样剪应力-剪切位移曲线为应变软化型;冻土试样随含水率和冻融循环次数增加,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均出现不同程度的降低;冻土试样的动弹性模量在试验内的变化范围为210~800 MPa,与含水率、冻融循环次数、加载频率呈正相关关系,与温度和围压条件呈负相关关系,并随含水率的变化最为显著。同时,根据试验结果得出基于各影响因素的冻土动弹性模量计算公式。以上研究成果可为漠河地区开展机场建设等工程项目提供冻土力学特性参考数据。
多年冻土受温度及冻融循环作用影响显著,为了探究其力学特性,本文以漠河地区冻土为研究对象,开展了不同含水率及冻融循环次数条件下的冻土直剪试验以及不同温度、含水率、围压、加载频率和冻融循环次数条件下的冻土动三轴试验,以分析不同影响因素下冻土的抗剪特性和动力性能。试验结果表明:冻土试样剪应力-剪切位移曲线为应变软化型;冻土试样随含水率和冻融循环次数增加,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均出现不同程度的降低;冻土试样的动弹性模量在试验内的变化范围为210~800 MPa,与含水率、冻融循环次数、加载频率呈正相关关系,与温度和围压条件呈负相关关系,并随含水率的变化最为显著。同时,根据试验结果得出基于各影响因素的冻土动弹性模量计算公式。以上研究成果可为漠河地区开展机场建设等工程项目提供冻土力学特性参考数据。
为了提高寒冷地区公路路基工程用混凝土的抗冻性能,以混凝土结构的质量损失率和相对动弹性模量为评价指标,重点考察了混凝土的水灰比、粉煤灰掺量以及引气剂掺量对其抗冻性能的影响。实验结果表明:混凝土的水灰比越大,其抗冻性能相对就越差;混凝土中粉煤灰的掺量越大,混凝土的抗冻性能相对越差;而混凝土中的引气剂掺量越大时,混凝土的抗冻性能相对越好。当混凝土的水灰比控制在0.35、未掺粉煤灰、引气剂的掺量为2 kg·m-3时,混凝土试件经过100次冻融循环后的质量损失仅为0.12%,而相对动弹性模量则仍能达到70.5%,混凝土的抗冻能力较强。建议在寒冷地区公路路基工程的施工过程中,应尽可能地降低混凝土的水灰比,减少粉煤灰等掺合料的掺量,提高引气剂等外加剂的掺量,以最大限度地提高寒冷地区公路路基工程用混凝土结构的抗冻性能,延长其使用寿命。
为了提高寒冷地区公路路基工程用混凝土的抗冻性能,以混凝土结构的质量损失率和相对动弹性模量为评价指标,重点考察了混凝土的水灰比、粉煤灰掺量以及引气剂掺量对其抗冻性能的影响。实验结果表明:混凝土的水灰比越大,其抗冻性能相对就越差;混凝土中粉煤灰的掺量越大,混凝土的抗冻性能相对越差;而混凝土中的引气剂掺量越大时,混凝土的抗冻性能相对越好。当混凝土的水灰比控制在0.35、未掺粉煤灰、引气剂的掺量为2 kg·m-3时,混凝土试件经过100次冻融循环后的质量损失仅为0.12%,而相对动弹性模量则仍能达到70.5%,混凝土的抗冻能力较强。建议在寒冷地区公路路基工程的施工过程中,应尽可能地降低混凝土的水灰比,减少粉煤灰等掺合料的掺量,提高引气剂等外加剂的掺量,以最大限度地提高寒冷地区公路路基工程用混凝土结构的抗冻性能,延长其使用寿命。
为研究丹东地区冻黏土的冲击压缩性能与破坏特征,对-10、-20、-30℃的冻黏土开展应变率范围为280.61~696.43 s-1的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)冲击压缩实验与数值模拟研究。结果表明:应力-应变曲线的线弹性段斜率变化幅度在低应变率下比高应变率下稍大,且在-30℃下应力-应变曲线出现应变汇聚现象。温度越低,动弹性模量随应变率增长的速率越小,如-30℃下其增长速率较-10℃与-20℃下分别降低了约50%与47%;而动态强度随应变率增长的速率越大,如-30℃下其增长速率较-10℃与-20℃下分别提高了约71%与69%。考虑温度影响对HJC模型敏感参数进行修正,获得了描述冻黏土在动态冲击实验下破坏特征的数学模型,数值模拟曲线与实验曲线基本吻合,并且温度越低,吻合程度越高。试件表面应力经历均匀—集中—发散阶段,通过定义统计学损伤程度(D)量化试件的破坏程度发现,应变率增加使冻黏土黏塑性破坏特征减弱,以整体压碎破坏模式为主,温度降低会使整体压碎破坏逐渐向拉伸剪切破坏转变。
