多年冻土区高温冻土力学特性试验研究

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1、硕士学位论文多年冻土区高温冻土力学特性试验研究ExperimentalStudyonMechanicalPropertiesforWarmFrozenSoilsinPermafrostRegions作者：路贵林导师：周国庆教授赵晓东副研究员中国矿业大学二〇一五年六月中图分类号TU445学校代码10290UDC624密级公开中国矿业大学硕士学位论文多年冻土区高温冻土力学特性试验研究ExperimentalStudyonMechanicalPropertiesforWarmFrozenSoilsinPermafrostRegions国家重点基础研究发展计划（973）（2012CB0

2、26103）国家高技术研究发展计划（863）（2012AA06A401）国家高等学校学科创新引智计划（111）（B14021）资助国家自然科学基金（41271096；51304209）江苏省自然科学基金（BK20141135）作者路贵林导师周国庆、赵晓东申请学位工学硕士培养单位力学与建筑工程学院学科专业岩土工程研究方向冻土物理力学性质答辩委员会主席乔春生评阅人牛富俊、李海鹏二〇一五年六月论文审阅认定书研究生路贵林在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格

3、式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在周国庆教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、研究方案的制定，到论文的各个环节都倾注了周老师的心血和关怀。导师严谨的治学态度、对科研工作孜孜不倦、勤耕不辍的追求精神一直深深地感染着我，对我以后的学习和工作都有深远的意义。在论文完成之际，在此向导师致以由衷的感谢！感谢赵晓东副研究员在论文的选题、试验方案的制定、试验数据的分析、论文的撰写工作中提出细心的建议和指导！感谢土力学与基础工程所刘志强教授、马金荣教授、周金生副教授、梁恒昌副教授、商翔宇副教授、王建州副研究员、周扬副教授、王义江副教授、

4、陈拓讲师在论文选题和研究过程中提出宝贵的意见！感谢兰州冻土工程国家重点实验室在项目上的配合，在现场取样中提供的大量协助，在开心岭资料方面给予的帮助！感谢课题组的师兄弟朱坤朋硕士、赖泽金博士、姜雄硕士、陈鑫硕士、陈鹏硕士、梁智硕士在制备试样过程中提供大量帮助；感谢陈国舟博士、陆勇博士、李瑞林博士、郑秀忠硕士对试验工作提供大量的建议！特别感谢我的母亲及女友一直在背后默默支持我，付出殷切关爱，给我无穷动力，帮助我顺利完成学业，祝愿她们身体健康、生活幸福！感谢我的母校－中国矿业大学对我近七年的培养！感谢各位专家、教授在百忙中对论文的审阅与指教！路贵林2015.6摘要以多年冻土区高温冻土

5、为研究对象，改造了气压加载-两端独立控温的冻土试验系统，结合数字照相、电阻率测量等技术，系统试验研究了高温冻土变形规律与力学特性，并从未冻水-冰晶-土颗粒组分角度初步揭示了高温冻土强度发挥的机制。-1℃条件下原状冻土的单试样分级加载三轴剪切试验结果表明，原状冻土由于内部冰晶和大颗粒分布不均导致剪切强度具有一定的离散性，在相同的干密度及含水量条件下，其强度约为重塑冻土的2倍。不同温度、温度梯度和应变率条件下重塑高温冻土单轴压缩试验结果表明，随温度升高和温度梯度增加，高温冻土应力-应变曲线从应变软化型逐渐向应变硬化型过渡；均温高温冻土峰值强度和弹性模量随温度升高和应变速率减小而逐渐

6、降低，在相同平均温度条件下，温度梯度对冻土强度与弹性模量均具有弱化效应。基于数字照相技术获得不同温度条件下高温冻土单轴压缩试验的局部变形场。均温高温冻土表现为均匀变形，不同试样高度处水平应变、竖向应变和体积应变基本接近，试样破坏形态属于整体塑性剪切破坏。而高温温度梯度冻土变形受初始非均质影响具有强烈非均匀性，试样局部最大变形量约为最小变形量的40倍，其整体变形主要由高温段变形承担，试样破坏由高温段的塑性剪切破坏与低温端的劈裂破坏机制共同主导。随温度降低，冻土的抗拉强度逐渐增加。-0.57℃、-1.04℃和-1.52℃的冻土抗拉强度随劈裂速率增大而减小，而-2.02℃较低温度条件

7、下冻土抗拉强度随劈裂速率增加而增加。基于冻土的电阻率试验结果，初步探讨了冻土的强度机制。冻土的升温过程主要是“土包水”和“冰包水”向“水包冰”再向完全融化状态的转化过程，冻土的降温过程主要是完全融化向“水包冰”再向“土包水”和“冰包水”状态的转化过程，变化过程中伴随着冰-水组分的不同形态演化。该论文有图64幅，表17个，参考文献106篇。关键词：高温冻土；抗压强度；抗拉强度；变形；机制IAbstractAspecialtestingapparatusforundisturbedandremo