复杂循环应力路径下冻结粉质黏土的变形特性与安定性行为研究

复杂循环应力路径下冻土的变形特性与安定性行为研究对寒区工程的长期稳定性具有重要作用。为分析不同复杂循环应力路径对冻土变形特性与安定性行为的影响,设计不同温度同一水平下的5种循环应力路径,即三轴循环应力路径(TCSP)、定向循环应力路径(DCSP)、圆形循环应力路径(CCSP)、椭圆循环应力路径(ECSP)和心形循环应力路径(HCSP),分析了粉质黏土的轴向累积塑性应变,同时利用3种安定性评价准则对结果进行评估。研究结果表明:不同温度5种循环应力路径下的轴向累积塑性应变满足DCSP>ECSP>HCSP>CCSP>TCSP。安定性评价结果表明,定向循环应力路径对土体的安定性行为影响最大,在3种准则下都属于增量破坏。在-15℃时,心形循环应力路径与椭圆循环应力路径试验结果在Chen-准则评估下也属于增量破坏。

初始含水率对冻结粉质黏土变形和强度的影响规律研究

冻土的变形和强度受温度、水分及压力的影响甚为显著。通过对-6℃的冻结粉质黏土在初始含水率为12.5%~20%范围内进行一系列的三轴试验,分析初始含水状态对冻土变形和强度的影响规律。研究发现,当初始含水率较低时,随着围压的增大,冻结粉质黏土相继出现应变软化和应变硬化特征;当初始含水率大于16%时,其应力-应变关系主要呈现出应变软化特征;随着初始含水率的增大,初始切线模量随围压从线性缓慢增大逐渐过渡为抛物线形的分布。同时,根据包络线定理,建立非线性摩尔-库仑强度准则,用以描述初始含水率为12.5%、14%和16%的冻结粉质黏土强度随围压变化的非线性;当初始含水率为18%和20%时,其强度可用线性摩尔-库仑强度准则描述。

青藏铁路重塑冻结粉质黏土动剪切模量试验研究

通过低温动三轴试验,研究青藏铁路中重塑冻结粉质黏土的动剪切模量的变化规律及其主要因素。研究表明,冻土的最大动剪切模量随负温降低而显著增大,动剪切模量比随轴向荷载单级振次增加而有所增大,随负温降低而降低,随围压增加趋于一致。负温是冻土动力性能的一个极其重要的影响因素,因而寒区工程应引起足够的重视。研究结果对于合理认识冻土动力性能具有一定意义,也为进一步开展多年冻土场地工程地震安全性评价积累部分基础资料。

冻结粉质黏土三轴抗压强度和变形特性试验研究

通过对-6℃冻结粉质黏土在1~9 MPa的围压范围内进行一系列的三轴压缩试验,分析了冻土的变形和强度特性.结果表明：不同围压下,冻结粉质黏土的应力-应变曲线形态基本相似,而软化程度及初始阶段的硬化速率则有所不同.根据摩尔-库仑准则,得到广义黏聚力和广义内摩擦角随围压的变化规律,同时基于包络线理论建立非线性强度准则,以描述冻结粉质黏土强度随围压先增大后减小的变化规律.

列车荷载下青藏冻结粉质黏土变形特性试验研究

基于低温动三轴试验,对列车荷载下青藏冻结粉质黏土的动应变发展情况进行研究,得到冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随振动次数、动应力幅值、冻结温度和初始含水率而变化的规律。结果表明:①青藏冻结粉质黏土回弹应变在加载初期迅速减小,振动一定周次后随振动次数的增加不均趋于稳定;②累积塑性应变随着振动次数的增加呈增大趋势,且表现出稳定型、破坏型和临界型三种形态;③冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随着动应力幅值增加和冻结温度升高而增大;④初始含水率越高,冻结粉质黏土的回弹应变越小、累积塑性变形越大。研究成果对我国冻土地区铁路路基长期动力稳定型评价及路基设计具有重要参考价值。

