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冻土中热水机械蒸汽的多场耦合研究摘要：本文根据各国学者对冻结土多场的研究成果，对冻结土的多场耦合理论和机理以及冻结过程中温度场、水分场和应力场的动态变化过程进行了分析和研究。
冻土多物理场耦合的研究是一个复杂、多物理、多学科的领域，本文主要从水热蒸汽机械（HTVM）场耦合的方面进行了综述。
本综述有助于促进对冷区土壤冻结过程和冻结过程中冻土耦合机理的研究，促进对土壤冻结过程中多场耦合动态过程的深层、多维理解。
1.介绍冻融沉降是寒冷地区冻土最常见的冻土破坏。
这主要是由于冻土的温度、湿度、应力和浓度场的变化，以及多物理场之间的相互作用（Mu，1987）。
冻土的各种霜冻问题本质上源于多孔介质中的多相耦合（包括固体、液体、气体和热）（Li，2001）。
季节性冻土的土壤稳定性主要受冻融循环中传热、水分迁移和相变化的相互作用和相互影响的控制。
例如，路基的温度、湿度和应力场都是动态变化的。
这些油田之间的耦合效应是造成许多冻害问题的直接原因（Lai，1999）。
因此，有必要系统地回顾冻土多物理场耦合背后的机制。
冻土的多物理场耦合是一个同时考虑多个物理场的复杂的多学科研究部门。
冻土多物理场耦合的研究进一步分为以下几个部分：热水（TH）耦合、热水机械（THM）耦合、热水蒸汽机械（THVM）耦合和热水盐力学（THSM）耦合。
此外，一些学者还致力于研究岩石的热-水-化学-机械（THCM）耦合（Su，2010），这是一个复杂而动态的过程。
近年来，有关冻结场的学术兴趣一般集中在宏观强度性质和热-水-力学耦合本构模型上。
考虑了晶体独特的张力行为和压力熔化，以及冰水相变的结晶动力学模型。
然而，由于缺乏特殊设备，目前进行的本构实验很少考虑微观变形的机理。
因此，迫切需要对微小量表进行本性调查。
2.冻土多物理场耦合技术的研究现状2.1冻土高温耦合技术的发展提出了浅层黄土的TH耦合模型，模型结果与实验结果一致。
通过该模型估算的水分和温度的动态变化，验证了参数选择的可行性和预测浅层冻土水热动力行为的准确性[1]。
高温冻土三轴强度分布及损伤统计本构模型
李清泽;赖远明;徐湘田;杨玉贵;常小晓
【期刊名称】《冰川冻土》
【年(卷),期】2010()6
【摘 要】由于高温冻土内部含有大量随机分布的初始缺陷,从而使其力学性质具有
明显的离散性和随机性.基于3种不同围压下的试验结果,利用K-S检验法对强度的
概率分布进行了拟合检验,结果表明Weibull分布能较好地描述高温冻土的强度分
布,随后对强度进行了可靠度分析.基于连续损伤理论和Drucker-Prager准则,建立
了高温冻土的损伤统计本构模型.通过3种不同围压下的试验结果与之对比分析,表
明该模型可以较好地反映出高温冻土应力应变曲线的变化过程.
【总页数】8页(P1234-1241)
【作 者】李清泽;赖远明;徐湘田;杨玉贵;常小晓
【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室
【正文语种】中 文
【中图分类】P642.14
【相关文献】
1.三轴压缩下砂岩统计损伤本构模型探究2.三轴压缩条件下岩石损伤统计本构模型
研究3.三轴压缩下砂岩统计损伤本构模型探究4.三轴受压状态混凝土统计损伤本
构模型5.高温冻结粘土单轴随机损伤本构模型及强度分布规律
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第43卷第4期2024年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.4April,2024赤泥-矿渣基地聚物固化黄土冻融后力学特性研究郭㊀强1,张晓雷2,史晨曦2,门㊀杰3(1.山西省高速公路集团有限责任公司,太原㊀030031;2.太原理工大学土木工程学院,太原㊀030024;3.山西交通控股集团有限公司大同高速公路分公司,大同㊀037000)摘要:本文通过击实试验获得了不同赤泥掺量㊁水玻璃模数㊁水玻璃掺量条件下地聚物固化黄土的最大干密度和最佳含水率;基于最佳含水率结果制作试块并开展地聚物固化黄土冻融循环试验,测试了固化黄土试块的质量损失和无侧限抗压强度,分析了地聚物组成对固化黄土试块抗冻性能的影响㊂结果表明:地聚物固化黄土试块的最大干密度均小于素黄土;掺入适量地聚物能够有效提升黄土的抗冻性能,且固化黄土的无侧限抗压强度均大于素黄土,最高可达0.7MPa;随着赤泥掺量增大,固化黄土试块的无侧限抗压强度降低;随着冻融次数增加,固化黄土试块的无侧限抗压强度先减小后增加,最终趋于稳定㊂关键词:地聚物固化黄土;水玻璃;含水率;冻融循环;无侧限抗压强度中图分类号:TU444㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)04-1482-08Mechanical Properties of Red Mud-Slag Based Geopolymer Solidified Loess after Freeze-Thaw CycleGUO Qiang 1,ZHANG Xiaolei 2,SHI Chenxi 2,MEN Jie 3(1.Shanxi Province Expressway Group Co.,Ltd.,Taiyuan 030031,China;2.College of Civil Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;3.Datong Expressway Branch of Shanxi Communications Holding Group Co.,Ltd.,Datong 037000,China)Abstract :In this paper,the maximum dry density and optimum content of geopolymer solidified loess under different red mud content,water glass modulus and water glass content were obtained by compaction test.Based on the optimum moisture content results,the test blocks were made and the freeze-thaw cycle test of geopolymer solidified loess was carried out.The mass loss and