高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性研究综述

高海拔寒冷地区具有海拔高、气温低、昼夜温差大等特点,严重威胁混凝土结构安全和正常使用年限。因此,提高混凝土结构的抗冻耐久性、保证结构安全和可靠性是研究高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性能、施工技术以及评价方法的关键。综合分析了水胶比、外加剂、掺合料对高海拔寒冷地区混凝土宏观力学的影响,混凝土内部微观结构测试方法取得的成就和存在的不足,混凝土微观结构与宏观力学之间的关系,以及高海拔寒冷地区混凝土冻融损伤模型以及数值模拟的研究进展。通过上述分析和总结,以期进一步完善高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性的理论体系、试验和评估方法,为高海拔寒冷地区混凝土的理论研究和工程应用提供理论基础。

高寒季节性冻土区铁路路桥过渡段冻胀特性数值模拟研究

铁路路桥过渡段是整个线路中至关重要部分,也是相对薄弱部位,高寒季节性冻土区铁路路桥过渡段填土冻胀引起墩台梁体变形变位,对线路平顺性造成了很大影响。针对高寒季节性冻土区铁路路桥过渡段冻胀问题,基于热力耦合理论,采用ABAQUS软件建立铁路路桥过渡段数值模型,分析过渡段温度场与填土冻胀发展变化规律,探讨由桥台后填土冻胀引起的桥梁-桥台-填土相互作用。结果表明:材料热力学特性与桥台温度边界是影响温度场平衡过程与分布规律的主要因素,且距桥台距离增加,影响逐渐减弱;过渡段土体地温具有正弦分布、相位滞后与振幅衰减规律;随着填土水平冻胀变形发展,桥台会逐渐发生侧移和倾斜,进而导致桥梁与桥台顶紧,影响桥梁结构安全。

藏区季节性冰冻地段路基施工技术要点

G248线大岭山至新城二级公路处于甘南藏族自治州东部,海拔较高,冬季气温低,属于季节性冰冻地区。在季节性冰冻地区修建公路时,首先要考虑的就是冻胀作用导致公路出现翻浆、冻胀、拥包等病害。因此,在施工前就选择适宜的填料,做好排水设施,从而避免通车运营后经常需要进行维修和养护。

干旱荒漠区9个杏品种的花器官冻害生理生化分析

【目的】测试干旱荒漠区9个杏品种的花器官生理生化指标,分析9个杏品种花器官的半致死温度,研究不同花器官抗寒性强弱,为选择抗寒栽培品种与抗寒育种提供依据。【方法】测试花器官电导率、SOD、POD生理生化指标,应用Excel表与DPS软件分析测试数据。【结果】杏品种雌蕊、雄蕊、花瓣半致死温度由高到低依次为花瓣>雄蕊>雌蕊;不同杏品种雌蕊、雄蕊、花瓣半致死温度由高到低依次为巴丹油杏>珍珠油杏>小树上干杏>丰园红杏>杏王>金太阳杏>凯特杏>红李广杏>李广杏;不同低温处理下杏品种花蕾、花朵半致死温度由高到低依次为花蕾>花朵;不同杏品种已开放花器官、花蕾、花朵半致死温度由高到低依次均为巴丹油杏>珍珠油杏>小树上干杏>丰园红杏>杏王>金太阳杏>凯特杏>红李广杏>李广杏;不同杏品种盛开花组织低温处理SOD活性变化趋势,随着处理温度由高到低,各品种雌蕊、雄蕊、花瓣的SOD活性值呈先低至高再降低的趋势,雌蕊、雄蕊出现高峰值的温度为-1℃,花瓣出现高峰值的温度除巴丹油杏、珍珠油杏、小树上干杏3个品种外-5℃仍为上升过程,其余品种在-1~-3℃;不同杏品种盛开花组织低温处理POD活性变化趋势,随着处理温度0、-1、-3和-5℃由高至低,各杏品种雌蕊、雄蕊、花瓣的SOD活性值呈低至高的趋势,雌蕊、雄蕊SOD活性值呈由低至高再降低的过程,出现高峰值的温度因品种抗寒性的不同而不同,巴丹油杏、珍珠油杏、小树上干杏、丰园红杏、杏王均为-3℃,凯特杏、红李广杏、李广杏均为-1℃,花瓣出现高峰值的温度除巴丹油杏、珍珠油杏、小树上干杏、丰园红杏在-5℃仍为上升过程,其余品种高分值在-1~-3℃。【结论】9个杏品种花器官抗寒性大小依次为巴丹油杏>珍珠油杏>小树上干杏>丰园红杏>杏王>金太阳杏>凯特杏>红李广杏>李广杏,霜冻年份,各杏品种实际冻害结果与生理测试分析基本一致。

