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《冻土未冻水含量与压力关系的实验研究-张立新》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第20卷第2期冰川冻土Vol120No121998年6月JOURNALOFGLACIOLOGYANDGEOCRYOLOGYJun.1998¹冻土未冻水含量与压力关系的实验研究1121张立新徐学祖张招祥邓友生(1中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室,兰州730000;2北京农业大学,北京100086)摘要结合核磁共振仪,利用自行设计的机械加压装置,包括非金属材料制成的耐压试管,确定了冻土对应不同压力和温度的未冻水含量,并计算了相应压力下冻土的冻结温度.实验温度范围为0~-20e,压力范围
2、为0~40MPa.结果表明,冻结温度随压力增大而呈线性降低;对应不同温度的未冻水含量随压力的增大而增大.关键词未冻水含量冻结温度荷载中图法分类号P642114第一作者简介张立新,男,32岁,副研究员,1991年于中国科学院兰州冰川冻土研究所获硕士学位,1996年考取中国科学院兰州冰川冻土研究所在职博士生.现从事冻土物理、土壤物理学研究.凿井.中国自1955年在河北省开滦矿区使用冻结1引言法凿井以来,至今已有近400个井筒用冻结法凿井研究冻土未冻水含量与压力之间的关系,无论建成,累计井筒长度达4800
3、0m以上,最大冻结是在理论上还是在实践中都具有很重要的意义.对深度为435m.冻结壁的强度和稳定性,直接关系于承载土结冰相变温度的研究,前苏联从60年代到工程的成败.冻结壁的厚度是按冻结壁整体强度开始,我国从70年代开始,已做了很多的工作.和稳定性的要求确定的,因此,冻结壁厚度就成为但由于受到试验手段的限制,研究结果有很大的局工程设计和指导施工的重要指标.目前在设计和施限性,而且研究的内容也仅仅是围绕冻结温度,对工中,仍以0e作为冻结壁的边界(崔广心等,于未冻水含量随压力的变化尚未见文献报道.901
4、993),而事实上承载土的冻结温度要低于0e,年代初期,崔广心等(1993,1997)、李毅等这就使得冻结壁的厚度往往不能达到设计要求,而(1996)利用自行设计的电阻率冰点仪,依靠湿土使工程存在潜在危险.同时还应注意到,不同土质电阻率结冰前后的变化规律及过冷原理来判断承压在相同负温下,由于其未冻水含量不同,强度也会达20MPa范围内的粘土、砂质粘土、粘土质砂及有较大的差异,这也会对工程产生很大的威胁.因纯砂的冻融状态,并进而判断出其冻结温度.该项此,研究不同土质在不同含水量和不同压力条件下成果是目
5、前具有代表性的工作,无论是在试验方的冻结温度和未冻水含量及其变化规律,对于在深法、条件方面,还是在试验精度上,都取得了较大表土层中的各种地下工程设计和施工都是十分迫切的进展.到90年代中期,经过多次尝试,找到一和必要的.种工业陶瓷材料,利用该种材料,设计加工了适用在基础研究方面,了解未冻水含量随压力的变于核磁共振仪的耐高压试管和机械加压系统,使在化规律,对于认识未冻水的性质,深入开展未冻水非损伤情况下,对冻土未冻水含量与压力之间关系动力学研究打开了一个缺口,同时验证了一些已有的研究得以实现,并取得了
6、初步的进展.的理论.例如,徐学祖等(1995)提出冻土中未冻在中国东北、华北、华东及华中地区的许多矿水含量与温度关系模式是未冻水含量众多影响因素藏,覆盖着深厚的第四纪表土层,有的地区深达中的基本模式.初始含水量、含盐量和外加载荷对600m.在这些矿区建设矿井,多需要使用冻结法未冻水含量的影响均可归结为冻结温度的降低效¹本文于1997-10-14收到/属国家自然科学基金(49401003)资助项目.2期张立新等:冻土未冻水含量与压力关系的实验研究bmz应,且冻结温度值具有叠加性.其在预报模式的建的前提
7、,因为采用这种机械加压方式,随着压力的立过程中,针对荷载的影响,直接引用了克拉柏隆增大,土样的密度也随着增大.方程而缺乏试验依据,此次试验进一步证实了上述理论的正确性.表1兰州黄土的基本物理性质Table1ThebasicphysicalpropertiesoftheLanzhouloess2试验装置及样品颗粒粒径/mm物理性质本次试验采用的核心仪器为小型核磁共振仪,组成/%/%与之配套的是自行设计加工的机械加压系统和非金>011011~01050105~01005<01005塑限液限含盐量属耐压试
8、管.加压系统活塞下端用黄铜制成,试管014871137516916170171626170108采用工业高强度陶瓷材料.经测试,采用这些材料,避免了对核磁共振仪探头磁场的干扰,保证了试验的精度.试管内径10mm,外径25mm,设计3试验结果及分析耐压50MPa.加压活塞直径20mm,比试管活塞装样时,首先将土样尽量捣实并装满试管,之直径大一倍,按此比例关系,当油压源输出1MPa压力时,试管内部压力将达4MPa.试验装置见图1所示.图2兰州黄土对应不同压力和温度的未冻水
