温度循环条件下粉土质砂的物理力学特征研究
循环荷载下压实粉土的动力特性试验研究的开题报告
循环荷载下压实粉土的动力特性试验研究的开题报告论文题目：循环荷载下压实粉土的动力特性试验研究研究目的：本研究旨在探究循环荷载下压实粉土的动力特性，并研究其变形、应力和阻尼比随振动周期和振幅的变化规律，为工程实践提供理论依据。
研究内容：本研究将通过室内试验，以循环荷载下压实粉土为研究对象，研究其在不同振动周期和振幅下的动力特性，包括变形、应力和阻尼比等。
具体内容包括：1. 粉土样本的取制：按照规定的标准对粉土样本进行取制、制备样品；2. 动力试验：将样本放置在振动试验机上，采用循环荷载进行测试，记录不同振动周期和振幅下的动力特性，包括变形、应力和阻尼比等；3. 数据处理与分析：将测试数据进行处理与分析，绘制出不同振动周期和振幅下的宏、微观变形信息和阻尼比的变化规律图。
研究意义：本研究旨在为了解循环荷载下压实粉土的动力特性提供科学理论支持，同时对于该粉土类型的设计与施工提供技术指导。
研究方法：本研究采用室内试验的方法进行研究，主要通过对不同振动周期和振幅下的循环荷载进行测试，并对结果进行分析。
预期成果：通过本研究的开展，将获得不同振动周期和振幅下的循环荷载下压实粉土的动力特性信息，并分析其变形、应力和阻尼比的变化规律。
同时，预期将得到该粉土类型在工程实践中的应用指导和相关技术支持。
研究方案及时间表：阶段一（1个月）：选题、查阅文献、撰写开题报告；阶段二（2个月）：采取实验，搜集数据；阶段三（1个月）：数据处理与分析；阶段四（1个月）：撰写论文及答辩准备。
参考文献：1. 黄新华.土工材料力学性质的波浪载荷下动力特征研究.北京航空航天大学学报,2004(9):931-935.2. 许英榜,王清晨.压实粉土的微观结构与动力特性.水利学报,2001(1):1-5.3. B. Indraratna, C. Kuo. Princip. Elastic a non-ealastric anlysis of reinforced embankments on soft clay subjected to cyclic loading. Journal of Geotechnical Engineeering ASCE, 2001, 127(19): 170-180.。
不同低温温度下砂土物理力学特性试验研究
孙杰龙１，任建喜２，李盛斌１，曹雪叶１，武雯利１
（１延安大学 建筑工程学院，陕西 延安 ７１６０００； ２．西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 西安 ７１００５４）
摘 要：以白垩系富水砂层砂土为研究对象，对其在不同低温温度下的物理力学特性进行了分析。 结果表明：砂土比热容随冻结温度降低呈现出先减小后增大再减小最终趋于稳定的变化规律，砂土 导热系数随冻结温度降低而逐渐增大最终趋于稳定，其变化过程主要分为 ３个阶段，即：缓慢增大 阶段、迅速增大阶段和基本稳定阶段；随冻结温度降低人工冻结砂土粘聚力、内摩擦角、弹性模量和 单轴抗压强度会逐渐增大，但增大的幅度会随着冻结温度的降低而逐渐减小；在同一加载速率下， 不同冻结温度下人工冻结砂土变形均表现为应变软化，人工冻结砂土试样破坏时应变较小，一般介 于 ６％ ～１０％之间。 关键词：人工冻结；砂土；热物性；力学特性 中图分类号：ＴＤ２６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－６０２Ｘ（２０１９）０３－００３８－０７
周家作等［１７］采 用 双 针 法 对 不 同 温 度 的 环 刀 土 样进行了测试并对冻土传热过程进行数值试算，反 演得到不同温度的相变热容和未冻水含量。陈之祥 等［１８］为评估热参数取值对冻土温度场的影响，将导 热系数、比热、潜热作为冻土温度场的影响因素进行 试验设计。叶万军等 对 ［１９］ 温度对黄土的热参数影 响进行了研究，分析了黄土热参数随温度的变化规 律。陈 之 祥 等 ［２０］根 据 饱 和 冻 土 的 土、水、冰 三 相 组 成，对基于导热系数的冻土未冻水含量反演公式进 行了推导。石梁宏等 分 ［２１］ 别对 ５种典型温度条件 下冻土的热物理参数进行 ５０组大样本测试，研究结 果表明：即使在同一温度下，试样的热物理参数也存 在明显的随机性，但又呈现出一定的统计规律；冻土 的热物理参 数 （导 热 系 数和 容 积 热 容 量 ）服 从 正 态 分布或对数正态分布。
广东粉土质砂的力学特性试验研究
Ｊ １ ２ ｌ ２ ｕ ． ０
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ １—５ ８ ． ０ ２ ０ ． １ ：０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ ４ ５ ２ １ ．７ ０ ５
广东粉土质砂 的力学特性试验研究
张 芳枝 ，黄丽娟
（广 东 水 利 电力 职 业 技 术 学 院 市 政 工 程 系 ， 州 广 ５０３ ） １６ ５
土样含水 量一般 为 ９ 一１％ ； ％ ２ 天然 密度 一般 都
在１８ ／ ｍ ．４ｇ ｃ 以上 ； 粒 相 对 密 度 在２ ６ 土 ．４～２６ 之 ．６ 间 ； 然 孔 隙 比均 在０ ５～ ． 以 上 ， 别 土 样 小 于 天 ． ０６ 个
鲜见 。当砂土含 有一定黏 粒和粉粒 后 ， 力学 特性会 其
发生较 大变化 。广 东地 区与堤 坝填 筑 工 程密 切 相关
０ ５ 饱 和度不高 。土样 颗粒组成 以大于Ｏ０ ５ｍ 小 ．， ．７ ｍ，
于 ５ｍ 的粗颗 粒 为主 ，．７ ２ｍ 的砂 粒所 占比 ｍ ０ ０５～ ｍ
的含黏粒 粉土质砂 区域普 遍存在 ， 开展这种 砂 土 的性
状研究 在工程 上 具有 极 其重 要 的意 义 。本文 通 过一 系列 室 内试验 ， 究其渗透 、 研 变形 、 强度等 基本 力学特 性 ， 探讨 粉 土 质 砂 的应 力 应 变 关 系 和本 构 模 型参 并