青藏高原冻结粉质黏土直剪蠕变特性试验研究

针对青海-西藏±500kV直流联网输电线路工程塔基基础设计问题,在青藏高原五道梁处取地表粉质黏土,制备不同含水率、不同密实度的重塑土样,在-2℃条件下进行了直剪蠕变试验。结果表明,冻结粉质黏土剪切蠕变曲线除了在个别较高应力下具有加速蠕变阶段外,大多数蠕变曲线只有非稳定蠕变和稳定蠕变2个阶段,表现为衰减型蠕变。通过长期强度方程计算出冻土长期强度衰减值。冻结粉质黏土长期强度与含水率、密实度密切相关:在含水率较低情况下,冻土长期强度随含水率的增加较为明显,之后随含水率的增加,冻土长期强度逐渐降低;相同含水率情况下,密实度大的冻土长期强度较高。

动静组合加载下不同负温人工冻结粉质黏土强度和变形特性分析

研究动静组合加载下不同负温冻土的强度和变形特性对提高冻土开挖破碎效率、确保冻土工程稳定具有重要的理论和工程意义。借助改进的分离式Hopkinson压杆试验系统,研究了不同负温下人工冻结粉质黏土的静态和动态应力-应变曲线、抗压强度、变形模量和破坏特征。试验结果表明:单轴动态压缩条件下,随着试验温度的降低,人工冻结粉质黏土应力-应变曲线弹性段占比有减少的趋势,峰后下降段逐渐趋于明显;三维动静组合加载下,不同负温冻土的应力-应变曲线均可分为弹性、塑性和破坏三个阶段。人工冻结粉质黏土在冲击荷载作用下的温度敏感性要强于静态荷载,体现冻土的动脆性特征;在冲击荷载作用下,冻土在三维动静组合状态的温度敏感性要弱于单轴状态。动态单轴荷载作用下,不同负温冻土试样均呈粉碎状破坏,而三维动静组合状态下冻土破坏后无明显裂纹。

波速测试法在冻结粉质黏土强度研究中的应用

采用超声波技术测定冻土强度指标和分析其影响因素是目前冻土学术界及冻土工程领域研究的重点课题,冻土纵波波速与温度和含水率关系研究是该课题研究的重要和关键内容。用SYC—2型超声波测试仪和20 kHz超声换能器实测了不同温度和不同含水率下冻结粉质黏土的纵波波速,对实验数据进行了分析,结果表明:含水量一定时,总的趋势是冻结粉质黏土纵波波速随冻结温度的降低而增加,-7℃是冻结粉质黏土波速增长的拐点,-20℃是冻结粉质黏土波速快速增长的拐点;冻结温度一定时,其纵波波速和冻土强度随含水率的增加有下降的趋势,含水率20%是纵波波速变化的拐点,含水率大于24%时,纵波波速增长趋于平缓。文章结论对冻土工程设计与施工及基坑挡土墙冻结工程有较强的参考价值。

含水率及应变速率对冻结粉质黏土强度特性影响

人工冻土单轴抗压强度和弹性模量是人工冻结法设计的关键参数,准确掌握其变化规律极为重要,为此开展了不同含水率及应变速率条件下粉质黏土人工冻土单轴抗压强度试验研究。结果表明:大部分试样呈现腰鼓型破坏,随着含水率的增加,应力-应变曲线逐渐由应力软化型向应力硬化型转变,存在一达到强度峰值的最优含水率,对于南京典型粉质黏土该含水率为22%,接近饱和含水率;重塑粉质黏土的弹性模量随含水率的增长而增长,但增长率呈下降趋势;单轴抗压强度和弹性模量均随应变速率的增加呈衰减性增大;回弹模量随加卸荷次数的增加逐渐增大,当加卸荷次数达7次后,回弹模量值基本稳定。

冻结粉质黏土强度同温度和含水率的关系

通过对不同温度、不同含水率下的人工冻结粉质黏土单轴无侧限抗压强度试验,得出其抗压强度随冻结温度和含水率的变化规律,试验结果对冻土工程的设计和施工具有一定的参考价值。

