冻融状态和初始含水率对土壤力学性能的影响.pdf

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1、第33卷第3期1282017年2月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．33NO．3Feb．2017冻融状态和初始含水率对土壤力学性能的影响张惠忍1，一，李法虎瞅，吕威1(1．中国农业大学水SU-与土木工程学院，北京，100083；2．北京市城市河湖管理处，北京，100089)摘要：冻融状态影响土壤的抗剪强度从而威胁季节性冻土地区的工程安全、边坡稳定以及土壤流失。通过直剪试验测定了不同冻融状态和初始含水率

2、对青藏地区(S1)和北京地区(S2)土体抗剪强度的影响。结果显示，2种土在未冻和已融状态下的抗剪强度相似，且均随着土含水率的增加而减小，但sl土抗剪强度比s2土大7．5％～9．7％；在冻融状态下，S1土抗剪强度随着土含水率的增加而增大，而S2土则随之减小。S1冻融土抗剪强度在低含水率(≤13．5％)时小于未冻土和已融土，而在高含水率(／>24．5％)时则反之；s2冻融土抗剪强度小于未冻土和已融土。在冻融状态下2种测试土的内摩擦角显著小于未冻土和己融土，而黏聚力整体上则大于未冻土和己融土。与未冻土或

3、已融土相比，2种土在冻融状态下的强度相对较低，宜作为季节性冻土地区工程设计以及土壤流失防治的基本状态。关键词：土壤；土壤含水率；抗剪强度；冻融状态；青藏高原；土壤内摩擦角；土壤黏聚力doi：10．119750．issn．1002-6819．2017．03．017中图分类号：S152．9；P642．14；P642．3文献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)一03—0128—06张惠忍，李法虎，吕威．冻融状态和初始含水率对土壤力学性能的影响[J]．农业工程学报，2017，33(3)：12

4、8—133．doi：10．119750．issn．1002—6819．2017．03．017http：／／www．tcsae．orgZhangHuiren，LiFahu，LiiWei．Effectsof丘eeze．thawstatusandinitialwatercontentonsoilmechanicalproperties[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，20

5、17，33(3)：128—133．(inChinesewithEnglishabstract、doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．03．017http：／／www．tcsae．org0引言中国遭受季节性冻融作用影响的土地面积约占国土陆地面积的98％，主要分布在东北和西南地区以及西部和北方地区【1]。这些地区的工程建设或土壤侵蚀研究必须考虑冻融作用对土力学性能的影响问题12。6J。季节性冻融土是一个复杂的四相体系，不仅含有固体(矿物颗粒和有机质)和气体，而且还含有固

6、态冰和液态水[丌。冻融土中的固态冰和液态水含量以及固态冰强度是影响土抗剪强度的重要因素【卜81。冻融作用和含水率影响土的抗剪强度从而威胁季节性冻土地区的工程安全、边坡稳定以及土壤流失。大量研究结果显示，土的抗剪强度随着土含水率的增加而降低[2,9-13]。土的内摩擦角随着土含水率的增加近似呈线性减d,t13-16]，而其黏聚力则随之减小或呈先增大后减小之趋势[11,13-16]。冻融作用可引起土团聚体分裂以及土颗粒的重新组合[4,17-18】，从而导致土从一个稳定状态转向另一新的稳定状态[171。

7、冻融作用对土抗剪强度以及抗剪强度指标的影响目前尚无定论，冻融导致土抗剪强度增大、基本不变甚至减小的结果均有报道【”-201。Czurda和Hohmann的试验结果表明，冻结后黏土的摩阻力几乎不收稿日期：2016—05—12修订日期：2016—12—19基金项目：国家自然科学基金重点项目(41230746)作者简介：张惠忍，女，硕士，主要从事水土保持研究。北京市海淀区北洼路又一村甲1号，100089。E—mail：airenl223@sina．tom。※通信作者：李法虎，男，教授，博士，博士生导师，

8、主要从事农业水土工程与水土环境的研究。北京市海淀区清华东路17号中国农业大学295信箱，100083。E-mail：lifahu@cau．edu．cn变而黏聚力增大【17】，王永忠等认为冻结后土的内摩擦角和黏聚力均随土含水率的增加而减小【2¨。Ferrick和Ga№的试验结果显示，一次冻融循环对土强度无显著影响但其侵蚀泥沙量却明显增大，初始条件特别是土含水率对试验结果有较大影natl9】。Formanek等认为，一次冻融循环可降低饱和粉砂壤土黏聚强度的50％t221，而Guo和Sh