标 、 透特性 和压 缩特 性指标 ， 分别 采用 直接剪 切 渗 并 和 三轴 实验测 试 了该 土 的变 形 和 强度 特 性 ， 通 过 且 排水 剪 切试验 获 得 了土 的非 线性 Ｄ ｎ ａ Ｃ ａｇ模 ｕ ｃ ｎ— ｈｎ 型 （ 肯模 型 ） 数 邓 参 …。
３ 试 验 结 果及 其 分 析
循环荷载下粉质粘土特性的试验研究
循环荷载下粉质粘土特性的试验研究∗杨传成 王津津 蔡文霞（山东省地震工程研究中心，济南 252000）随着土木工程的发展，各类土在循环荷载下的累积变形和强度问题引起了国内外学者的广泛关注，对于粉质粘土的研究，迄今已有非常丰富的文献资料，研究方法众多，其中室内动三轴试验研究是最常用的研究手段之一。
由于循环加载中频率的变化与加载速率有关，本文进行了循环荷载下粉质粘土力学特性的试验研究。
循环荷载作用下土的应变是反映土体循环特性的一个重要因素，本文利用应力控制方式对粉质粘土进行了在几个不同循环应力、不同加荷频率条件下的循环三轴实验，研究分析循环应力和加荷频率对粉质粘土应变特性的影响。
利用了北京市新技术研究所生产的DDS-70动三轴试验系统，对粉质粘土进行了许多室内动三轴固结不排气(水)试验，就轴向循环应力的变化、加荷频率的变化以对粉质粘土变形的影响进行了研究。
1 试样选取与制备试验所用土样取自北京通州地震小区划中两个钻孔在相近深度处切取块状土样，使试验土样具有较好的均一性和接近原位土体的力学特性，见表1。
试样首先按规定的方法制备，试样高为80 mm，直径为39.1 mm。
试验时在一定的固结比应力下固结，待固结完成后，在不排水的条件下施加动应力进行试验。
表1 试样编号、物理性质指标野外土样编号取土深度(m) 容重(kN/m3) 含水率(％)TXS48 13.30 18.9 42.1TXS49 12.30 18.8 38.82 试验过程与方法试样制成后在150 kPa围压下进行均压固结，待固结完成后施加正弦荷载。
共进行了两种循环应力下不同频率的动力试验，实验结果图略。
循环应力为δc=0.9δf，δt=50 kPa，加载频率分为1 Hz，2 Hz，5 Hz三组。
循环应力为δc=0.5δf，δt=50 kPa，加载频率分为1 Hz，2 Hz，5 Hz三组。
3 试验结果通过循环动三轴试验，研究了循环荷载作用下加荷频率、循环应力对粉质粘土动力特性的影响，由试验结果可得如下主要结论：在循环应力较大时，粉质粘土呈现出明显的频率效应。
冻融循环下粉质砂土力学性质及本构模型研究
冻融循环下粉质砂土力学性质及本构模型研究季节性冻土区在我国分布广泛,占我国国土面积的54%左右。
在寒区工程中,温度的季节性变化会引起路基土体发生周期性地冻结和融化。
寒冷季节,当土体温度达到冻结温度时,土体会发生冻结,体积增大,导致地表发生不均匀上升,产生冻害;而在暖季,冻结的土体融化,其体积减小,同时在外荷载作用下融化的孔隙水排出,产生融化压缩现象。
在反复冻融之后,路基土体的物理力学性质会发生变化,影响季节性冻土区路基的工程特性。
在季冻区路基的变形及稳定性分析中,必须考虑土体力学性质指标受冻融作用的影响。
因此,对土体在冻融循环下力学性质的影响因素及变化规律的研究,在季冻区的工程建设中具有重要的意义。
本文以青藏粉质砂土为研究对象,在总结国内外相关研究现状的基础上,通过室内试验、理论分析以及数值模拟等手段,考虑了环境冷却温度、冻融循环次数以及围压等因素的影响,研究了冻融循环作用下土体的模量、破坏强度、抗剪强度参数以及应力-应变关系型式的变化规律。
同时,基于室内试验结果,分析了粉质砂土在冻融作用下屈服面以及强度特性的演化规律,建立了考虑剪切屈服和体积屈服的双屈服面本构模型,为季冻区路基土体力学性质指标变化规律的研究提供一定的依据。
主要研究成果包括以下几个方面:（1）对不同围压、不同环境冷却温度、不同冻融循环次数下的粉质砂土进行不固结不排水三轴剪切试验（UU试验）,分析了冻融后土体的应力-应变关系型式及力学参数,如模量、破坏强度、抗剪强度参数的变化规律。
结果表明:在不同冻融循环次数下,粉质砂土的力学性质指标的变化较为明显,其模量及破坏强度在经历7～9次冻融循环后达到极小值。
环境冷却温度的影响较弱,且无一定规律。
同时,基于显著性分析理论,研究了围压、冻融循环次数、冷却温度以及各因素间的交互作用对破坏强度、模量以及抗剪强度参数影响的显著性强弱。
得出冻融循环次数和围压对力学参数有比较显著性的影响,而环境冷却温度影响的显著性较弱。
《冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》范文
《冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》篇一一、引言近年来，随着全球气候的极端化趋势，冻融条件下的土壤特性研究逐渐成为工程地质学和土壤物理学研究的热点问题。
而我国北部，尤其是内蒙和东北地区的季节性冻土问题，更为凸显了研究此类问题的重要性。
本篇文章着重于根河粉质黏土在冻融条件下的热物理特性研究，为工程建设的土壤稳定性和环境工程中的土地利用提供理论依据。
二、试验材料及方法（一）试验材料本试验所采用的土样为根河粉质黏土，该土样取自我国北方某河流沿岸。
在试验前，我们对土样进行了筛选和预处理，确保其符合试验要求。
（二）试验方法本试验主要采用热物理特性试验方法，包括：含水量测定、热导率测定、热扩散率测定等。
在冻融条件下，我们通过改变温度循环周期和温度变化幅度，来观察和记录根河粉质黏土的物理性质变化。
三、冻融条件下根河粉质黏土的物理性质变化（一）含水量的变化经过多次冻融循环后，我们发现根河粉质黏土的含水量有所变化。
在冻结过程中，由于冰的生成，土壤的含水量会有所增加；而在融化过程中，部分冰会转化为水，导致含水量降低。
但经过多次循环后，土壤的含水量会趋于稳定。
（二）热导率的变化在冻融循环过程中，根河粉质黏土的热导率也发生了明显的变化。
由于水在冰状态下的热导率大于土本身的热导率，所以随着水向冰的转化，热导率会上升；反之则降低。