夏热冬冷地区空气源热泵供暖结霜规律研究

基于“双碳”目标,我国各领域电能替代工作取得了蓬勃发展。在建筑领域,目前我国正在大力推广空气源热泵供暖技术,为了探究其电力替代可行性,基于空气源热泵结霜机理,提出了一种基于气象参数及水相图的结霜理论判断方法,并选取夏热冬冷地区10个典型城市进行了空气源热泵供暖结霜规律分析。结果表明,夏热冬冷地区整体较适合开展空气源热泵供暖,但工程实践中应结合不同城市结霜规律针对性制定除霜控制策略。此外,提出的空气源热泵结霜判断方法相较于传统研究具有一定优势,可有效避免热泵机组结霜时长被低估等问题。该理论方法为解决夏热冬冷地区“双碳”目标与健康舒适人居所面临的挑战提供了有力支撑。

青藏高原地区纤维混凝土抗冻耐久性试验与损伤模型研究

为研究青藏高原环境条件下不同纤维混凝土的抗冻耐久性及冻融损伤演化规律,本研究依托西藏那曲地区某混凝土道路工程,对普通纤维混凝土(NC)、冲磨纤维混凝土(CM)以及膨胀纤维混凝土(PZ)进行了冻融循环试验和相关力学测试,在试验研究的基础上,提出了适用于高原低气压环境下的冻融损伤模型。研究结果表明,从冻融循环试验结果来看,冲磨纤维混凝土(CM)抗冻耐久性最佳,三种纤维混凝土抗冻耐久性排序为CM>NC>PZ。针对本文建立的冻融损伤模型和基于该模型的抗折强度预测方程,采用青藏高原地区某高速工程项目的高寒引气混凝土测试数据进行了验证,冻融后的抗折强度试验值与预测值变化趋势相近且基本吻合。因此,本文建立的青藏高原抗折强度冻融损伤模型是合理且可行的。

风积沙防冻胀技术在灌区改造中的应用研究

文中以甘肃省民勤县红崖山灌区续建配套与现代化改造项目为研究背景,分析了北方渠道冻胀破坏特点,研究了衬砌冻胀破坏的3个条件,并根据破坏原理提出了各类渠道衬砌防渗防冻胀措施。文中叙述了风积沙在沙漠地区灌区改造中的实际应用,总结了风积沙垫层的“水压法压实”施工工艺和注意事项,为类似灌区的风积沙垫层应用提供参考。

高寒地区混凝土抗冻耐久性及损伤模型

为了探究高寒地区混凝土劣化规律,文中在高寒地区通过掺加引气剂和减水剂,制备了4种不同类型的高寒混凝土,通过冻融循环试验,分析了外加剂及冻融循环次数对高寒混凝土动弹性模量和抗折强度的影响规律,并以动弹性模量损失率和抗折强度损失率作为损伤变量,采用指数函数建立了高寒混凝土冻融损伤模型。试验结果表明:减水剂和引气剂均可以提高高寒混凝土抗冻耐久性;损伤模型与试验数据相关性系数均达到92%以上。模型预测值与试验值相关性较高,结论可为高寒地区混凝土结构的设计和耐久性检测提供理论参考。

季冻区隧道导流明洞及其防寒效果研究

为弱化季冻区自然气象条件对隧道冻害的影响,基于流体力学基本原理和冷/热量累积理念,提出一种高效环保的新型导流明洞结构,并通过ANSYS-Fluent数值模拟验证导流明洞的防寒效果。研究结果表明:1)当寒冷气流方向与隧道横向夹角介于15°~75°,提出的导流明洞可显著降低进入隧道寒流的风速;2)当夹角不超过45°,导流明洞可基本隔绝外部冷空气的流入;3)当夹角超过45°,隔绝效果随着夹角的增大逐渐减弱,但始终明显优于传统明洞。本工程研究背景下,不设置导流明洞时,隧道负温区长度超过1000 m;设置导流明洞后,隧道负温区基本消失,防寒效果显著。

