高温冻土-现浇混凝土接触面影响因素及本构模型

通过一系列高温冻土-现浇混凝土接触面的负温直剪试验,分析接触面剪切力学特性和受力变形机理,采用二元介质模型对接触面受力变形机理进行力学抽象,引入破损率和应力分担率函数,假设接触面各微元强度服从Weibull概率分布,建立高温冻土-现浇混凝土接触面的本构方程。研究结果表明:接触面剪切变形破坏发生在富含冰膜的界面冻土上,接触面应力-位移曲线表现为应变软化型,可将其划分为4个阶段。在各接触面影响因素中,温度对接触面冻结强度影响最显著,二者呈指数函数关系,法向应力和含水率与冻结强度呈线性关系。基于二元介质理论建立的力学模型和本构关系科学地揭示了接触面微观受力变形机理,较好地描述接触面应力-位移曲线全过程及应变软化现象,可为高温冻土地基中结构承载力的数值模拟和安全评价提供理论依据。

冻土-混凝土接触面动剪强度研究

为了研究冻土-混凝土接触面的力学特性,开发了一种低温动荷载直剪仪,它是在普通直剪仪框架的基础上,安装了动力加载系统和温度控制系统。该装置能够保证在负温条件下对冻土进行动荷载直剪试验,从而测定冻土的动力学参数。为了研究寒区冻土与混凝土构筑物的相互作用,使用该仪器进行了一系列的多因素接触面动直剪试验,试验结果表明了冻土-混凝土接触面在动荷载作用下的行为特征,多因素对比试验则揭示了接触面动剪强度的影响因素和变化规律。

现浇混凝土-冻土接触面传热特性影响因素研究

现浇混凝土-冻土接触面传热特性直接影响灌注桩表面冻结强度,研究现浇混凝土-冻土接触面传热特性影响因素对冻土区桩基础设计和施工具有重要意义。基于小型模型桩试验条件建立数值模型,开展混凝土浇筑过程中混凝土-冻土接触面传热特性研究,分析了混凝土浇筑温度、水胶比、冻土温度、冻土含水量引起的接触面热流和温度变化。结果表明:浇筑温度由5℃升高至30℃,0.5 h混凝土与冻土接触面热流增大381.2%.水胶比由0.4增大至0.6,0.5 h接触面热流减少23.7%.接触面温度随冻土含水量的增大呈先增大后减小趋势,峰值在冻土液限附近。导热系数和相变热作用的转变起到了决定作用。冻土温度在-1^-3℃之间降低时,接触面温度随冻土温度降低而升高。浇筑后0~1 h(尤其是0~0.5 h)是混凝土对冻土释放热量的主要时间。

冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理研究

在高寒区水利工程中,冻土与混凝土接触界面的力学特性对于衬砌的稳定性和长期服役性能有着重要的影响。为研究冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理,开展了试验温度为-1～-5℃,初始含水率为9.2%～20.8%,法向压力为50～300 kPa条件下冻结黄土-混凝土界面直剪试验。通过研究界面剪切应力-位移曲线特征,结合摩尔库伦强度理论,将峰值强度分解为残余强度和界面冰胶结强度,对冻土-混凝土界面冻结强度形成机制进行解释。相应将界面黏聚力分解为峰值强度黏聚力和残余强度黏聚力,界面摩擦系数分解为峰值强度摩擦系数和残余强度摩擦系数。结果表明:界面冰胶结强度随着试验温度下降而增大,但受法向压力影响很小。在初始含水率为13.1%,法向压力100 kPa时,试验温度由-1下降至-5℃,冰胶结强度由4.4增加至111.1 kPa。界面残余强度随着法向压力增大而增加,但受试验温度影响很小。在含水率20.8%,试验温度-5℃时,法向压力由50增加至300 kPa,残余强度由34增加至177 kPa。界面峰值强度黏聚力随温度的降低呈指数增长,在含水率13.1%时,温度由-1下降至-5℃,峰值强度黏聚力由35.09增加至148.05kPa,而残余强度黏聚力变化很小。界面处摩擦系数受试验温度影响较小。该研究可为寒区衬砌工程等冻土-构筑物接触面结构建设提供参考。