干湿与冷热循环作用下植被混凝土结构演化研究

摘要

在社会经济高速发展的大趋势下，全国各地的基础建设热火朝天地进行着，这些基础工程在便捷人们生活及生产的同时也形成了众多的裸露边坡，从而给建设区及周边环境带来一系列问题，如植被破坏、水土流失、生态失衡等。植被混凝土作为一种优良的人工生态基材，己在高陡边坡生态治理中得到了广泛的运用，然而当前对其的研究仅集中于宏观结构、力学性能、孔隙率、冻融效应、肥力特性、截污控污等方面，至今尚未发现与之相关的裂隙发育以及损伤的研究。
　　基于此，本文以植被混凝土为研究对象，选取湿度和温度为影响因子，分别进行干湿与冷热循环室内模拟试验，以期探讨湿度及温度变化对植被混凝土结构演化的影响，同时刻画裂隙的演化规律与剖析结构损伤机理。主要工作如下：
　　1)配制不同初始含水率（13％、19%、25%、31%、37%、43%）的试样，采用烘干法模拟脱湿过程和叠式饱和法模拟增湿过程，进行植被混凝土干湿循环模拟试验研究，着重探讨植被混凝土在不同初始条件下宏观体积变化规律。试验结果表明，在恒定温度条件下，试样初期由于水泥水化反应发生收缩，其幅度约为1.75%；除却水泥水化反应，在干湿循环作用下试样收缩量与膨胀量近乎等量，最终宏观体积趋于稳定，因此可将植被混凝土归入弹塑性材料范畴；植被混凝土收缩量随初始含水率的增加而增加，但试样的收缩速率与初始含水率无关。
　　2)在干湿循环模拟试验的基础上，采用数码摄影获取试样表面光栅图像，借助软件及矢量图技术提取裂隙的几何特征，建立湿度-循环次数-裂隙度响应模型，定量分析植被混凝土结构中裂隙的演化规律，并探讨其裂隙演化机制。结果表明，试样的裂隙总面积、总长度、总宽度随循环次数的增加先达到一个峰值，尔后逐渐降低并趋于平缓；初始含水率31%试样的裂隙总长度、裂隙面积率、裂隙宽度及表面收缩率最低，分别为7.3cm、69mm2、0.21cm、4.51%，故采用该初始含水率配制的植被混凝土稳定性最好，适合于工程施工；湿度-循环次数-裂隙度响应模型为三维模型，可以更好的定量描述初始含水率对植被混凝凝土裂隙演化的影响。
　　3)同干湿循环试验，配制不同初始含水率试样，开展5次冷热循环模拟试验，采用非金属超声检测仪进行无损检测，定性分析温度变化对植被混凝土内部结构损伤的作用机理。试验结果表明，在恒定湿度条件下，温度的周期性变化是影响植被混凝土内部稳定性的关键性因素之一，各试样的波速均随温度的增加而递减，反之，当温度降低时，波速均会相应的增加，但温度增加时，波速增幅程度大大低于其降低程度；视试样在养护5天过后的波速作为试验无损状态值，可得不同初始含水率试样受损程度大小为13%>37%>43%>19%>25%>31%；
　　4)在冷热循环模拟试验的基础上，采用 CT断层扫描技术，得到试样各断层面密度演化规律，建立温度-深度-面密度响应模型，使植被混凝土在温度作用下内部结构损伤的研究步入初步阶段的定量分析。
　　本文通过室内模拟试验探讨了植被混凝土在含水率、温度作用下宏观结构和微观结构的演化规律及发育机理，总结出配制植被混凝土的最佳初始含水率，并建立响应模型，定量分析植被混凝土结构中裂隙的演化规律，以及定性剖析其内部结构的损伤机理。论文研究成果除了对植被混凝土生态防护技术的完善具有重要的实用价值和理论指导意义外，其裂隙评价体系及损伤机理研究方法亦可为其他类似人工生态基材的相关研究提供参考。

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引言

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 植被混凝土生态防护技术简介

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

1.5 技术路线

2 试验设计

2.1 试验原材料及设备

2.2 干湿循环模拟试验方案

2.3 冷热循环模拟试验方案

3 干湿循环作用下植被混凝土结构演化研究

3.1 裂隙定量评价方法

3.2 裂隙图像处理方法

3.3 响应模型建立方法

3.4 干湿循环试验结果

3.5 本章小结

4 冷热循环作用下植被混凝土结构演化研究

4.1 非金属超声检测方法

4.2 螺旋CT断层扫描

4.3 响应模型建立方法

4.4 冷热循环试验结果

4.5 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

后记

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论文和发明专利