但是长期冻融循环后，由于土壤内部结构的改变和矿物质的变化，热导率会趋于稳定。
（三）热扩散率的变化对于热扩散率来说，冻融循环对其影响较小。
尽管在冻结和融化过程中，土壤的热扩散能力会有所改变，但这种改变在短期内是可逆的。
长期来看，热扩散率的稳定性较好。
四、结论通过本次试验研究，我们得出以下结论：1. 冻融条件下，根河粉质黏土的含水量、热导率和热扩散率均有所变化。
这些变化主要受温度循环周期和温度变化幅度的影响。
2. 经过多次冻融循环后，根河粉质黏土的物理性质会趋于稳定。
其中，含水量的稳定主要是由土壤内部的水分和冰分达到新的平衡所致；而热导率的稳定则是由土壤内部结构、矿物组成和水分状态的稳定所决定。
《2024年冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》范文
《冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》篇一一、引言随着全球气候的变化，冻融循环对土壤特性的影响日益显著。
根河地区的粉质黏土因其特殊的地理环境和气候条件，其热物理特性在冻融条件下呈现出独特的变化规律。
为了深入理解根河粉质黏土在冻融条件下的热物理特性变化，本文进行了一系列试验研究。
二、试验材料与方法（一）试验材料本试验选用根河地区的粉质黏土作为研究对象，该类土壤以其特有的成分和结构对冻融条件下的热物理特性具有重要影响。
（二）试验方法1. 样品制备：对根河粉质黏土进行取样，制备成标准试样。
2. 冻融循环：设置不同次数的冻融循环，模拟自然环境中的冻融条件。
3. 热物理特性测试：通过热导率、比热容和热扩散系数等指标，对根河粉质黏土的热物理特性进行测试。
三、试验结果与分析（一）冻融循环对热导率的影响在冻融循环过程中，根河粉质黏土的热导率呈现出先增大后减小的趋势。
在初期冻融循环中，土壤颗粒间的空隙被冰填充，导致热导率增大；随着冻融循环次数的增加，土壤结构发生变化，导致热导率减小。
（二）冻融循环对比热容的影响比热容是衡量物质单位质量升高或降低单位温度所需热量的物理量。
在冻融循环过程中，根河粉质黏土的比热容基本保持稳定，说明冻融循环对比热容的影响较小。
（三）冻融循环对热扩散系数的影响热扩散系数反映了物质内部温度变化的传播速度。
在冻融循环过程中，根河粉质黏土的热扩散系数呈现出先减小后增大的趋势。
这可能是由于在初期冻融循环中，土壤结构发生变化，阻碍了热量传播；随着冻融循环的进行，土壤结构逐渐趋于稳定，热扩散系数逐渐增大。
四、讨论与结论（一）讨论根据试验结果，冻融循环对根河粉质黏土的热导率和热扩散系数有显著影响。
其中，热导率在冻融循环过程中呈现先增大后减小的趋势，而热扩散系数则呈现先减小后增大的趋势。
这些变化与土壤结构的变化密切相关。
此外，比热容在冻融循环过程中基本保持稳定，说明比热容受冻融循环的影响较小。
这些结果对于理解根河地区粉质黏土在冻融条件下的热物理特性具有重要意义。
反复冻融条件下粉砂土动力学参数试验研究_严晗
2014年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2014收稿日期：2013-05-28基金项目：国家重点基础研究发展计划973（No.2012CB026104）；国家自然科学基金(No.51208320)；河北省自然科学基金(No. E2013210040)。
第一作者简介：严晗，男，1975年生，博士研究生，主要从事铁路路基研究。
E-mail ：1721823802@文章编号：1000－7598 (2014) 03－683－06反复冻融条件下粉砂土动力学参数试验研究严 晗1, 2，王天亮3, 4，刘建坤1，王 扬3, 4（1. 北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044；2. 中铁建工集团西北分公司，西安 710119；3. 石家庄铁道大学 土木工程学院，石家庄 050043；4. 石家庄铁道大学 道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室，石家庄 050043）摘 要：在大量冻融试验和动三轴试验的基础上，深入研究和分析了经历多次冻融循环后粉砂土动模量和阻尼比的变化规律。
研究结果表明：同一动应变水平下，动应力大小与冻融次数、含水率呈负相关性，而与围压、加载频率、压实度呈正相关性；粉砂土的动应力-动应变关系存在明显的非线性，且随动应变水平的提高，动模量成倍减小，而阻尼比则成倍增大；随冻融次数的增加，动模量降低而阻尼比则增大，且经历6次冻融后均趋于稳定，建议将6次冻融后的力学特性作为设计与计算指标；围压和压实度的提高有效增强了土颗粒之间的骨架作用，动模量随围压和压实度的增减而增减，阻尼比则随围压和压实度的增加而降低；含水率的变化对阻尼比的影响不大，而当土样达到饱和状态时，动模量成倍降低；加载频率对阻尼比的影响较大，并随频率的提高而迅速降低。
关 键 词：冻融循环；粉砂土；动三轴试验；动模量；阻尼比 中图分类号：TU 411.8 文献标识码：AExperimental study of dynamic parameters of silty soilsubjected to repeated freeze-thawYAN Han 1, 2，WANG Tian-liang 3, 4，LIU Jian-kun 1，WANG Yang 3, 4(1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. Northwest Corporation, China Railway Construction Engineering Group, Xi’an 710119, China; 3. School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China; 4. Key Laboratory of Roads and RailwayEngineering