unconfined compressive strength of solidified loess test block were tested,and the influence of geopolymer composition on frost resistance of solidified loess test block was analyzed.The results show that the maximum dry density of geopolymer solidified loess test block is smaller than that of plain loess.Adding an appropriate amount of geopolymer can effectively improve the frost resistance of loess,and the unconfined compressive strength of solidified loess is greater than that of plain loess,up to 0.7MPa.With the increase of red mud content,the unconfined compressive strength of solidified loess test block decreases.With the increase of freeze-thaw cycles,the unconfined compressive strength of solidified loess test block decreases first and then increases,and finally tends to be stable.Key words :geopolymer solidified loess;sodium silicate;moisture content;freeze-thaw cycle;unconfined compressive strength㊀收稿日期:2023-08-29;修订日期:2023-12-31基金项目:山西交通控股集团项目(20-JKKJ-17)作者简介:郭㊀强(1970 ),男,高级工程师㊂主要从事公路工程方面的研究㊂E-mail:609770816@通信作者:张晓雷,硕士研究生㊂E-mail:1023032436@ 0㊀引㊀言我国的湿陷性黄土面积约占国土面积的6%[1],大多数黄土分布于北方季节性冻土地区㊂冻融作用是引起该区域黄土路基病害的常见因素[1-2],会显著影响土体密度㊁孔隙比和胶结性能等,进而导致路基冻胀及沉陷等病害的发生[1,3]㊂另外,我国是世界第四大氧化铝生产国,每年的赤泥产量保守估计在1.2亿吨以㊀第4期郭㊀强等:赤泥-矿渣基地聚物固化黄土冻融后力学特性研究1483上[4],赤泥的堆存不仅占用大量土地,同时也会对周围环境造成巨大污染,因此,高效合理地利用赤泥是全面落实 双碳 目标的重点㊂现有研究发现,将赤泥与矿渣充分混合后,加入碱激发剂能够激发赤泥中矿物成分的活性,从而使制备的地聚物材料具有早强快凝等优势[5],该类型地聚物被广泛应用于黄土路基的注浆加固中[6]㊂目前各国学者对黄土性能改善等方面开展了大量研究[7],在添加材料加固黄土方面:在黄土中加入新型高分子固化剂(SH)或硅酸钠能够有效提升黄土的抗压强度[8];将石灰[9]㊁二灰土[10]以及相变材料[11]与黄土混合也可以有效提高黄土的抗冻性能㊂在地聚物固化黄土强度研究方面:地聚物是硅铝酸盐材料和碱活化剂溶液的混合物,是一种绿色建筑材料[12],复合水玻璃和石膏产生的新物质是固化黄土力学性能提升的关键[13-14];其他学者相继探讨了碱激发剂在粉煤灰基地聚物中的应用以及激发剂浓度[15]㊁模数[16]等对地聚物固化黄土的影响,但目前对地聚物固化黄土抗冻性能的研究仍较为欠缺,因此开展赤泥-矿渣基地聚物固化黄土抗冻性能研究对于黄土路基冻融病害防治以及推动国家 双碳 目标的实现具有重要意义㊂针对上述不足,本文开展了不同赤泥掺量㊁水玻璃模数㊁水玻璃掺量条件下赤泥-矿渣基地聚物固化黄土(geopolymer solidified loess,GSL)的冻融循环试验,通过击实试验㊁无侧限抗压强度试验等对固化黄土在不同冻融循环次数下的工程特性进行了研究,得到了一种具有良好抗冻性能的赤泥-矿渣基地聚物配比㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料试验原材料包括黄土㊁赤泥㊁矿渣㊁硅酸钠和氢氧化钠等㊂其中,黄土采集于太原西山某垂直边坡,杂质含量较少,放入105ħ烘箱中烘干磨碎后过2mm方孔筛备用㊂采用‘土工试验方法标准“(GB/T50123 2019)[17]中相关方法测试得到的黄土试样粒径主要集中在0.075~5mm,约占试样总质量的75%,初始含水率为17.74%,最优含水率为15.18%,最大干密度为1.80g/cm3,不均匀系数C u为26,级配良好,便于压实[11]㊂赤泥采用山西某氧化铝厂生产的拜耳法赤泥,放入105ħ烘箱中烘干磨碎后过2mm方孔筛备用㊂矿渣为河南巩义的S95级矿渣,赤泥和矿渣的有效矿物成分见表1㊂市售硅酸钠溶液模数为2.85,SiO2质量分数为40%,Na2O质量分数为13.75~14.00%[6]㊂氢氧化钠为片状固体物质,95%(质量分数)分析纯㊂将固体氢氧化钠加入硅酸钠溶液得到合适模数和掺量的改性水玻璃溶液[6]㊂表1㊀原材料的主要化学成分Table1㊀Main chemical composition of raw materialsComposition Mass fraction/%Al2O3SiO2CaO MgO Fe2O3Loss on ignition Slag16.3236.1035.5811.3200.68Red mud27.3821.0514.910.530.428.781.2㊀击实试验击实试验的目的在于获得不同地聚物固化黄土试块的最大干密度和最佳含水率[18],然后基于最佳含水率配比结果制作固化黄土冻融试块[19]㊂本次试验参数为赤泥掺量㊁水玻璃模数和水玻璃掺量,共9种配比,每种配比5个试块,共45个试块,见表2㊂地聚物固化黄土击实试块采用102mmˑ116mm的圆柱体㊂试验仪器为电动击实仪和液压脱模机[11]㊂每种配比预设5个目标含水率,围绕最佳含水率15%[14],试验的设计含水率在13%~20%㊂按表2将一定量的烘干黄土㊁赤泥和矿渣混合后搅拌均匀,加入一定量的附加水和改性水玻璃溶液,采用砂浆搅拌锅再次搅拌,放置12h后让水分充分渗透到黄土中㊂采用电动击实仪分三层击实,并将试块表面磨平,脱模后根据文献[17]计算不同试块的密度㊁含水率,并绘制含水率和干密度曲线(图1),得到黄土最大干密度和最佳含水率㊂1484㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷表2㊀击实试验配比Table2㊀Mix