Study on the Mechanical Properties and Mechanism Analysis of Loess Improved by Composite Phase Change Materials under Freeze‑thaw Conditions

ZHU Huaitai; OU Erfeng; JIANG Qi; ZHAO Yongchun; ZHAO Jianyuan

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20221211003

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Study on the Mechanical Properties and Mechanism Analysis of Loess Improved by Composite Phase Change Materials under Freeze‑thaw Conditions

更新时间：2024-06-26

- Study on the Mechanical Properties and Mechanism Analysis of Loess Improved by Composite Phase Change Materials under Freeze‑thaw Conditions
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 3, Pages: 715-724(2024)
- 作者机构：
  
  1.兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070
  2.中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州 730000
  3.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20221211003
  CLC： TU444
- Received：11 December 2022，
  
  Revised：2023-02-15，
  
  Published：25 June 2024
- 稿件说明：
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朱怀太,欧尔峰,姜琪等.冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):715-724.

ZHU Huaitai,OU Erfeng,JIANG Qi,et al.Study on the Mechanical Properties and Mechanism Analysis of Loess Improved by Composite Phase Change Materials under Freeze‑thaw Conditions[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):715-724.
朱怀太,欧尔峰,姜琪等.冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):715-724. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221211003.

ZHU Huaitai,OU Erfeng,JIANG Qi,et al.Study on the Mechanical Properties and Mechanism Analysis of Loess Improved by Composite Phase Change Materials under Freeze‑thaw Conditions[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):715-724. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221211003.

摘要

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响，基于相变材料的温度调控功能，提出了一种采用膨胀石墨‑正十四烷复合相变材料（EG‑C

）改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象，开展典型冻融循环后不同EG‑C

掺入比黄土试样的体积变形试验、力学性能试验和微观结构试验，探究冻融作用下不同EG‑C

掺量对黄土力学性能的影响规律及改良机理。试验结果表明：EG‑C

减缓了冻融循环过程中土体内部的温度变化，进而有效抑制了土体的胀缩变形；同时，EG‑C

降低了冻融循环对土体微观结构的损伤，与素黄土相比，多次冻融循环后改良土体内部的支架孔隙明显减少，颗粒骨架也更为密实，进而增强了土体的力学性能；此外，EG‑C

改良黄土的力学性能随EG‑C

掺量的增加先增大然后逐渐趋于稳定，且掺量为4%时改良效果最佳。

Abstract

To mitigate the detrimental impact of freeze-thaw cycles on loess mechanical properties

a method using expanded graphite-n-tetradecane composite phase change material (EG-C

) was proposed

leveraging the temperature modulation capability of phase change materials. Focusing on the Lanzhou loess

a series of tests were conducted after typical freeze-thaw cycles

including volumetric deformation tests

mechanical property tests

and microstructure tests on loess samples with varying EG-C

dosage levels. The study aimed to explore the influence of different EG-C

dosages on loess mechanical properties under freeze-thaw conditions and its enhancement mechanism. Results indicate that EG-C

effectively mitigated the temperature variations within the soil during freeze-thaw cycles

thereby suppressing soil expansion and contraction deformation. Additionally

EG-C

minimized soil microstructure damage during freeze-thaw cycles. Enhanced soil exhibited reduced scaffold porosity and denser particle skeleton compared to untreated loess after multiple cycles

thus improving its mechanical properties. Furthermore

EG-C

dosage positively correlated with enhanced mechanical properties

stabilizing notably at a 4% dosage. These findings offer valuable insights for deploying EG-C

enhanced

loess in practical applications.

关键词

Keywords

references

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