基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究.pdf

《基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2期水利水运工程学报No．22017年4月HYDRO-SCIENCEANDENGINEERINGADr．2017DOI：10．16198／j．cnki．1009—640X．2017．02．007宋迎俊，许雷，鲁洋，等．基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究[J]．水利水运工程学报，2017(2)：51—58．(SONGYingjun，XULei，LuYang，ela1．Experimentalstudiesonfreeze—thawcyclesofexpansivesoilbasedonorthogonaldesign『J]．Hydro—ScienceandEngin

2、eering，2017(2)：5l一58．(inChinese))基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究宋迎俊1，许雷1，鲁洋1，钱智宇2，张雨灼3，李剑萍1(1．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；2．扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州225127；3．上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092)捅要：南水北调南阳段膨胀土位于季节性冻土区域，易受冻融循环的影响。以南阳膨胀土为研究对象，对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数的膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验发现，含水率对膨胀土力学性质影响较大，含水率越高，强度与弹性模量衰减量越大

3、；冻结温度对试样体积有较大影响，尤其是一10℃。根据显著性分析理论，研究含水率、冻结温度、冻融循环次数以及各因素问交互作用对膨胀土物理力学性质影响的显著性。结果表明，含水率对膨胀土力学性质影响最明显，含水率和冻结温度问的交互作用对强度影响较为显著；冻结温度对膨胀土体积变化影响最大，含水率和冻融循环次数的交互作用对体积变化有一定影响。在研究冻融循环条件下膨胀土物理力学性质时，不仅要考虑单一因素的影响，还应综合考虑各种因素交互作用的影响。关键词：膨胀土；冻融循环；应力应变曲线；强度；弹性模量；体积变化；显著性分析中图分类号：TU443文献标志码：A文章编号：1009-64

4、0X(2017)02-0051-08膨胀土是一种富含大量蒙脱石、伊利石和高岭土等强亲水矿物质的高塑性黏土¨j，具有强烈的胀缩变形特性，会给渠道等水利工程的建造带来巨大危害¨也j。目前针对膨胀土的研究取得了较多成果，徐彬等[3]通过对不同裂隙开展程度的饱和膨胀土试样进行直剪和三轴试验，表明裂隙的开展使得膨胀土强度降低；吕海波等”-通过原状膨胀土干湿循环试验，发现膨胀土的抗剪强度随干湿循环次数增加而衰减，最终趋于稳定；胡娜等∞1对重塑膨胀土进行快剪及固结快剪试验，研究表明膨胀土的强度随含水率的增加而减小；李兆宇等∽1通过冻结膨胀土三轴试验研究土体在不同温度与围压下的应力应

5、变关系，表明冻结膨胀土的应力应变曲线为应变硬化型，有明显的弹塑性变形阶段；鲁洋等l列研究冻融循环后膨胀土的裂隙形态，并在分形维度概念的基础上进行定量分析；许雷等旧。对经历冻融循环的膨胀土和非膨胀土进行尺寸测量和直剪试验，表明冻融循环初期土体抗剪强度显著降低，膨胀土与非膨胀土体积变化相反。但前人针对膨胀土的研究主要集中在裂隙、干湿循环、含水率等因素，很少去考虑冻融循环作用。南水北调中线工程大部分膨胀土渠道边坡处于季节性冻土区，在高低温交替环境下，土体内部水分的冻结与融化使膨胀土不仅会发生冻融变形，还会发生胀缩变形，使得土体结构遭到破坏，影响膨胀土的物理力学性质【9j。在

6、冻融循环作用下，膨胀土的物理力学性质不仅与含水率、冻结温度、冻融循环次数等因素有关，也可能与各因素间的交互作用相关。李顺群等¨叫对冻土力学性质影响因素的显著性和因素间交互作用进行了研究，结果表明温度、含水率和应变速率对强度的影响存在明显的交互作用；常丹等¨u通过粉砂常规静三轴剪切试验，表明围压与冻融循环次数、冻结温度与冻融循环次数问的交互作用对于粉砂的力学性质的影响均比较明显。然而关于膨胀土冻融循环交互作用的影响鲜有报道。收稿日期：2016—03—31基金项目：江苏省普通高校研究生实践创新计划项目(SJZZl6_0082)作者简介：宋迎俊(1993～)，男，江苏泰州人

7、，硕士研究生，主要从事土工合成材料和特殊土研究。E—mail：syjhhu@163．con通信作者：鲁洋(E·mail：luy@hhu．edu．cn)52水利水运工程学报2017年4月本文以南阳膨胀土为研究对象，对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数条件下的试样进行无侧限压缩试验和变形测量，考虑这3种因素对膨胀土的应力应变曲线、无侧限抗压强度、弹性模量和体积的影响，并根据显著性分析理论，对各因素及其交互作用进行显著性分析。1试验概况及方案设计1．1试样制备及方案设计试验所用土料取自南水北调中线工程南阳段建设工地的膨胀土，呈棕黄色。根据相关规范¨2o进行