Safety Control of Ministry of Education, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China)Abstract: Based on amount of freeze-thaw tests and dynamic triaxial tests, the dynamic modulus and damping ratio properties of silty soil subjected to repeated freeze-thaw cycles were deeply researched and analyzed. The tests results are drawn as follows: At the same dynamic strain level, the relationships of dynamic stress and freeze-thaw cycles, water content present negative correlation, and the relationships of dynamic stress and confining pressure, frequency, compactness present positive correlation. The curves of dynamic stress vs. dynamic strain obviously present nonlinear relationship; and the dynamic modulus double decreases while the damping ratio double increases with the increasing of dynamic strain. The dynamic modulus sharply decreases while the damping ratio increases with the increasing of freeze-thaw cycles; and then the changes level off after 6 freeze-thaw cycles; while the mechanical properties after 6 freeze-thaw cycles are suggested for designing and calculating indexes. The soil particles contact area is improved by the increasing of confining pressure and compactness; and the dynamic modulus increases while the damping ratio decreases with the increasing of confining pressure and compactness. It is found that water content less affects damping ratio, but the dynamic modulus double decreases when the silty soil reaches saturation condition. The frequency is an important factor affecting on damping ratio, and damping ratio sharply decreases as the frequency increases.Key words: freeze-thaw cycles; silty soil; dynamic triaxial tests; dynamic modulus; damping ratio1 引 言青藏铁路那曲物流中心地处海拔4 500 m 的青藏高原，是世界上海拔最高的物流中心，场地内最大土壤冻结深度为2.81 m ，为深季节性冻土区。
土壤力学特性分析
土壤力学特性分析土壤是一种复杂的多相材料，其力学特性的分析对于土木工程、地质工程、水利工程等领域具有重要意义。
本文将对土壤力学特性进行深入分析，包括土壤的物理特性、力学参量以及土壤的变形特性等方面。
一、土壤的物理特性土壤的物理特性是指土壤颗粒大小、颗粒分布、孔隙度等方面的性质。
1. 土壤颗粒大小和颗粒分布：土壤颗粒可以分为粉砂、砂、粉土、黏土等不同级别。
颗粒分布的均匀性与土壤的孔隙度、通气性以及持水性有关。
2. 孔隙度：土壤中存在着土壤颗粒之间的孔隙空间，这些孔隙可以分为颗粒间孔隙和颗粒内孔隙。
孔隙度是指土壤中孔隙空间所占体积的比例。
二、土壤的力学参量对于土壤的力学特性分析，需要确定一些基本的力学参量，如下所示：1. 土壤的重度和单位重度：土壤的重度是指单位体积土壤所含质量，单位重度是指单位体积土壤所受的重力。
重度和单位重度的测定对于土壤的工程设计和稳定性分析具有重要作用。
2. 孔隙比和饱和度：孔隙比是指土壤中孔隙体积与总体积之比。
饱和度是指孔隙中含有水分的体积与孔隙总体积之比。
3. 孔隙水压力：当土壤中存在水分时，由于重力的作用，水分在孔隙中产生一定的水压力，该水压力对于土壤的稳定性和渗透性有影响。
三、土壤的变形特性土壤在受力作用下会发生变形，变形特性是土壤力学中的重要内容。
1. 应力应变关系：土壤的应力应变关系是指土壤在受到应力作用下所产生的应变程度。
常用的应力应变关系有线弹性模型、弹塑性模型以及本构模型等。
2. 压缩性和剪切性：土壤的压缩性是指土壤在受到挤压应力作用下发生的变形程度。
剪切性是指土壤在受到切割应力作用下发生的变形程度。
3. 孔隙水压缩性：当土壤中存在水分时，由于孔隙水的压缩性，土壤在受到应力作用下会产生孔隙水压缩变形。
四、土壤的力学行为根据土壤的力学特性和变形特性，可以对土壤的力学行为进行分析。