ratio of compaction testNo.Raw material content/%Sodium silicateRed mud Slag Modulus Content/%Design moisture content/%Test resultρdmax/(g㊃cm-3)w max/%R5_M4_W65050 1.446.813.3,15.0,16.7,18.1,20.8 1.6216.06 R6_M4_W66040 1.446.813.3,15.0,16.7,18.1,19.5 1.6215.54 R7_M4_W67030 1.446.813.3,15.0,16.7,18.1,19.5 1.6415.43 R5_M4_W05050 1.440.013.9,15.6,17.4,18.8,20.1 1.6615.70 R5_M4_W35050 1.443.013.6,15.4,17.1,18.5,19.8 1.6415.28 R6_M4_W06040 1.440.013.9,15.6,17.4,18.8,20.1 1.6415.39 R6_M4_W36040 1.443.013.6,15.4,17.1,18.5,19.8 1.6614.57 R5_M2_W65050 1.246.813.6,15.1,16.7,18.1,19.4 1.6715.08 R5_M6_W65050 1.646.813.3,15.0,16.7,18.1,19.5 1.6415.28㊀㊀注:ρdmax表示最大干密度,w max表示最佳含水率,%均表示质量分数㊂1.3㊀冻融试验地聚物固化黄土冻融试块为50mmˑ50mm圆柱体[11]㊂与击实试验相同,制作了9组不同配比的试块,每组18个试块,共162个,见表3㊂试块的最佳含水率由1.2节击实试验确定,其余参数与表2相同㊂另外,由于黄土烘干后吸水量较高,仅靠地聚物浆液中的自由水不能满足地聚物水化反应和黄土吸水需求,需加入附加水,但附加水不参与浆液水胶比的计算,仅用于计算固化黄土的含水率㊂表3㊀冻融试块配比Table3㊀Mix ratio of freeze-thaw test blockNo.Mass/gRed mud Slag Sodium silicate Slurry added water Dry loess Loess added water Moisture content of loess/%R5_M4_W6868681643179418316.06R6_M4_W61036981643177401815.54R7_M4_W61215281643175398315.43R5_M4_W0868669683093388915.70R5_M4_W3868674673127383615.28R6_M4_W01036969683090379215.39R6_M4_W31036974673124273714.57R5_M2_W6868681663183387215.08R5_M6_W6868681633153393415.28根据表3的配比,采用液压脱模机制备得到地聚物固化黄土试块㊂然后用保鲜膜密封,放入标准养护环境中养护28d后,进入冻融循环㊂本试验设定冻融温度为-20~-18ħ,冻融循环次数设定为2㊁4㊁6㊁8㊁10,冰冻时间为4h,融化时间4h㊂达到循环次数将试块取出,观察是否存在表面破损㊁裂缝或掉边掉角情况,并记录质量变化;参照组试件(0次冻融)在标准养护条件下养护至其他试件完成10次冻融,与冻融试件一起测试强度㊁质量变化㊂冻融完成的试块使用微型电子万能试验机开展无侧限抗压强度测试[11],加载速率为1mm/min㊂2㊀结果与讨论2.1㊀击实试验图1给出了地聚物固化黄土的击实试验结果㊂由图1可知,不同配比的地聚物固化黄土最大干密度主要集中在1.62~1.67g/cm3,均小于素黄土密度1.80g/cm3,最佳含水率主要集中在14.57%~16.06%,除R6_M4_W3㊁R5_M2_W6试块外,其余配比的最佳含水率均大于素黄土的15.18%[11]㊂由图1(a)可知,随着赤泥掺量增大,固化黄土最大干密度增大(1.62g/cm3增加到1.64g/cm3),最佳含水率降低(16.06%降低到15.43%),主要原因是地聚物中的赤泥颗粒粒径介于矿渣和黄土之间,赤泥掺量增大能提高结构密实度,且赤泥吸水性能较强,赤泥掺量增大引起最佳含水率降低;由图1(b)可知,水玻璃㊀第4期郭㊀强等:赤泥-矿渣基地聚物固化黄土冻融后力学特性研究1485模数越小,固化黄土的最大干密度越大,当赤泥掺量为50%㊁水玻璃质量分数为46.8%㊁水玻璃模数为1.2时,固化黄土的最大干密度最大;由图1(c)可知,固化黄土的最大干密度随着水玻璃掺量的增加(40%增加到46.8%)而减小(1.66g/cm3减小到1.62g/cm3),最佳含水率先降低后升高,固化黄土的最大干密度达到最大时水玻璃掺量为40%(质量分数),模数为1.4㊂对比图1(c)㊁(d)可知,虽然水玻璃模数和掺量不同,但60%赤泥掺量的固化黄土最佳含水率小于50%赤泥掺量的固化黄土,但最大干密度差别不大㊂这说明赤泥是影响固化黄土最佳含水率的主要原因,赤泥与黄土颗粒分布不同,且赤泥的吸水性相较矿渣更强㊂图1㊀不同配比地聚物固化黄土的含水率和干密度Fig.1㊀Moisture content and dry density of GSL with different ratios2.2㊀冻融试验2.2.1㊀破坏模式图2(a)㊁(b)给出了冻融前㊁后试块的表观形貌㊂由图2可知:冻融前固化黄土试样表面光滑平整,结构密实;经历10次冻融循环后,试样表面出现了凹凸不平的虫孔结构,部分构件发育裂隙,冻融循环次数能显著影响试件表面形态[20],与文献[3]结果类似㊂图2(c)㊁(d)给出了试块的破坏状态㊂试块的破坏形态分为两类:1)塑性破坏,发生在强度较低的试块,原因是地聚物本身的强度较低,对黄土的固化效果较差,破坏形态趋于素黄土;2)脆性破坏,发生在强度较高试块,整体破坏形态为侧面黄土楔形断裂,原因在于地聚物本身强度较高,固化黄土的性能较好,能将黄土颗粒固结到一起㊂2.2.2㊀质量损失图3给出了试块质量损失率随冻融次数的变化㊂由图3可知,固化黄土质量损失率随冻融循环次数的增加而增大,前2次质量损失较快,2~6次质量损失较慢,不同配比的质量损失率变化不同,但整体质量损失率差异非常小㊂冻融循环10次以内试块质量损失率均低于1%,与素黄土冻融循环质量损失率基本相同,但明显小于纯硅酸钠固化黄土,说明赤泥等胶凝材料有利于提升固化黄土的抗冻性能㊂1486㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图2㊀破坏状态对比Fig.2㊀Comparison