为研究丹东地区冻黏土的冲击压缩性能与破坏特征,对-10、-20、-30℃的冻黏土开展应变率范围为280.61~696.43 s-1的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)冲击压缩实验与数值模拟研究。结果表明:应力-应变曲线的线弹性段斜率变化幅度在低应变率下比高应变率下稍大,且在-30℃下应力-应变曲线出现应变汇聚现象。温度越低,动弹性模量随应变率增长的速率越小,如-30℃下其增长速率较-10℃与-20℃下分别降低了约50%与47%;而动态强度随应变率增长的速率越大,如-30℃下其增长速率较-10℃与-20℃下分别提高了约71%与69%。考虑温度影响对HJC模型敏感参数进行修正,获得了描述冻黏土在动态冲击实验下破坏特征的数学模型,数值模拟曲线与实验曲线基本吻合,并且温度越低,吻合程度越高。试件表面应力经历均匀—集中—发散阶段,通过定义统计学损伤程度(D)量化试件的破坏程度发现,应变率增加使冻黏土黏塑性破坏特征减弱,以整体压碎破坏模式为主,温度降低会使整体压碎破坏逐渐向拉伸剪切破坏转变。
为了探究多因素耦合效应对冻结兰州黄土动力参数的影响,以分布在我国西部季节冻土区的兰州黄土为研究对象,通过动三轴试验研究了不同围压(0.1、0.2、0.3 MPa)、温度(-1、-3、-5℃)、含水率(14%、16%、18%)及加载频率(1、2、4Hz)影响下冻结兰州黄土的动力参数变化特征。基于试验结果,分析了冻结兰州黄土最大动弹性模量、等效黏滞阻尼系数、参考应变幅值在温度、围压、含水率、加载频率等多因素耦合影响下的变化规律。结果表明,温度、含水率、加载频率和围压等耦合因素对冻结兰州黄土动弹性模量、参考应变幅值和等效黏滞阻尼系数的影响程度有差异。可以发现,冻结兰州黄土动弹性模量和参考应变幅值随温度变化的影响最显著,等效黏滞阻尼系数随加载频率变化表现最敏感。基于试验数据,对影响冻结兰州黄土的4种因素进行归一化和无量纲化处理,采用多元回归分析方法提出了冻结兰州黄土动力学参数的预测公式,有助于快速预测冻结兰州黄土在多因素耦合效应影响下的动力学参数变化特征。
为了探究多因素耦合效应对冻结兰州黄土动力参数的影响,以分布在我国西部季节冻土区的兰州黄土为研究对象,通过动三轴试验研究了不同围压(0.1、0.2、0.3 MPa)、温度(-1、-3、-5℃)、含水率(14%、16%、18%)及加载频率(1、2、4Hz)影响下冻结兰州黄土的动力参数变化特征。基于试验结果,分析了冻结兰州黄土最大动弹性模量、等效黏滞阻尼系数、参考应变幅值在温度、围压、含水率、加载频率等多因素耦合影响下的变化规律。结果表明,温度、含水率、加载频率和围压等耦合因素对冻结兰州黄土动弹性模量、参考应变幅值和等效黏滞阻尼系数的影响程度有差异。可以发现,冻结兰州黄土动弹性模量和参考应变幅值随温度变化的影响最显著,等效黏滞阻尼系数随加载频率变化表现最敏感。基于试验数据,对影响冻结兰州黄土的4种因素进行归一化和无量纲化处理,采用多元回归分析方法提出了冻结兰州黄土动力学参数的预测公式,有助于快速预测冻结兰州黄土在多因素耦合效应影响下的动力学参数变化特征。
高温冻土的动弹性模量是对土层进行动力反应分析的相关参数之一,对高温冻土的动弹性模量影响因素进行研究,可以为深入研究高温多年冻土场地的动力特性提供基础的理论参考。应用室内动三轴试验,研究了频率(4、5、6 Hz)、动应力幅值(30、40、50 kPa)对高温冻结粉质黏土动弹性模量的影响规律:相同累积动应变下,频率越大,动弹性模量越大,且动弹性模量随着累积动应变的增加,逐渐增大;同一累积动应变下,幅值越低,动弹性模量越大;动应力幅值为50 kPa(-1.5℃)、频率较高时,高温冻土的动弹性模量随着累积动应变的发展先增大后减小;动应力幅值为30、40 kPa时,高温冻土的动弹性模量随着累积动应变的发展而增大。