冻土力学性质的影响因素分析及新方法的应用

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1、冻土力学性质的影响因素分析及新方法的应用摘要：中国的冻土区（多年冻土和季节性冻土）的分布及其广泛，介绍了对冻土研究的必要性。通过对不同的控制因素（主要有温度、含水率、含盐量、围压、冻融循环作用、不同类土等）对冻土的物理力学性质进行分析，简单介绍新方法在冻土研究中的应用，最后给出未来冻土研究的见解。中国1/vie　　关键词：控制因素；冻土；力学性质　　1概述　　我国占据世界冻土面积的23%，在东北大小兴安岭地区、西部青藏高原地区和天山地区分布着丰富的冻土资源。随着经济基础建设和国防事业的推进，我国对东北和西北等边疆地区开发的加剧，我们面临着冻土给工程建设

2、带来的巨大挑战，因此，在�些地质条件严酷的冻土地区施工开发时，必须冻土的作用机理、病害问题和保护措施进行充分的认识，并确保解决问题措施的可行性与可靠性，进而保证建设的建筑物或结构的安全性和稳定性。　　众所周知，冻土体的结构非凡复杂，包含不同粒径的土颗粒，水分，气体成分和冻结的冰晶体，这种复杂的构成成分也导致了冻土各方面的差异性与不确定性，在宏观上主要表现为物理力学性的差异。许多试验研究表明，土颗粒的级配，含水率，土中含盐分多少，含冰量（及未冻水含量），冻融作用，加载时间，添加剂等都对冻土的物理力学性质产生影响。本文要总结前人通过对不同影响因素条件下对冻

3、土的物理性质和力学性质进行总结与分析，并为未来的发展趋势提出一点见解。　　2不同影响因素对冻土的物理力学性质的影响分析　　2.1温度和含水率对冻土物理力学性质的影响　　在一定条件下，温度和含水率对冻土的物理力学性质的影响主要是温度控制的，含水率对冻土力学性质的影响相对起辅助作用。非冻土中，其他控制条件一定时土的强度指标随着含水率的增加先增加后减小，在温度的作用下，随着温度的降低，土的强度指标表现为一定负温范围内随着含水率的增加冻土的强度先增加后逐渐接近于某水平直线[1，2]。因此，冻土的强度指标主要取决于温度，又受含水率的钳制。　　2.2含盐量对冻土力

4、学性质的影响　　含盐量对冻土的力学性质的影响主要是通过可溶性无机盐离子对水分子的作用力产生的。试验表明一定条件下冻土的静力学强度随含盐量的增加而先增加后减小[3]，冻土的动力学强度围压一定的前提下随温度和含盐量的增高塑性破坏越明显[4]。大量研究表明，含盐量对冻土的强度的影响是一致的，其他制约因素不变情况下随含盐量的增加而降低。但是盐分对冻土的强度作用机理还缺乏研究，这一方面还值得我们进一步研究，这样可以综合分析不同盐分对冻土强度的影响。　　2.3围压的影响　　围压作用对冻土强度的发展变化主要是围压对冻结水和微裂隙的影响[5]。围压的存在为单元土体的侧

5、向面提供了约束作用，由此推可知，侧向作用力的存在可以是被动约束力也可以以主动作用力的形式存在，这取决于单元体的铅直作用力与侧向作用力形成的力学体系。低围压条件下，试验试件主要表现为被动约束，高围压表现为主动作用。因此，大量的研究表明，在单一围压情况下，处于低围压情况时，冻土的强度随围压的增加而增大[5，6]，在高围压条件下，出现压融现象使冻土的强度开始降低[7]，存在围压转折点。不同土类的围压转折点也不尽相同。　　2.4冻融循环作用　　我国的季冻区分布及其广泛，对土体冻融循环作用的研究是迫在眉睫。含水率极低时，冻融循环作用几乎对土体的强度不会产生较明显

6、的影响，随着含水率的增加，土中水分在温度变化的作用开始迁移和冻胀，使得原有土体的结构排列发生明显的改变，且各组分（如颗粒粒径、化学成分等）也随之增加或减少，含水率越高，经历冻融循环的次数越多，结构变化也越复杂。因此土体在经历冻融循环后土体的内部宏观结构和组分含量发生了明显的变化是引起冻土强度性质的关键问题。　　2.5不同类土　　在自然状态下，不同类的土体在相同的外界条件下表现出的物理力学性质也千差万别。不同类的土主要包括碎石土、砂土、粉土、粘性土、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、改良土、污染土。根据大量的试验和实践，天然土的力学性质主要是由天然固结度、含

7、水率、密实度、颗粒级配和冻结温度决定的，改良土主要取决于添加的改良剂性质，添加剂的存在可以改变土体间的结构。而在冻土中不同类的土体的力学性质几乎也依赖于天然土力学性质的决定条件，但对温度的敏感性更大。　　3新方法和理论在冻土物理力学性质研究的应用　　新方法和理论是区别于传统冻土力学研究的方法，结合现代新的数学理论、信息和工业技术，如概率统计法、模糊数学法、数值模拟、无损探测等，对冻土的物理力学性质的研究更加趋于精细化和微观化，确定冻土中各组分间的相互作用关系和对冻土性质影响的程度的关系。国内学者已利用概率统计方法对不同因素的交互作用下的冻土强度进行了研

8、究[8]。并将概率与数理统计理论应用到高温冻土的长期强度和蠕变的计算，得到冻土的长期强度和蠕变