of destructive states㊀㊀由图3(a)可知,当冻融次数小于6时,不同赤泥掺量的固化黄土试块冻融质量损失率基本一致㊂由图3(b)可知:R5_M4_W0试块质量损失较低,冻融10次后的质量损失率小于0.5%;水玻璃掺量为43%的试块质量损失较高,且在8次后突然增加到1.00%㊂但总体来看,当赤泥掺量为50%时,水玻璃掺量对固化黄土试块质量损失率的影响不明显㊂由图3(c)可知,R6_M4_W3试块质量损失率最小,与另外两种水玻璃掺量固化黄土的质量损失率相差不大,说明水玻璃掺量过多或过少均不利于抗冻性能的提升㊂总体来看,当赤泥掺量为60%(质量分数)时,水玻璃掺量对固化黄土试块质量损失率的影响不明显㊂由图3(d)可知,当赤泥和水玻璃的掺量分别为50%和46.8%时,模数为1.6的试块质量损失率最小,模数为1.4的质量损失率最大,模数也会影响多次冻融循环后试块的质量损失率㊂图3㊀质量损失结果对比Fig.3㊀Comparison of mass loss results2.3㊀无侧限抗压强度图4给出了固化黄土的无侧限抗压强度随冻融循环次数的变化㊂图4中,除R6_M4_W6㊁R7_M4_W6㊁㊀第4期郭㊀强等:赤泥-矿渣基地聚物固化黄土冻融后力学特性研究1487 R5_M4_W3试块在10次冻融循环后损坏,数据缺失外,其余试块均达10次㊂由图4可知,无论是何种配比试块,地聚物固化黄土试块的无侧限抗压强度均大于素土试块,强度可达0.7MPa;随着冻融次数增加,土样颗粒均逐渐变松散,孔隙率增加,强度减小[21]㊂大部分试块在冻融4次前,强度降低迅速,最多降低了55%,冻融4~10次时,强度出现升高趋势,但仅能达到冻融前强度的68%㊂本次试验结果与掺入相变材料加固黄土的效果相差不大[11]㊂另外,文献[21]也指出冻融循环次数增加时抗压强度逐渐降低,但8次循环以后强度趋于稳定,本文结果与之类似㊂图4㊀不同冻融循环次数后地聚物固化黄土的无侧限抗压强度Fig.4㊀Unconfined compressive strength of GSL under different freeze-thaw cycles 由图4(a)可知,不同赤泥掺量的固化黄土试块无侧限抗压强度存在较大差异,且固化黄土试块抗压强度随赤泥掺量增多而降低,强度最少降低39%,最多降低75%㊂未冻融时,当试块赤泥掺量由50%增大到60%时,其抗压强度由0.374MPa降低至0.214MPa,高于素黄土试块的抗压强度,当赤泥掺量增至70%时,固化黄土试块基本与素黄土试块抗压强度相同[11]㊂当赤泥掺量为50%时,经过10次冻融循环,强度降低约50%,从整体趋势来看,赤泥掺量的增大会显著降低固化黄土试块的抗压强度,最佳掺量建议不超过50%㊂由图4(b)可知,冻融4次时固化黄土试块的强度降低最明显,R5_M4_W6和R5_M4_W3试块的抗压强度分别降低68%和57%,但冻融4次后,抗压强度有所提高,冻融8次以上时,抗压强度趋于稳定,说明固化黄土在冻融循环前期的强度变化显著,后期变化较小㊂在前期冻融循环作用下,试块孔隙率增大,裂隙发育,导致固化黄土颗粒之间的黏结力大幅度下降,强度降低;但冻融4次后,固化黄土内部小颗粒数量增多并填充空隙,使得固化黄土结构紧密,强度升高,冻融8次以后,强度趋于稳定[21]㊂由图4(b)㊁(c)对比分析可知,尽管赤泥掺量的改变(50%增加到60%)导致固化黄土试块无侧限抗压强度降低,但最高碱掺量的固化黄土试块抗压强度始终是最低的,说明过高的碱掺量不利于激发黄土活性㊂由图4(d)可知:在冻融初期,固化黄土试块抗压强度随水玻璃模数增加而降低,与文献[15]结果一致;在整个冻融循环过程中,水玻璃模数为1.2的固化黄土无侧限抗压强度始终高于另外两个较大水玻璃模数固化黄土的无侧限抗压强度㊂主要原因是模数越小,越有利于形成更多的地聚物凝胶,能够更好地改善黄土的孔1488㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷径分布和孔隙结构,提高固化的黄土抗压强度㊂因此,从本试验来看,固化黄土的水玻璃模数一般应为1.2㊂3㊀结㊀论1)采用地聚物固化黄土后,其最大干密度相较素黄土最少降低7.2%,最佳含水率大部分大于素黄土㊂随赤泥掺量增加,固化黄土最大干密度增加,最佳含水率减小;当水玻璃模数大于1.2时,随水玻璃模数增加,固化黄土的最大干密度减小㊂2)地聚物固化黄土试块质量损失率随冻融次数的增加而增大,与素黄土相差不大,但抗冻性能明显优于素黄土;地聚物固化黄土试块的无侧限抗压强度均大于素土试块,强度可达0.7MPa;3)固化黄土试块的无侧限抗压强度均随赤泥掺量的增加而降低;无侧限抗压强度均随冻融循环次数增加而降低,强度降幅达39%~75%;前4次冻融循环试块抗压强度降低迅速,达到最低;相较冻融前,强度最多可降低55%;冻融4次~10次,无侧限抗压强度先增大之后趋于稳定,但此时的固化黄土强度最大仅能达到冻融前强度的68%左右㊂当水玻璃模数大于1.2时,随水玻璃模数增加,无侧限抗压强度存在不同程度的降低㊂4)当赤泥掺量为50%㊁水玻璃模数为1.2㊁水玻璃掺量46.8%时,赤泥矿渣基地聚物固化黄土的最具有较高的抗冻性能㊂参考文献[1]㊀LIU Z,CAI C S,LIU F Y,et al.Feasibility study of loess stabilization with fly ash-based geopolymer[J].Journal of Materials in CivilEngineering,2016,28(5):04016003.[2]㊀WANG F Y,PANG W C,QIN X Y,et al.Durability-aimed design criteria of cement-stabilized loess subgrade for railway[J].AppliedSciences,2021,11(11):5061.[3]㊀侯㊀鑫,马㊀巍,李国玉,等.冻融循环对硅酸钠固化黄土力学性质的影响[J].