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《高围压下冻结砂土的强度特性_马巍》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18卷第3期冰川冻土Vol.18No.31996年JOURNALOFGLACIOLOGYANDGEOCRYOLOGY1996①高围压下冻结砂土的强度特性马巍吴紫汪常小晓盛煜(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,730000)摘要在高围压条件下,对冻结兰州砂土在不同温度和不同应变速率下进行三轴压缩试验。试验结果表明,围压的增大和应变速率的减小明显增强了冻土的塑性性能;同时,随围压的增大,冻土的抗剪强度增加,但随围压的进一步增加,它出现降低的趋势,存在一个临界围压,此临界围压值随温度的变化而
2、变化,但不随应变速率而变化。关键词高围压冻土强度1前言砂土是常见的地基土中的一种。早在30年代,Tsytovich(1975)在不同的加荷速率和负温下进行了冻结砂土的单轴压缩试验,并得出随着加荷速率的增加或负温的降低,其单轴压缩强度随之增加。此后又有许多学者研究了不同条件下冻结砂土的强度特性,得到过类似的结论,一些重要的结论已被广泛应用于工程设计当中。但是围压对冻土强度的影响也是一个不可忽略的因素,自60年代以来,许多学者致力于冻土三轴强度的研究并得出:静水压力的作用仅仅是增强了冻土内部的强化作用,即增加
3、了冻土的强度的结论。随着研究的进一步深入,有学者(Chamberlainetal.,1972;Parameswaranetal.,1981;Jonesetal.,1983;Maweietal.,1993)通过试验发现,随着围压的增大,冻土的强度会出现最大值;随着围压的继续增大,强度逐渐降低。此结论的正确与否,或高围压冻土的强度如何变化,直接关系到冻土地基的稳定性评价、人工冻结凿井工程的设计施工以及多年冻土区洞、坑、道的开挖和地震波的传播等。为了能更好地了解冻土的高围压特性,我们在不同的围压下,对饱水冻结兰
4、州砂土在不同温度和不同变形速率下进行了三轴压缩试验,希望能为工程实践提供可靠的理论依据。2试样制备及试验方法试验材料选用兰州砂土,其主要物理性质指标如表1所示。按所要求的干容重和初始含水量将砂土制为圆柱状样品(试模1次装样19个),抽气饱水后置于-30℃的低温下使其快速冻结,48h后脱模,然后在特殊低温机床上将样品加工成高150mm、直径①本文于1995年10月8日收到;属国家自然科学基金,批准号为49301006。3期马巍等:高围压下冻结砂土的强度特性26961.8mm的标准试样,并分别在-2℃,-3.
5、5℃,-5℃和-7℃的恒温条件下静置243h后进行试验。试验后测其含水量和干容重,分别为W=24.2%和ρd=1.56g/cm。表1兰州砂土的物理性质指标Table1PhysicalparametersofLanzhousandysoil颗粒成分(%)土名比重>0.5(mm)0.5～0.25(mm)0.25～0.1(mm)<0.1(mm)兰州砂土0.215.273.99.32.63试验均在低温静三轴仪上进行,轴压系统由主机控制,围压系统由另一套静水压力系统控制。将试样置于恒温压力室中12h后(温度波动小于
6、±0.1℃),加围压固结2h,-5-4-4-4-3然后以5.5×10,1.1×10,2.2×10,5.5×10,1.1×101/s的恒应变速率进行试验,围压范围为0～22MPa。3结果与讨论3.1应力-应变特性由图1可看到,在同一温度下冻结砂土的塑性性能随应变速率的减小而增强,同时-3随围压的增大也明显增强。在-5℃时,当应变速率ε<1.1×10(1/s)时,试样均发-3生塑性破坏;当ε≥1.1×10(1/s)时,部分低围压试样已开始出现应变软化,如ε=-31.1×10(1/s)时,当围压小于6MPa时,
7、试样均呈脆性破坏;当围压大于6MPa时,则发生塑性破坏。在应变硬化情况下,由于应力随变形的增大而一直增大,因此我们取20%的应变所对应的偏应力作为试样的强度或破坏应力。图1冻结砂土的三轴应力-应变曲线a:ε=1.1×10-4:1.σ3=4;2.σ3=8;3.σ3=12;4.σ3=20;5.σ3=22MPab:ε=1.1×10-3:1.σ3=1;2.σ3=2;3.σ3=8;4.σ3=12;5.σ3=16;6.σ3=22MPaFig.1Relationsoftriaxialstress-straininfro
8、zensandysoil3.2围压对强度的影响围压的增大明显增强了冻土的塑性性能和应变硬化程度,同样也控制着冻土的破坏机理。由图2和图3可看到,无论是不同温度时强度随围压的变化,还是不同应变速率270冰川冻土18卷时强度随围压的变化,都有一个共同的规律,即随围压的增大,冻土的强度增加,但随着围压的进一步增大,强度出现降低的趋势,也就是说围压的增大可以抑制冻土的应变软化效应,也可以诱导冻土的应变软化现象。强度随围压的变化趋势基本