季冻区高速公路路基冻胀规律数值分析

在西北的季节性冻土区,盐渍土的冻胀对路基稳定及安全性的影响较为严重。选取柳敦高速冻害较严重区段的左幅道路为研究对象,通过现场监测和数值分析,对该路段地基冻胀特性及其对路基变形的影响进行了研究。建立有限元模型对地基与路基相互作用的温度场、水分场、盐分场以及变形场的综合效应进行分析。

冻拔对辽东山区天然更新红松幼苗的影响

为探明冻拔对天然更新红松幼苗的影响,该研究以辽东山区天然更新红松幼苗为试材,调查不同处理(苗龄、相对土壤水分梯度、覆盖物厚度)的天然更新红松幼苗根系冻拔情况,并应用主成分和相关性方法分析天然更新红松幼苗发生冻拔与环境因子的关系。结果表明:次生林天然更新红松幼苗的冻拔率为14.81%,在次生林与红松人工林交界处天然更新红松幼苗的冻拔率仅为6.35%,次生林内天然更新红松幼苗的冻拔率较高;相对土壤水分梯度是影响天然更新红松幼苗发生冻拔的主要环境因子,随相对土壤水分梯度的增加,幼苗发生冻拔的概率逐渐增大;而且土壤A层厚度、凋落物O层厚度、土壤水分梯度、坡向与天然更新红松幼苗发生冻拔存在交互作用,在次生林内覆盖物厚度、交界处土壤水分梯度与坡度对天然更新红松幼苗发生冻拔存在显著影响。该研究结果可对天然更新红松幼苗的保护与培育提供科学指导。

废轮胎骨料对粉土基可控性低强度材料抗冻性影响研究

粉土基可控性低强度材料可广泛应用于公路三背回填和狭窄空间回填,无需振捣,具有施工快速节约人工成本的特点。以废轮胎派生骨料橡胶颗粒(<5 mm)替代部分粉土作流动性回填材料的细骨料,研究了废轮胎颗粒掺量对粉土基可控性低强度回填材料抗冻性的影响。结果表明,随废轮胎颗粒掺量增加,混合物强度损失率出现先减小后增大的趋势。掺加适量废轮胎橡胶颗粒可以显著提高粉土基可控性低强度回填材料的抗冻性,降低材料的强度损失率,抑制裂缝的产生与扩张。但当掺量过大时(>80%),强度损失率增大,试件表面严重剥蚀,不利于材料的耐久性。试验发现存在有利于抗冻性能的最佳掺量,当水泥含量较低时该掺量为40%,水泥含量较高时该掺量为60%。

斜风作用下季冻区隧道冻胀力分布规律及结构安全性评价

为分析不均匀冻胀荷载对季冻区隧道结构受力及安全性的影响,依托某新建铁路隧道工程,在凝练工程区气象特征的基础上,利用数值模拟手段分析了斜风作用下隧道温度场的分布特征,解析得到了支护结构的冻胀力荷载,在此基础上分析了支护结构的受力特征并开展了安全性评价。结果表明:斜风作用下隧道较小进深范围内迎风侧与背风侧温度场存在差异,进深10 m处差异最为显著;未铺设保温层条件下迎风侧围岩冻结深度约为背风侧的1.8倍,铺设保温层后迎风侧围岩冻结深度减小了约80%,背风侧围岩冻结区基本消失;围岩冻结深度不一致导致冻胀力荷载不均匀分布,冻胀力荷载作用下支护结构迎风侧的应力、轴力、弯矩均明显高于背风侧;未铺设保温层条件下仅仰拱区域符合安全性要求,铺设保温层后各区域均满足要求,但迎风侧安全性明显低于背风侧。