冰川冻土,2018,40(1):86-93.HOU X,MA W,LI G Y,et al.Effects of freezing-thawing cycles on mechanical properties of loess solidified by sodium silicate[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2018,40(1):86-93(in Chinese).[4]㊀SINGH S,ASWATH M U,RANGANATH R V.Effect of mechanical activation of red mud on the strength of geopolymer binder[J].Construction and Building Materials,2018,177:91-101.[5]㊀王永宝,原㊀元,赵人达,等.赤泥地聚物混凝土力学性能研究现状及发展趋势[J].材料导报,2020,34(15):15102-15109.WANG Y B,YUAN Y,ZHAO R D,et al.Research status and development trend of mechanical properties of red mud geopolymer concrete[J].Materials Reports,2020,34(15):15102-15109(in Chinese).[6]㊀王永宝,张㊀翛,史晨曦,等.材料组分对矿渣㊁粉煤灰和赤泥基地聚物收缩影响试验研究[J].太原理工大学学报,2022,53(5):955-962.WANG Y B,ZHANG X,SHI C X,et al.Experimental study on the influence of material composition on shrinkage of slag,fly ash and red mud matrix polymer[J].Journal of Taiyuan University of Technology,2022,53(5):955-962(in Chinese).[7]㊀赵彦旭,向俊燃,吕擎峰,等.碱激发剂对地聚物固化黄土工程特性的影响[J].北京工业大学学报,2021,47(6):636-643.ZHAO Y X,XIANG J R,LÜQ F,et al.Effect of alkali activator on engineering properties of geopolymer-solidified loess[J].Journal of Beijing University of Technology,2021,47(6):636-643(in Chinese).[8]㊀徐鹏飞,李泽莹,王银梅,等.冻融循环对新型高分子材料SH固化黄土力学特性的影响试验研究[J].长江科学院院报,2021,38(1):137-141.XU P F,LI Z Y,WANG Y M,et al.Impact of freeze-thaw cycles on mechanical properties of loess solidified with new polymer curing agent SH[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute,2021,38(1):137-141(in Chinese).[9]㊀胡再强,梁志超,吴传意,等.冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究[J].土木工程学报,2019,52(增刊1):211-217.HU Z Q,LIANG Z C,WU C Y,et al.Experimental study on mechanical properties of lime modified loess under freeze-thaw cycle[J].China Civil Engineering Journal,2019,52(supplement1):211-217(in Chinese).[10]㊀武㊀昕.冻融循环下二灰改良黄土强度特性研究[D].西安:西安工业大学,2020.WU X.Study on strength characteristics of lime-fly ash improved loess under freeze-thaw cycle[D].Xi an:Xi an Technological University, 2020(in Chinese).[11]㊀郑永杰,张㊀翛,雒志利,等.冻融循环下相变材料改良黄土路基物理力学特性研究[J].公路,2022,67(8):36-43.ZHENG Y J,ZHANG X,LUO Z L,et al.Physical and mechanical properties of loess subgrade improved by phase change materials under freeze-thaw cycles[J].Highway,2022,67(8):36-43(in Chinese).㊀第4期郭㊀强等:赤泥-矿渣基地聚物固化黄土冻融后力学特性研究1489 [12]㊀YANG W,LIU H,ZHU P H,et al.Effect of recycled coarse aggregate quality on the interfacial property and sulfuric acid resistance ofgeopolymer concrete at different acidity levels[J].Construction and Building Materials,2023,375:130919.[13]㊀吕擎峰,刘鹏飞,吴朱敏,等.复合改性水玻璃固化黄土冻融特性试验研究[J].科学技术与工程,2014,14(31):95-99.LYU Q F,LIU P F,WU Z M,et al.Study on the peculiarity of loess solidified by modified sodium silicate under freeze-thaw cycles[J].Science Technology and Engineering,2014,14(31):95-99(in Chinese).[14]㊀吕擎峰,俞晶晶,单小康,等.石膏碱激发地聚物固化黄土强度及机理[J].