单轴分级循环加载时冻结粉质黏土的动力特性试验研究

为研究冻结黏土的动力特性,在不同温度(-0.6℃,-1.0℃,-1.5℃)和不同频率(0.5 Hz,1.0 Hz,1.5 Hz,2.0 Hz,3.0 Hz)时开展单轴分级加载试验。结果表明,随动应变幅的增加,温度和加载频率对土的动刚度、阻尼特性和残余应变特性的影响越来越显著;骨干曲线均呈线性变化特征,相同动应变幅时动刚度随温度的降低和频率的增加而增大;阻尼比随动应变幅的增加先增加再逐渐减小,加载末期呈略微增加趋势;相同动应变幅值时阻尼比随温度的降低和频率的增加而减小;同一级荷载下残余应变随循环次数呈线性不断增加,加载级数越高,残余应变增长越快;不同温度和频率时dε_(pd)/dt随动应变幅的增加而增大,相同动应变幅时dε_(pd)/dt随温度的升高和频率的降低而增大。

不同小主应力和负温条件下冻结粉质黏土平面应变试验研究

针对冻结法施工中的平面应变问题,利用改进的安徽理工大学冻土真三轴仪进行平面应变试验,分析冻结粉质黏土在不同小主应力和负温条件下的强度和变形特性,建立基于Weibull分布和Drucker-Prager强度准则的冻结粉质黏土损伤本构模型。理论和试验结果表明:同一温度下,不同小主应力下的应力-应变曲线呈现不同程度的硬化特征。破坏强度随小主应力的增加表现出先增后减的规律,随温度的降低呈线性增长的趋势。建立的非线性莫尔-库仑强度准则可以近似描述冻结粉质黏土的强度随小主应力增大而呈现出的非线性变化特征。不同试验条件下小主应力方向的应变均为膨胀变形,体应变均呈现剪缩的特性。随着小主应力的增大,试样的变形模量呈现先增后减的趋势;当小主应力相同时,其值随温度的降低而增大。当温度相同时,破坏时的中主应力随小主应力的增大同样表现出先增后减的趋势。建立的损伤本构模型可以较好地反映复杂应力路径下小主应力和温度对冻结粉质黏土强度和变形特性的影响。

冻结硫酸钠粉质黏土强度与本构模型研究

为了研究冻结硫酸钠粉质黏土的变形规律和强度特征,在1 MPa围压下,对-2、-6、-10℃三组温度下不同硫酸钠含量的粉质黏土进行负温三轴剪切试验研究。基于实验数据,计算了冻结硫酸钠粉质黏土的切线模量,研究了轴向应变与偏应力的非线性关系,推导了试样的p-q平面强度准则,提出了冻结硫酸钠盐粉质黏土强度公式,建立了含参数的冻结含盐粉质黏土的修正Duncan-Chang本构模型,并拟合了相关参数,验证了模型精度及适用性。结果表明:试样的偏应力在应变后期趋于稳定,处于向应变硬化过渡的阶段,切线模量E随含盐量的增加呈现先减小再增大再减小的变化规律,切线模量E变化幅度较小,p、q呈明显的线性关系,在0℃至-15℃温度范围内,修正Duncan-Chang本构模型对含盐量小于2.5%的冻结硫酸钠粉质黏土强度具有良好的预测效果。