1. 强度特性：土壤的强度特性是指土壤在受到外力作用下的抵抗能力。
常用的强度指标有抗剪强度、抗压强度等。
粉土和粉砂的动力特性试验研究
ｓ ｇ ｅ ｔｄ ｂ ｅ ｄ ａ ｄ Ｍｒｓ ． Ｔｈ ｉｆ ｒ ｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｈ ａ ｖ ｅ ｏ ｉｉｓ ｏ ｔ ｉ ｅ ｎ ｓｔ ｎ ｈ ｓ ｕ ｇ ｓｅ ｙ Ｓ ｅ ｎ ｉｓ ｅ ｄ ｆｅ ｅ ｃ ｅ ｗｅ ｎ ｓ ｅ ｒ ｗａ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ｂ ａ ｎ ｄ ｉ ｉｕ ａ ｄ ｔ ｏ ｅ ｅ ｏｂ ａ ｎ ｄ ｒ ｉ ｅ ｗｉ ｒ ｓ ｎ ｎ ｃ ｌ ｍｎ ｅ ｔｎ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ． Ｂ ｓ ｄ ｎ ｈ ｎ ｗ ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｔ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ａ ｔ ｏｕ ｔ ｓ ｉ ｇ ｒ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｅ ｎ ｔｕ ｎ ａ ｉ ｓ ｓ ｅ ｏ ．
ｕ ｒ ｉ ｅ ｙ ［ ｔａ ｎ— ｏ ｒ ｌｅ ｅ ｔ ｒ ｏ ｎｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｃ ｉ ｓ ｒ ｉ ｃ ｎｔ ｏ ｌｄ ｔ ｓ ｓ ｗｅ ｅ ｃ ｎｄｕ ｔ ｄ ｔ ｎ ［ ｚ ｈｅ ｌ ｅ ａ ｔｏｎ ｐ ｔ ｎ ｉ ［ｏ ｉｔａ ｄ ｓｌ？ ｃ ｃｅ ｏ ａ ａｙ ｅｔ ｉ ｑｕ ｆ ｃ ｉ ｏ ｅ ｔａ ｆｓｌ ｎ ｉ ， ｔ， ｓ ｎｄ ｐｅ ｉ ｅ ｗｈｏ ｅ ［ｓ ｉ ｓ ｅ ｒ ｏ ｌ ａ ｓ ｃｍ ｎｓ ｓ ｅ ａ ｔｃ ｈ ａ ｍ ｄｕ ｉ ｅ ｅ ｏ ｒ ｌｅ ｂｙ ｒ ｓ ｒ ｉ ｉ ｗ ｒ ｃ ｎｔ ｏ ｌｄ ｐ ｅ ｔ ａ ｎ ｎｇ． Ｔ ｈ ｇ ｏｗｔ ｏｆ ｐ ｅ ａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏｒ ｗ ｔ ｒ
粉 土 和 粉 砂 的 动 力 特 性 试 验 研 究
黄 学 土 木 工 程 系 ， 江 杭 州 ３ ０ ２ ； ２ 香 港理 工 大 学 土木 及结 构 工 程 系 ． 港 九 龙 红 磁 ． 浙 １０ ７ 香
摘
要 ： 共 振 柱 仪 和加 装 了 弯 曲 元 的动 三 轴 仪 研 究 丁 饱 和 粉 土 和 粉 砂 的 动 力特 性 ． 析 ｒ 用 分 粉 ‘ 粉 砂 的 动 力 变 和
石灰岩和砂岩高温力学特性的试验研究
关键词 ：石灰 岩 ；砂 岩 ；高温 ；纵波 波速 ；力学 性质 ；单 向约束条 件
中图分 类号 ：Ｔ ４２ Ｕ ５ Nhomakorabea 献标识码 ：Ａ
０ 引 言
高温作 用对 岩土介质 的影 响 已在 能源 、地质 、土木 等众 多领域 中被提 出来 ，例如 煤炭地
下气 化 、矿下煤 与瓦斯爆 炸 、煤 炭开 采过程 中煤 炭 自燃 、各 种硐室 及地下 工程 在经受 火灾后
摘 要 ：利 用 自行 研 制的岩 石加 温装 置和 Ｒ Ｔ １０ Ｍ －５ Ｃ岩 石力 学试 验机 ，对 石 灰岩 和
砂 岩试样 高温后 的力 学特性进 行 了试 验研 究。试 验结果 表 明 ，随着 温度 升高 ，两种 岩 石纵波 波速 逐 渐减小 。单轴压 缩过 程 中的全 程应 力 应 变 曲线 经历 了压 密、弹 性、 屈服 、破坏 ４个 阶段 ；达 到峰值 应力后 两种岩 石均发 生脆 性破坏 ，砂 岩破坏 时呈 锥 形炸裂 ，而石灰岩 则呈 草捆状破 坏。 高温 对 两种 岩 石 的强度 都 有 一定 的弱化 作用 ，
其峰值 应力都 随温度 升高 而 降低 ，石灰 岩 ７０ ℃ 时强度 降幅达 ８ ．９ ，而砂 岩 强 ０ ４５ ％
度 仅 比常温 降低 ２ ％左 右 。 两种 岩 石 的峰 值 应 变都 随 温度 升 高逐 渐增 大 ，但 具体 ２ 表 现不 尽相 同，石灰 岩 ５０ ｏ 应 变增 加 了 ３ ．７ ０ Ｃ时 ０ ５ ％，５ ０℃之 后 峰值 应变 基本 无 ０ 变化 ，甚 至到 ７ ０ｏ ０ Ｃ时还 略有 降低 ；砂 岩 ７０ ｏ 峰值 应 变增 加 了 ８ ．３ ，其峰 ０ ｃ时 Ｏ６ ％ 值 应变 的变化 与其微观 结构 变化相 关。 随着温度 升高 ，两 种岩石 的弹性模 量和 变形 模量 均 减 小 ，７ ０ ｏ ０ Ｃ时 石 灰 岩 弹 性 模 量 降 幅 为 ８ ．％ ，砂 岩 弹 性 模 量 降 幅 为 ６８ ４ ．４ ６ ９ ％；７０ ｏ 时 石 灰 岩 变 形 模 量 下 降 了 ８ ． ％ ，砂 岩 的 变 形 模 量 下 降 了 ０ Ｃ ３９
冻融循环作用下粉质砂土的融化压缩试验研究
青藏铁路那曲物流中心地处海拔4500m的青藏高原，是世界上海拔最高的物流中心，场地内最大土壤冻结深度为2.81m，为深季节性冻土区。
有关季节冻土区地基病害防治的研究，多限于冻胀问题的探讨，对融沉指标(融沉系数和融化压缩系数)的考虑一般较少，但近年来的冻害调查研究发现，融沉性在季节冻土地区的建筑物稳定性方面的应用仍然具有积极的意义。
反复的冻融循环作用是影响融沉变形的主要因素，而土体的融化压缩系数是与此密切相关的参数指标。
因此，研究土体在冻融前后压缩参数的变化对于深刻理解融沉变形的实质是很有意义的。
早在20世纪30年代，国外专家Tsytovich就研制了专门的隔热压缩仪，研究了冻土融化压密的过程。
Gra⁃ham等[1]对原状土在一维压缩条件下进行了冻融试验，发现经过5次冻融循环后，土体的结构性严重减弱。
Konrad等[2]通过试验，认为土体经过反复的冻融循环后，孔隙比趋于稳定。