高寒地区道面混凝土抗冻性能研究

鉴于高寒地区混凝土冻融循环频繁、易冻坏,因此,如何提高混凝土抗冻性能是关键。阐述了对高寒地区道面混凝土抗冻性能进行的研究,重点研究了道面混凝土水胶比、砂率、胶材用量和含气量对其抗冻性能的影响。研究结果表明:在满足道面混凝土设计指标和现场施工性能的前提下,增加胶材用量、降低水胶比、砂率和含气量均有利于道面混凝土抗冻性能的提高,据此设计的道面混凝土抗冻等级能够达到F300。研究成果对高寒地区道面混凝土抗冻性能的设计具有指导意义。

基于冻结深度的高海拔地区隧道防寒分区

高海拔地区特殊的自然环境引发了明显的隧道冻害特征,现有隧道防冻害措施主要采用设置保温层。然而,关于保温层设置原则却没有明确规定,使得现有规范标准难以指导隧道设计与施工。基于青海省高海拔隧道资料,结合已有研究资料,提出了以冻结深度为主,地下水、冻结期为辅的寒区高海拔地区隧道防寒分区,为高海拔地区隧道保温设计提供参考。

石拉渊引河灌区渠道不同衬砌形式下冻胀特征研究

为研究石拉渊灌区渠道衬砌结构与冻胀特征关系,基于热力耦合仿真计算方法,探讨衬砌形式以及衬砌结构设计对渠道冻胀特征影响。结果表明,不同衬砌形式下冻胀位移变化具有相似性,渠坡底部衬砌方案中冻胀位移峰值分布以及变化特征最为有利于抗冻胀设计。综合认为衬砌方案应为渠坡底部透水,透固体宽度1 m~3 m。研究结果可为研究渠道衬砌设计比较以及参数优化提供参考。

高寒山区浅埋隧道冻胀特性及防寒措施分析

高海拔寒区隧道的建造经验相对较少,建成的隧道存在衬砌结冰、隧道开裂漏水、隧道墙体剥落酥碎等问题,隧道建设质量相对较低,功能大大削弱,且存在严重的安全隐患,导致养护工作十分困难。针对季节性寒区隧道工程,明确目前在寒区隧道研究中存在的不足,综合考虑寒区隧道中温度等因素对围岩冻胀率和衬砌约束强度的影响,有针对性地提出寒区隧道冻害防控措施。

季冻区高铁路基水热力耦合冻胀特性分析

为分析描述季冻区铁路路基冻胀特性,现场进行冻胀监测并建立水热力耦合模型,结果表明路基基床冻胀过程中存在水热力相互耦合作用,基床温度的变化相对于大气温度表现出明显的滞后性,冻胀量与冻深的发展都随时间变化呈阶段性特点,为季冻区高铁路基多场耦合的冻胀特性分析提供了参考。

空气源热泵在我国应用结霜区域研究

通过直流型风洞试验台,对不同工况下平板结霜过程进行了试验研究.根据空气源热泵实际运行工况,获得理论结霜区域,并结合实验结果,将此区域划分为4个代表不同结霜程度的结霜区间,包括重霜区、一般结霜区、低温结霜区和轻霜区.根据我国18个城市的气象资料,获得各城市的结霜区域分布图,分析了空气源热泵在我国不同地区应用的结霜程度.研究结果表明:结霜现象会影响空气源热泵在我国不同地域的应用效果,应因地制宜的选用空气源热泵机组,并制定相应的除霜控制策略,避免误除霜事故的发生.

季节性冰冻地区公路边坡侵蚀破坏模式

针对季节性冰冻地区的路基边坡冻融滑坍破坏现象,分析了公路边坡破坏的各种侵蚀模式和影响因素。采用坡面流拖曳力法、坡面流量法等对坡面水力学特征进行研究,测算坡面冲刷临界坡度值,分析临界坡度与冲刷量之间的关系;同时采用有效应力法研究了冻融作用下的边坡安全稳定性。结果表明:季节性冰冻地区粘性土最大冲刷强度对应的临界坡度与目前常用的坡度值很接近或交叉,为减少水土流失,建议放缓土质边坡;边坡土体冻结前含水质量分数和融化后抗剪强度下降幅度是影响冻融滑坍破坏的主要因素,建议在设计中要考虑冲刷和冻融因素,并对特殊土质边坡进行相应的物理力学指标检测和稳定性验算。