兰州大学学报(自然科学版),2021,57(2):221-225+232.LYU Q F,YU J J,SHAN X K,et al.A study on the mechanical property and mechanism of loess solidified by gypsum alkali-activated geopolymer[J].Journal of Lanzhou University(Natural Sciences),2021,57(2):221-225+232(in Chinese).[15]㊀刘㊀雨,张吾渝,崔靖俞.地聚物影响因素对黄土强度的试验研究[J].青海大学学报,2019,37(5):82-89+104.LIU Y,ZHANG W Y,CUI J Y.Experimental research on influence of geopolymer factors on loess strength in Qinghai area[J].Journal of Qinghai University,2019,37(5):82-89+104(in Chinese).[16]㊀向俊燃.水玻璃对碱激发地聚物固化黄土工程特性影响研究[D].兰州:兰州大学,2020.XIANG J R.Study on the influence of sodium silicate on the engineering characteristics of alkali-activated geopolymer solidified loess[D].Lanzhou:Lanzhou University,2020(in Chinese).[17]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.土工试验方法标准:GB/T50123 2019[S].北京:中国计划出版社,2019.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People s Republic of China.Standard for geotechnical test methods:GB/T50123 2019[S].Beijing:China Plan Publishing House,2019(in Chinese).[18]㊀夏揆华.承载比试验中最佳含水率试件制作研讨[J].低碳世界,2022,12(4):193-195.XIA K H.Discussion on making the best water content specimen in bearing ratio test[J].Low Carbon World,2022,12(4):193-195(in Chinese).[19]㊀胡永亮.压实度和含水率对红黏土无侧限抗压强度的影响研究[J].北方交通,2023(7):41-43+48.HU Y L.Research on the influence of compaction degree and moisture content on the unconfined compressive strength of red clay[J].Northern Communications,2023(7):41-43+48(in Chinese).[20]㊀李宝平,平高权,张㊀玉,等.平面应变条件下冻融循环对黄土力学性质的影响[J].土木与环境工程学报,2021,43(2):41-48.LI B P,PING G Q,ZHANG Y,et al.Effects of freeze-thaw cycles on mechanical properties of loess under plane strain[J].Journal of Civil and Environmental Engineering,2021,43(2):41-48(in Chinese).[21]㊀刘乐青,张吾渝,张丙印,等.冻融循环作用下黄土无侧限抗压强度和微观规律的试验研究[J].水文地质工程地质,2021,48(4):109-115.LIU L Q,ZHANG W Y,ZHANG B Y,et al.Effect of freezing-thawing cycles on mechanical properties and microscopic mechanisms of loess[J].Hydrogeology&Engineering Geology,2021,48(4):109-115(in Chinese).。
2022年第2期中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2022）02-10-04【DOI】10.13697/j.cnki.32-1449/tu.2022.02.003低温环境对混凝土强度影响试验研究
张伟康（邯郸金隅太行水泥有限责任公司，河北邯郸056200）
摘要：混凝土强度发展与环境温度和湿度有密切的关系，夏季高温湿度大，混凝土实体工程强度增长快，而冬季温度低天气干燥，混凝土强度增长慢，甚至到600多天混凝土强度也达不到要求，本次研究针对加入防冻剂的混凝土早、中、后各龄期在不同温度下强度增长率进行系统试验，通过在5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃五个温度跨度及低温养护、标准养护、同条件养护三个养护条件下的试验，最后分析出加入防冻剂的混凝土在有无预养条件下强度的区别及都有预养条件下不同温度对混凝土强度的影响。关键词：低温环境；抗压强度；强度增长率ExperimentalresearchoninfluenceoflowtemperatureenvironmentonconcretestrengthZhangWeikang（HandanJinyuTaihangCementCo.,Ltd.,Handan,056200China）Abstract:Thedevelopmentofconcretestrengthiscloselyrelatedtotheambienttemperatureandhumidity.Insummer,hightempera⁃tureandhumidityincreasethestrengthofconcreteconcreteprojects,whileinwinter,thetemperatureislowandtheweatherisdry,andthestrengthofconcreteincreasesslowly,evenat600degrees.Accordingtotherequirements,thisstudysystematicallyteststhestrengthgrowthrateofconcretewithantifreezeatdifferenttemperaturesattheearly,middleandlateages.Atemperaturespanandtestsunderthreecuringconditions:lowtemperaturecuring,standardcuringandsame-conditioncuring,andfinallyanalyzethediffer⁃enceinstrengthofconcretewithorwithoutpre-curing,andtheeffectsofdifferenttemperaturesonconcreteunderpre-curingcondi⁃tions.Influenceofstrength.Keywords：lowtemperatureenvironment;compressivestrength;strengthgrowthrate