国内，张贵生等[3]发现，土体的压缩系数在遭受冻融作用后明显增大，尤其是施加第一级荷载时更明显。
何平等[4]通过试验发现，土体的反复冻融过程可以造成土体的密度降低。
朱元林等[5]认为，冻土区地基压缩变形是建筑物地基沉降预报设计考虑的必要因素。
童长江等[6]通过研究发现，季节冻土和多年冻土之间的融化压缩特性具有共性亦有差异。
胡莫珍等[7]认为，多次冻融循环使冻土的压缩性能逐渐劣化。
王天亮等[8]和严晗等[9]研究了冻融循环条件下粉砂土的融沉性质。
师华强等[10]通过试验发现，冻融循环作用使土的压缩系数增大，压缩模量减小。
综上所述，正确预报冻土区建筑物下地基融化压缩沉降的重要性，是不言而喻的。
因此，本文通过深季节冻土区粉质砂土在经历不同冻融循环后试验，阐述了融化压缩系数与含水率、压实度、冷却温度以及冻融循环次数之间的变化规律，为进一步深化对冻土区融化压缩特性的研究提供了参考。
1试验内容及方法1.1试验制备及试验方案试验土样取自青藏铁路那曲物流中心的粉质砂土，主要物理参数：土样颗粒密度为2.70g/cm3，渗透系数为5.87×10-6cm/s，最大干密度为1.95g/cm3，最优含水率为11.2%，含盐量测试结果为0.15%(测试的离子主要包括SO42-、CO32-、Na+、K+)。
考虑静偏应力影响的含粉粒砂土循环与循环后特性研究
考虑静偏应力影响的含粉粒砂土循环与循环后特性研究◎ 吕斌 潘坤 潘晓东 浙江工业大学土木工程学院摘 要：针对不同粉粒含量砂土，开展了一系列考虑初始静偏应力作用的不排水动三轴试验，对粉砂土循环及循环后特性进行了研究。
试验结果表明，在控制相同的状态参数下，试样的循环剪切强度随粉粒含量升高先增大后减小，一般在静剪应力比SSR = 0.1处动强度达到最大值。
试样循环后的单调剪切强度受其先期循环加载阶段的响应模式和静偏应力大小的影响。
当初始偏应力较大或发生残余变形累积循环响应时，试样表现出应变硬化，其在后续单调剪切阶段强度有所提高；而当先期循环阶段试样发生流动破坏且初始偏应力较小时，试样的单调剪切强度将会降低。
特别地，当初始静偏应力比较大时，试样在再循环阶段的动强度较其先期动强度有所增大。
关键词：静偏应力；粉细砂；剪切强度；循环响应；循环后特性在近浅海的大河三角洲、残积平原和水下浅滩地区，由于河流和海洋等水动力因素的分选沉积作用，大量以砂粒含量为优势并掺杂粉粒或黏粒等细粒的砂性土广泛分布。
在复杂的动荷载（风浪、潮汐、海流）作用下，土体易发生强度衰减、动力液化和流动失稳等灾变现象，因此关于含细粒砂土的力学特性研究一直以来备受广大研究者的关注[1-3]。
现实中地基土体包括天然海床土体常处于非等向应力状态，存在着初始偏应力作用[4-6]。
大量试验研究表明初始静偏应力对土体的动力响应有很大的影响。
最早Lee和Seed[7]在室内三轴试验中，通过施加非等向竖向固结应力和水平固结应力来实现对静偏应力的模拟。
Hyodo等[8]和谷川等[9-10]通过开展大量的循环三轴试验，综合考虑砂土的密实度、围压和静偏应力的影响，发现静偏应力作用呈现明显的状态相关性，其不排水循环剪切响应可概括为三类模式：流动液化、循环活动性和残余变形累积。
陈国兴等[11]通过对循环荷载下片状细砂不排水动力性态的研究，发现是否静偏应力反向决定着振动孔压的发展，同时还影响着循环荷载下的破坏模式。
温度、湿度循环条件下砂岩物理特性试验研究
温度、湿度循环条件下砂岩物理特性试验研究陈棠茵;朱宝龙【摘要】砂岩风化剥落现象是很多文物古迹常见的病害问题,为了探究砂岩在季节性变化气候中的风化规律性,进行了变温循环,干湿循环,以及温度、湿度共同作用下的循环实验.得到结论:砂岩风化速度随温度升高加快,常温下单一温度循环变化对风化速度的影响缓慢;常温下湿度的循环变化对砂岩风化速度不产生影响;温度与湿度共同循环作用下,砂岩表现出一定的风化现象.在年复一年的气候变化中,砂岩存在一定程度的风化作用,随着时间的推移风化程度逐渐变得稳定,并更具规律性.【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2014(041)001【总页数】6页(P74-78,95)【关键词】温度循环;干湿循环;风化速度;弹性波速;质量变化【作者】陈棠茵;朱宝龙【作者单位】成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都620059;西南科技大学土木与建筑工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学土木与建筑工程学院,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】P642.2岩石的风化对温度、湿度的变化敏感性较高。
在中国西南、中南地区广泛分布着大量的红砂岩，这种砂岩孔隙率大，松软、透水性好，强度较低。
在雨水或地表水的作用下，泥质胶结物中的可溶性矿物质被淋滤溶蚀，向岩面迁移，形成坚硬的外壳。
当遇到温度强烈变化时，岩石内外胀缩的差异性引起表层岩石出现裂缝、起壳，在水流和风力的作用下，呈鳞片状剥落，在循环往复的气候条件下，温度和湿度的变化幅度和变化形式影响着岩石的风化速度。
中国很多钻凿在石壁上的文物古迹在常年的气候变化过程中，出现不同程度的风化病害。
如浙江省龙游石窟［1］在小环境温湿度反复变化的气候过程中，岩石表面出现结壳、剥落，然后再结壳、再剥落的反复破坏过程；四川广元千佛窟［2］由于进深较大的窟室内外存在2～4℃的温差，石窟棱角部位对温度的变化敏感，而其他部位相对滞后，导致石窟表面碱化、锈染、彩绘层空鼓等失真现象。
粉土和粉砂的动力特性试验研究
粉土 (砂) 是具有特殊工程性质的土类, 其特性 与砂和粘土有相似之处, 但又有明显差异, 因此, 不 能简单地套用针对纯净砂土或是粘土得到的试验参 数. 粉土和粉砂结构性较差, 在取土采样、运输过程 中极易扰动失水, 从而使室内试验结果失真; 而重塑 样又常常不能反映土体的原位性质, 从而限制了对 其工程性质的研究.
