局部热应力集中产生于碎石土中,主要和颗粒排列特性、浆液分布不均以及温度变化差异有关,以下是详细介绍:
颗粒排列特性导致
颗粒形状不规则:碎石土中的颗粒形状各异,有棱角状、次棱角状、圆形等。当温度变化时,形状不规则的颗粒热胀冷缩行为不同。例如,棱角状颗粒在某个方向上的膨胀或收缩可能受到其他颗粒的强烈阻碍,而在其他方向上相对自由。在一个含有大量棱角状颗粒的碎石土区域,当温度升高时,某些颗粒的尖锐棱角会嵌入相邻颗粒的间隙中,由于膨胀受限,在棱角处就会产生较大的热应力集中。
颗粒排列方向差异:如前文所述,碎石土中颗粒排列方向存在差异,不同方向的膨胀与收缩幅度和速率不同。在局部区域,如果颗粒排列方向突然改变,比如从顺粒排列方向转变为垂直排列方向,在温度变化时,这种排列方向的突变会导致热胀冷缩行为的不连续,从而在排列方向改变的部位产生热应力集中。例如,在层状结构的碎石土中,层理面发生弯曲或转折的地方,颗粒排列方向改变,温度变化时这些部位就容易出现热应力集中。
浆液分布不均引发
浆液填充程度不同:注浆过程中,浆液在碎石土中的分布很难做到完全均匀。某些区域浆液填充较多,将颗粒紧密粘结在一起;而另一些区域浆液填充较少,颗粒间的约束相对较弱。在温度变化时,浆液填充多的区域和填充少的区域热胀冷缩行为不同。浆液填充多的区域,由于浆液的粘结作用,颗粒膨胀或收缩受到的限制较大;而填充少的区域,颗粒相对自由。这种差异会导致在浆液填充程度不同的交界处产生热应力集中。例如,在一个注浆处理的边坡碎石土中,靠近注浆管附近浆液填充较多,远离注浆管的区域填充较少,在温度变化时,这两个区域的交界处就可能出现热应力集中。
浆液性能差异:如果使用的注浆材料不是单一成分,或者在不同区域注浆材料的性能存在差异,也会导致热应力集中。例如,在某些工程中,为了满足不同部位的需求,可能使用了不同强度、不同弹性模量的注浆材料。当温度变化时,不同性能的浆液与碎石土颗粒的相互作用不同,膨胀或收缩程度不一致,从而在浆液性能差异较大的区域产生热应力集中。
温度变化差异造成
局部温度梯度:在实际工程中,碎石土各部位的温度变化可能不同,存在局部温度梯度。例如,在阳光照射下,碎石土表面温度升高较快,而内部温度升高较慢,形成从表面到内部的温度梯度;或者在有热源作用的区域,如靠近加热设备的碎石土,局部温度会明显高于其他区域。这种温度梯度会导致碎石土不同部位的热胀冷缩程度不同,在温度变化剧烈的区域,热应力集中现象更为明显。比如,在一个靠近高温管道的碎石土地基中,管道周围的碎石土温度远高于远处,温度梯度大,在管道与周围碎石土的交界处就容易产生热应力集中。
温度变化速率不同:不同区域的温度变化速率也可能不同。一些区域可能由于环境因素或热源作用,温度迅速升高或降低;而另一些区域温度变化相对缓慢。当温度变化速率不同时,碎石土各部位的膨胀或收缩不能同步进行,从而在温度变化速率差异大的区域产生热应力集中。例如,在一个有冷热交替作用的工程环境中,如冷冻库周围的碎石土,靠近冷冻库的区域温度变化速率快,远离的区域变化速率慢,在两者交界处就容易出现热应力集中。