土中未冻含水量与温度关系研究万旭升;赖远明;张明义;裴万胜【摘要】针对水溶液物理化学特性,利用热力学原理,建立了冰水化学势能平衡方程.基于理想成冰模型,依据土体孔隙分布特征,推导了不同孔径中水分冻结公式.在此过程中引入有效应力原理,建立了负温下未冻含水量与温度的关系.据此,提出计算不同温度下水分冻结的通用公式,并通过试验验证,证明了此公式的合理性与准确性.研究表明:未冻含水量与冻结温度之间呈现指数函数递减;外荷载的增大、含盐量的增加均会导致未冻含水量与温度曲线向坐标右侧移动,而土孔隙变小引起未冻含水量曲线逆时针旋转;孔隙中冰晶会延缓水分冻结趋势,该作用随着孔径的减小而愈发明显.%The balance equation of ice and water chemical potential was built by taking advantage of the thermo-dynamic principle for the physicochemical characteristics of water solution.Moreover,the formula of water freezing in different pore sizes was deduced according to the pore distribution characteristics of soil under the assumption of the ideal ice-forming model.In this process,the principle of effective stress was introduced to build the relationship between unfrozen water content and temperature in low temperature.Based on this,a general equation to determine water freezing in soils at different temperatures was proposed.Besides,the ra-tionality and accuracy of this equation have been proved through experimental verification.The results show that the unfrozen water content decreases with freezing temperature exponentially.The increase of the external load and the increase of salt content will cause the curve of unfrozen water content-temperature to move right-ward in thecoordinate,while the decrease of soil pore sizes results in the anticlockwise rotation of the unfrozen water content curve.The ice crystal in the pores in the soil delays the process of water freezing and the impact of ice crystals on water freezing is increasingly obvious with the decrease of pore size.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】7页(P123-129)【关键词】未冻含水量;冻结温度;化学势;冰液接触面自由能;孔径分布【作者】万旭升;赖远明;张明义;裴万胜【作者单位】西南石油大学土木工程与建筑学院,四川成都 610500;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰州 730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰州 730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】TU448我国多年冻土与季节冻土面积分布广泛，超过全国总面积的2／3［1-3］。
第17卷第8期2021年8月中国安全生产科学技术Journal of Safety Science and TechnologyVol. 17 No. 8Aug. 2021doi ： 10. 11731/j. issn. 1673-193x. 2021. 0& 015高温矿井掘进工作面冰块降温数值模拟研究**收稿日期：2021 -04 -02*基金项目：中南大学研究生自主探索创新项目(1053320192572)作者简介：李杰林，博士，副教授，主要研究方向为采矿工程和矿井热害防治。
李杰林1 ,喻晓丽1 ,黄冲红2,周科平1 ,程春龙1(1.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083； 2.玉溪矿业有限公司，云南玉溪653100)摘要：为确定冰块在矿井高温掘进工作面降温中的设计参数，以大红山铜矿西矿段高温掘进工作面为对象，开展通风降温和冰 块降温下掘进工作面温度场变化的数值模拟，分析冰块量、摆放方式对掘进巷道工作面附近温度场的影响。