图 1 取样点剖面图 (单位: m ) F ig. 1 So il p rofile in2situ and p hysica l p rop erties of
so ils (un it: m )
图 2 颗粒级配曲线 F Ig. 2 G ra in size distibu tion cu rve
收稿日期: 2000207220. 基金项目: 浙江省教育厅资助项目 (20010572). 作者简介: 黄 博 (1973- ) , 女, 江苏南通人, 博士, 从事土动力学、地基处理等方面研究. E2m ail: huangbo@ civil. zju. edu. cn
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浙 江 大 学 学 报 (工学版) 第 36 卷
3 重塑样与原位土的差异
土的剪切波速是描述土体性质的一个重要参 量, 与土体动剪切弹性模量 Gmax有着直接的联系, 并 且能同时在野外和室内试验中测试. 研究表明[9], 剪 切波速能反映土体的扰动程度, 还与液化势密切相 关, 土的组构、应力应变历史、超固结等这些影响土 体抗液化强度的因素对剪切波速也有相似的影响.
对粉土特性及划分方法的探索
对粉土特性及划分方法的探索摘要：本文着重分析了粉土的一些物理特性，对其上、下界限的区分与判别，通过新的探索和尝试来不断完善对粉土的认识。
？？？？？关键词：饱水固结剪切液化含水量重度剪应力内摩擦角筛分法1、前言近些年来，由于公路行业日新月异的发展，各方在工程勘察领域对砂土和粘性土的力学性质进行了较多的理论和实践方面的研究。
但是，对其间的过渡土，即粉土的力学性质的研究却很少，对其上、下界限的划分，野外鉴定与室内分析常出现明显的差异。
在岩土工程中，土的强度指标是十分重要的设计参数，对确定地基承载力、土坡稳定、设计挡土结构物等都有直接的关系，影响工程的安全性和经济性。
所以，对力学性质有较大差异的砂土、粉性土与粉土鉴别划分的准确与否，将直接影响土的强度的确定，进而影响下一步基础设计工作的顺利进行。
因此，本文着重分析了粉土的力学性质及其影响因素，对实践工作中粉土与砂土、粘性土的准确区分和判别，现场工作和室内土工试验的方法进行了新的探索和尝试，以期不断完善对粉土这类有独特个性土的认识。
2、粉土的特殊性及分类依据在现行的行业规范中，进行地基土分类时，碎石土以下只承认两类：砂土与粘性土。
在后来多年的研究成果和工程实践经验总结的基础上，人们发现有一种介于砂土和粘性土之间的土，它与粘性土以Ip=10为界（Ip为塑性指数），而又以粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%与砂土为界，其粒度成分中0.05～0.10mm与0.005～0.05mm的粒组占绝大多数，水与土粒之间的作用明显异于粘性土和砂土，而其他特性（塑性、压缩、抗剪强度、可夯性、可加固性等）也既不同于粘性土，又有别于砂土。
因此，这类具有独特个性的土，单独划出一类，并定名为粉土。
3、粉土的力学性质粉土中的粉粒对工程性质起着控制作用，其粒径一般在0.05～0.005mm之间，多由含量超过60%的石英、云母组成，表面活动性弱，但有一定的结构性。
大量实验证明：非饱和状态的粉土毛细现象活跃，如毛细压力会使粉土产生假塑性，引起土的塑性指数增大。
温压耦合作用下的粉砂岩动态力学特性试验研究
第29卷 第12期岩石力学与工程学报 V ol.29 No.122010年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2010收稿日期：2010–07–01；修回日期：2010–08–05基金项目：国家自然科学基金资助项目(10872218，50934006)；国家重点研究基础发展规划(973)项目(2010CB732004)作者简介：李夕兵(1962–)，男，博士，1983年毕业于中南矿冶学院采矿工程专业，现任教育部“长江学者”特聘教授、博士生导师，主要从事采矿温压耦合作用下的粉砂岩动态力学特性试验研究李夕兵1，2，尹土兵1，2，周子龙1，2，洪 亮1，2，高 科1，2(1. 中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083；2. 中南大学 深部金属矿产开发与灾害控制湖南省重点实验室，湖南 长沙 410083)摘要：采用自行研制的温压耦合及动力扰动试验系统，对20 ℃～300 ℃和不同轴向静压作用下粉砂岩的动态强度进行室内试验研究，讨论温度和压力对岩石动态强度变化规律的影响。
研究结果表明：(1) 在20 ℃～100 ℃范围内粉砂岩动态峰值强度随温度升高而上升，当温度超过100 ℃后，随温度升高而下降；(2) 当温度相同时，对岩石施加不同轴向静压，粉砂岩的冲击破坏强度首先随轴向静压增大而迅速提高，但当轴向静应力达到约45 MPa 后，冲击破坏强度反而随轴向静压上升而下降，且轴向静压越大岩石冲击破坏强度降低幅度越大。
关键词：岩石力学；温压耦合；动态力学特性中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)12–2377–08STUDY OF DYNAMIC PROPERTIES OF SILTSTONE UNDER COUPLINGEFFECTS OF TEMPERATURE AND PRESSURELI Xibing 1，2，YIN Tubing 1，2，ZHOU Zilong 1，2，HONG Liang 1，2，GAO Ke 1，2(1. School of Resources and Safety Engineering ，Central South University ，Changsha ，Hunan 410083，China ；2. Hunan ProvincialKey Laboratory of Resources Exploitation and Hazard Control for Deep Metal Mines ，Changsha ，Hunan 410083，China )Abstract ：With the self-developed dynamic disturbance test system coupling with temperature and pressure ，laboratory experiments were conducted to investigate the dynamic strength of siltstone under temperatures from 20℃ to 300 ℃ and different axial pressures. The effects of temperature and pressure on the dynamic strength of siltstone are discussed. The results show that ：(1) When the temperature is 20 ℃–100 ℃，the dynamic peak strength of siltstone increases with the increase of temperature. However ，the strength of siltstone decreases with the increase of