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1、检测与分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.12饱和粉质粘土冻融力学效应试验研究12222于基宁汪稔谭峰屹魏厚征付伟(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司2.中国科学院武汉岩土力学岩土力学重点试验室)摘要为研究冻融循环对土力学性质的影响规律,本文利用自行开发的高精度低温冻融三轴试验机,以青藏粉质粘土为研究对象,展开了一系列有载冻融试验,利用试验成果首次分析了固结压力、冻融次数、冻结温度等对土冻融力学效应的影响规律。得出饱和正常固结土的初次冻融强度衰减是孔隙水压力增高与土结构性改变两个因素共共同作用的结果、土强度随冻融次数增加先降后升等新结论。关键词冻土
2、冻胀变形冻胀应力[8]土的冻融作用是冻土力学与工程中一个重要的反。显然这些研究远不能满足寒区工程建设中[1][9]研究课题,季节性冻土随着气温周期性的变化,对地基承载力与地基稳定性计算的要求。为此,年复一年的不断重复冻结过程与融化过程,在冻结笔者在利用自行研制的低温冻融三轴试验机,以青过程中,土中孔隙水随着环境温度的降低逐渐相变藏粉质饱和粘土为研究对象,展开了一系列冻融前为固态冰,由孔隙水相变的体积膨胀引起的冻胀力后土的力学性质试验,以期寻找一种更合理、更有效也随之产生,在荷载、冰晶形态、冻胀力、热质迁移等的评价土冻融力学效应的试验理论。因素的共同作用下,土颗粒发生重新排列,土体原有1试验
3、设备与试验设计结构破坏,冻土由于冰胶结作用,土体强度反却得到提高。随着气温的逐渐升高,季节性冻土开始融化,加载系统:轴向最大试验力100kN,测力精度当冰胶结作用消失时,土体在冻胀过程结构性破坏?1%;轴向位移范围0~30mm,位移测量分辨率现象逐渐表现出来,在荷载与水分迁移的共同作用0101mm;围压范围0~20MPa,精度015%;加载速率下,土颗粒以不同的组合方式进行重新组合,土骨架可在010001~500mm/min之间进行无级调速;恒温的结构体系改变引起土结构变化,宏观上表现为土系统:冷浴循环控温,控温范围-30e~50e;试验的物理力学性质发生改变,这在冻融前后土孔隙特精度?0
4、15e;土样上下端温度均匀度小于012e。征变化上表现尤其突出,许多研究成果均表明土在试验土样取自青藏铁路北麓河段的路基填土,冻融作用下竖向渗透性有增大的趋势,力学性质也颜色暗红,比重21649,液限2418%、塑限1114%、塑有相应变化。虽然在冻融循环对土物理力学性质的性指数1314,不均匀系数为1010、曲率系数为218,方面已进行了大量工作,但大部分研究都是将粘土属级配良好的土;活性指数为313,属活性土。粒径用作坝体衬砌、挡水墙、堤坝等挡水材料,讨论其在级配累积曲线如图1所示。冻融循环作用下孔隙体积、孔隙率及渗透性等方面[2~4]的变化,但在冻融对土强度影响方面的研究较为薄弱,且
5、研究结果差异性很大。如YongRN等的[5]研究发现冻融后土的强度有所增加;而Chuvilin[6]YcM等研究发现冻融使得土强度有所降低;Aoy-ama等发现经过冻融后土的粘聚力降低而内摩擦角[7]变化很小。Gandah.lR指出:在融化过程中,土的抗剪强度衰减程度与其类型有关,对于泥砾土含水图1粒径级配累积曲线量较小的增大会引起其迅速软化或融化而导致其抗首先根据5土工试验规程6(GB/T50123–剪强度急剧降低。然而对于粘性土情况则恰恰相1999)中有关土样和试样制备的要求,按干密度1收稿日期22008-03-1848岩土工程界第11卷第12期检测与分析3117g/cm制取直径50m
6、m,高100mm的圆柱体试系对比图。经历一次冻融循环后,土的应力应变曲件,并将试件分为6组分别进行不同试验。线发生了较大变化,固结压力对冻融前后曲线形状在试验方案设计上,笔者认为研究冻融循环对的变化有较大影响,小围压条件下初始弹性段基本土工程性质影响的试验不仅要应尽可能贴切的描述消失,随着围压的增加弹性段有所恢复趋势。除初天然土的实际冻融过程与受力状态,而且对冻融前始段外,小围压条件下切线模量变化较大,随围压增后土力学性质变化的分析应该建立在冻融前后土的大,剪切后期冻融前后土的切线模量逐渐靠近。所密度不变的基础之上。基于此思想本文提出如下冻有冻融土的强度均有一定程度的降低,冻融土的应融试验
7、设计方案:力应变曲线均位于未冻土曲线下方,单就峰值强度(1)未冻土,进行CU剪试验,确定未冻土强度而言,取E1=15%剪切强度为峰值强度,下降幅度指标,已备与其余经冻融循环后所测试样的强度进基本都在100kPa左右。行比较之用。(2)1次冻融土,为尽量保证冻融过程与工程实际情况一致,将制备好的饱和试样在与未冻土相同压力条件下进行排水固结,然后保持固结压力不变对试样进行闭式冻融,为保证冻融前后土密度的恒定,冻融后不在进行排