冻结哈尔滨粉质黏土超声波速测定试验研究

采用超声波技术测定冻土动弹性力学指标正是目前冻土学术界及工程领域致力研究的一个热点。本文将基于日产UVM -2型声速仪对冻结哈尔滨粉质黏土超声波速测定结果 。

含水率对冻结粉质黏土力学性能的影响

通过对大庆市季节性冻土区冻结粉质黏土不同含水率下抗剪和抗压力学性能的试验,得到低温度下黏聚力c、内摩擦角φ、抗剪强度及抗压强度与含水率的变化规律,以及最优含水率对其抗剪强度和抗压强度的影响;并对其初始弹性模量进行分析。研究结果表明:冻结粉质黏土的黏聚力c、内摩擦角φ随着含水率的增大呈现出先增后减趋势;其抗剪强度随着含水率的增加呈先增后减最后趋于稳定,且在最优含水率处达到最大值;抗压强度随着含水率的增大呈现先增后减的趋势,在含水率为25%左右时达到最大值,且抗压强度大小与最优含水率无关;其初始弹性模量随着含水率的增加呈现出先增后减的趋势。

基于Martin-Darvidenkov模型的冻结粉质黏土动力特性研究

冻土作为一种由固体矿物颗粒、冰晶体、未冻水及气体组成的多相结构体系,其动力学性质相较融土更为复杂。为了研究冻土动力特性的演化规律,探究等效线性黏弹性模型对冻土的适用性,以青藏粉质黏土为对象开展了一系列分级循环加载条件下的低温动三轴试验,深入分析冻土动弹性模量和阻尼比随振次、围压及动应变幅值的变化规律。研究结果表明:冻结粉质黏土骨干曲线的初始斜率随围压的增大而减小,体现了围压的强化作用;分别采用H-D模型和M-D模型对冻土的骨干曲线进行描述,结果显示相比H-D模型,采用M-D模型可以较好地模拟冻结粉质黏土骨干曲线在高动应变幅值下的软化现象;冻结粉质黏土的动弹性模量随动应力幅值的增大非线性减小,且基于M-D模型的动弹性模量预测模型可较好地描述冻结粉质黏土动弹性模量随动应变幅值的非线性变化规律;在每级循环荷载作用下,动弹性模量随振次的增大有小幅波动;滞回曲线面积随动应变幅值的增大呈非线性增大的趋势,阻尼比随动应变幅值的增大呈现出先减小后增大的趋势。此外,在每级动荷载作用下,当加载级数较小时,阻尼比随振次的增大逐渐减小,随着加载级数的增大,阻尼比随振次增大而减小的趋势逐渐减弱;当加载级数较大时,阻尼比随振次的增大呈现出逐渐增大的趋势。

负温和初始含水率对冻结粉质黏土力学性质的影响

温度和含水率是决定冻土性质的两个主要因素.通过开展低温三轴试验,研究了冻结状态下路基粉质黏土在50kPa围压,4个温度水平(-4、-6、-8、-10℃)、4种初始含水率(14.30%、16.20%、18.73%、20.60%)共计16种工况下的变形及强度等力学性质.结果表明:冻结粉质黏土的应力-应变关系在各温度及初始含水率条件下均呈软化型,随温度降低软化程度减弱;除个别试验点外,温度及初始含水率对试样轴向破坏应变的影响均存在临界值,使破坏应变随其变化先增大后减小;试样初始切线模量受温度的影响要比初始含水率显著,当含水率相同时其值随温度降低而增加,但增速渐缓;含水率相同时,试样三轴抗压强度随温度降低近似线性增大;同一温度下抗压强度随试样初始含水率变化以16.20%为临界值,其值先增大后减小并趋于稳定.本文提出了考虑温度和含水率条件的冻结粉质黏土抗压强度计算公式,可用于预估冻结粉质黏土的三轴抗压强度.

振动荷载作用下冻土结构弱化机理研究

基于低温动三轴试验及CT扫描试验对不同围压、负温下冻结粉质黏土的弱化机理进行了分析研究,利用冻结粉质黏土动三轴试验前、后的CT扫描试验数据与图像,定量分析了冻土的密度、结构及损伤度等方面的变化及动三轴试验前、后CT数增量、方差增量与围压、负温之间的关系。分析了在振动荷载作用下冻土内部孔隙、裂隙扩展过程,从附加损伤的角度证实了临界围压值的存在,明确了冻结粉质黏土结构弱化的根本原因是孔隙冰的压融和微裂隙的发育。