结果表明：与只采用通风降温方案相比，增加冰块的降温方案降温效果明显；当冰块摆放方式相同时，冰块量越多，有效制冷时间越长，但增加到一定程度时有效制冷时间基本不变;冰块摆放方式对降温效果有显著影响，在相同的冰块量及同一水平摆放方式下，冰块摆放高度与 风筒齐平时的降温效果最佳；当冰块量及垂直摆放方式相同时，距掘进工作面越远，掘进工作面附近温度场温度的分布越均匀，制冷空间越大。
关键词：高温矿井;掘进工作面;冰块降温;数值模拟中图分类号：X936 文献标志码：A 文章编号：1673 -193X(2021) -08 -0097 -07Numerical simulation of ice cooling in heading face of high-temperature mineLI Jielin 1, YU Xiaoli 1 , HUANG Chonghong 2, ZHOU Keping 1 , CHENG Chunlong 1(1. School of Resources and Safety Engineering ,Central South University ,Changsha Hunan 410083 ,China ；2. Yuxi Mining Co. ,Ltd. ,Yuxi Yunnan 653100, China)Abstract : In order to determine the design parameters of ice for the cooling of high-temperature heading faces in the mines ,taking the high-temperature heading face in the west mining section of Dahongshan copper mine as the object,the numericalsimulation of temperature field change in the heading face under the ventilation cooling and ice cooling was carried out , and the influence of ice amount and placement mode on the temperature field near the heading face was analyzed. The resultsshowed that compared with the ventilation cooling scheme , the cooling effect of adding ice was obvious. When the placementmode of ice was the same , the more the ice amount , the longer the effective refrigeration time , but when the ice amount was in creased to a certain extent , the effective refrigeration time was basically unchanged. The placement mode of ice had significant influence on the cooling effect , and under the same ice amount and the same horizontal placement mode , the cooling effect was the best when the ice was placed at the same height as the air duct. When the ice amount and the vertical placement mode were the same , the farther away from the heading face , the more uniform the distribution of temperature field near the headingface , and the larger the refrigeration space.Key words : high -temperature mine ; heading face ; ice cooling ； numerical simulation0引言随着浅地表资源的逐渐开采殆尽，我国众多金属矿山已进入深部开采阶段，围岩散热、空气自压缩放热以及机械设备散热量逐渐增加，矿井深部易形成高温、高 湿作业环境。
第21卷第2期岩石力学与工程学报 21(2:290~2932002年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb .,20022001年2月9日收到初稿,2001年4月18日收到修改稿,2001年8月15日收到改定稿。
* 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室资助项目(9721。
作者马芹永简介:男,36岁,硕士,1986年毕业于淮南矿业学院土木工程系矿山建设专业,现为教授、硕士研究生导师、北京科技大学土木与环境学院博士研究生,主要从事岩土工程及冻土工程方面的教学与研究工作。
冻结粘土纵、横波速与温度的关系*马芹永1,2,3彭万巍2 朱元林2(1淮南工业学院土木工程系淮南 232001(2中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000(3北京科技大学土木与环境学院北京 100083摘要用UVM-2型声波仪和500 kHz 宽带超声换能器实测了在-1°C ,-3°C ,-5°C ,-7°C ,-10°C ,-12°C ,-15°C ,-17°C及-18°C 等9个不同温度下冻结粘土的纵、横波速,对试验数据进行了分析,结果表明,冻结粘土的纵、横波速度随温度的降低而增大,当温度从0°C 降至-4°C 时,波速与温度呈线性关系,随着温度的继续降低,波速增加减慢。
结合弹性理论,求出了冻结粘土的弹性模量及泊松比。
关键词冻结粘土,纵波速度,横波速度,试验,温度分类号 P 642.14,TU 411.2,TU 411.3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002-0290-041 概述声波测试技术是以人工的方法,向介质(岩石或冻土辐射声波,观测声波在介质中传播的特性,判别介质内部的结构状态、应力状态和一些物理力学性质。
