寒区浆砌片石护坡结构双向应力状态下损伤机理研究.pdfVIP

摘要

高寒地带采用浆砌片石作为护坡结构建设铁路桥台时，须考虑极端气候条

件以及地质动力活动对其耐久性和稳定性的影响。在地震活动等多向荷载作用

下，浆砌片石结构的损伤逐渐累积生成裂痕，甚至引发骨料剥离现象，危及整

个护坡结构的稳定性和安全。而当前常用的试验方法在判断复杂载荷影响下浆

砌片石的损伤扩展机制方面存在一定困难。为揭示多种荷载条件下浆砌片石结

构的损伤演化过程，建立损伤与外部荷载间的定量关系。本文基于相似理论制

作缩小比例的浆砌片石模型，开展冻融循环、单轴压缩和双轴压缩试验研究。

在不同的冻融循环阶段、加载方式和骨料类型条件下，探究浆砌片石的力学性

能和内部损伤机理。利用数字图像相关法和声发射技术，揭示了浆砌片石在单

轴和双轴压缩下的损伤演变机制。研究得到成果如下：

（1）在三种骨料浆砌片石中，花岗岩骨料的冻融损失率较低，引入花岗岩

片石材料有助于增强结构的冻融耐久性。砂岩骨料与砂浆的粘结强度表现出明

显的不足，其单轴及双轴抗压强度均小于其他两种骨料。花岗岩骨料抗压强度

相对较高，且耐久性表现良好，其更适合作为浆砌片石护坡结构骨料。

（2）浆砌片石的压缩主要破坏模式为界面脱粘，骨料与砂浆的粘结强度为

决定材料抗压强度的核心因素。浆砌片石试件的约束效应导致双轴抗压强度相

比单轴抗压强度有所增强，从单一拉伸破坏转变为拉伸-剪切复合型破坏。

（3）双轴加载作用下，浆砌片石的峰值应变随应力比变化呈现先增大后减

小趋势。在应力比为1:0.25时，浆砌片石的双轴压缩峰值应变达到最大值。浆

砌片石峰值应变大小与浆砌片石内部的骨料-砂浆界面相互作用有关。在较低侧

向应力比下，浆砌片石内部约束作用有效地延缓裂缝的形成和发展，导致在破

坏前展现出更大的延性。

（4）采用声发射(AE)技术及数字图像(DIC)技术，对单轴和双轴加载条件

下浆砌片石损伤特性进行深入研究，揭示了单轴压缩和双轴压缩损伤机制的区

别。双轴压缩试验中的AE事件数超过了单轴压缩，破坏所需的能量更高，失效

机制更为复杂。浆砌片石双轴压缩测试的声发射信号主要分布在10kHz、50kHz、

175kHz和275kHz，其中，50kHz和175kHz体现了裂纹形成和扩展，275kHz代

表骨料断裂。

（5）浆砌片石护坡模型峰值主应力与冻结深度同时随坡率的增大而增加。

当坡率由1:1变为1:1.25和1:1.5时，模型的峰值主应力随坡率的降低分别下降

了7.0%和13.1%，最大水平位移分别下降了9.4%和22.2%。坡率变化对水平位

移影响显著。为保证护坡结构安全，推荐选择较为宽缓的坡率1:1.5。

I

关键词：寒冷地区；浆砌片石；力学性能；单-双轴压缩；损伤演化

II

Abstract

Theuseofslurrymasonryschistasaslopeprotectionstructurefortheconstruction

ofrailroadbridgeabutmentsincoldandcoldzonesrequiresconsiderationoftheeffects

ofextremeclimaticconditionsandgeodynamicactivityontheirdurabilityandstability.

Undermultidirectionalloadssuchasseismicactivities,thedamagetotheslurry

masonryschiststructuregraduallyaccumulatestoformcracks,andeventriggersthe

phenomenonofaggregatespalling,jeopardizingthestabilityandsafetyoftheentire

slopeprotectionstructure.Ho