temperature during the temperature over 100 ℃. (2) At the same temperature and different axial pressures ，the dynamic strength of siltstone increases rapidly with the increase of axial pressure initially. When the axial pressure is up to 45 MPa ，the dynamic strength decreases with the increase of axial pressure. And the higher the axial pressure is ，the larger impact failure strength decrease is.Key words ：rock mechanics ；coupling effects of temperature and pressure ；dynamic properties1 引 言矿岩破碎、油井致裂、高速冲击、打桩、常规爆炸及核爆下的防护等工程领域，几乎都与应力脉冲或冲击载荷作用下的岩石破裂和应力波在岩石中的传播有关[1]。
循环荷载下砂岩力学特性及破坏特征分析
循环荷载下砂岩力学特性及破坏特征分析
谈坤;刘洋;朱志刚;沈志伟;倪双喜
【期刊名称】《兰州工业学院学报》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】为研究循环荷载下岩石力学特性及破坏特征,对砂岩试样进行不同围压下的常规三轴加载和不同应力水平(峰值应力40%、60%和80%)下等幅值循环加卸载试验,结果表明:常规三轴加载下,砂岩强度随着围压的增大而增大,弹性模量基本保持一致。
相同围压条件下,等幅值循环加卸载后再次加载,随着上限应力水平的增加,岩砂岩强度降低;试样的破坏形式以剪切裂纹为主,局部区域生成横向或竖向的张拉裂纹;循环加卸载过程中砂岩的加载和卸载变形模量均保持较强的一致性,相同应力水平下,加载和卸载变形模量随着围压的升高而增大;相同围压、不同应力水平条件下卸载变形模量整体上仍具有较好的一致性,加载变形模量均呈缓慢增加趋势;相同应力水平条件,循环加卸载下岩样首次相对残余应变值具有随着围压增加而增加的趋势。
【总页数】8页(P76-82)
【作者】谈坤;刘洋;朱志刚;沈志伟;倪双喜
【作者单位】安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室;安徽建筑大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU452
【相关文献】
1.循环荷载作用下冻融红砂岩力学参数探讨
2.不同循环上限荷载下泥质石英粉砂岩力学特性试验研究
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不同温湿冻融循环条件下粉土剪切特性试验研究
不同温湿冻融循环条件下粉土剪切特性试验研究
彭亚涛;何文源;李力;王志留
【期刊名称】《岩土工程技术》
【年(卷),期】2024(38)2
【摘要】为了探究不同温湿条件下冻融循环作用对压实粉土剪切特性的影响,以郑州黄泛区粉土为研究对象,在-5~5℃和-15~15℃温度幅值冻融循环条件下,对含水率为6.0%、10.0%、14.0%、18.0%以及饱和含水率下的压实粉土试样进行冻融循环,并进行剪切特性试验及微观结构分析。
结果表明:冻融循环过程中,压实粉土颗粒间的接触方式、排列组合和孔隙特征发生改变,抗剪强度呈先降低后逐渐趋于稳定趋势;由于土中水发生相变和颗粒间作用力发生变化,土样含水率越大,冻融温度幅值对土样剪切强度及其强度参数衰减作用越明显;相同温度幅值条件下,由于颗粒面胶结以及孔隙间水膜润滑的综合作用,冻融循环过程中压实粉土含水率越高,抗剪强度及黏聚力衰减比例越小,内摩擦角衰减比例越大。
【总页数】8页(P203-210)
【作者】彭亚涛;何文源;李力;王志留
【作者单位】平顶山市公路交通勘察设计院;中原工学院建筑工程学院;上海市建设工程监理咨询有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU411
【相关文献】
1.冻融循环条件下延迟时间对水泥改良低液限粉土动力特性影响试验研究
2.冻融循环作用下压实粉土的剪切强度性能试验研究
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高温后粉砂岩动态力学特性及破坏机理研究的开题报告
高温后粉砂岩动态力学特性及破坏机理研究的开题报告
一、研究背景
随着我国经济的快速发展，建筑、交通、水电等基础设施建设不断加快，对于研究岩石的动态力学特性及破坏机理显得尤为重要。
其中，粉砂岩作为一种广泛应用于
地下隧道、地下空间以及高速公路等工程建设中的常见围岩，其力学性能及其稳定性
一直是工程建设中的重要问题。
尤其在高温环境下，粉砂岩的力学性质往往会发生变化，其破坏机理也随之发生改变，因此，对粉砂岩在高温环境下的动态力学特性和破
坏机理进行研究，对于进一步提高工程建设的安全性和有效性，具有重要的研究价值。
二、研究目的
本研究旨在通过对粉砂岩在高温环境下的动态力学特性和破坏机理进行深入探究，为工程建设提供可靠的理论支持和技术保障。
三、研究方案
1. 文献综述：对国内外关于粉砂岩在高温环境下力学性质及其破坏机理研究的文献进行综述和分析，梳理现有研究成果，为本研究提供参考。
2.高温实验：通过高温环境下进行材料的实验，目的是重现实际工程条件下的物理过程，测试出粉砂岩的动态力学特性和抵抗高温膨胀的能力。
3. 数学模型：引入岩土力学的理论和方法，建立粉砂岩的数值模型，分析高温环境下粉砂岩的破坏机理，预测粉砂岩在不同温度下的强度和稳定性。
四、研究意义
通过实验和数值模拟，本研究旨在探究粉砂岩的高温强度和稳定性，为工程建设提供基础数据和理论支持。
同时，可以深入了解粉砂岩在高温环境下的变化机理，为
实际工程操作提供可靠的指导意见，进一步提高工程建设的安全性和有效性。
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中国测试CHINA MEASUREMENT &TESTVol.42No.2February ，2016第42卷第2期2016年2月温度循环条件下粉土质砂的物理力学特征研究郑海君1,2,李洋1,2,蔡国军1,2,付小敏1,2,吉锋1,2（1.成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都610059；2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059）摘要:为研究夏季极端高温天气对粉土质砂物理力学性质的影响,以重庆市某边坡土体为研究对象,通过室内试验模拟分析在夏季高温条件下日间暴晒,土温升高;夜间冷却,土温降低的循环过程对粉土质砂的力学特征的影响。
试验结果表明:经过多次温度循环作用土样的含水率与密度不断下降;土样内聚力随温度循环次数升高;土样的内摩擦角基本保持稳定,不会随温度循环产生明显变化。
当温度循环达到18次以后土样密度下降速度变快,而内聚力达到最大并开始保持稳定。
在升温-冷却循环条件下土样抗剪强度增大,这主要是由内聚力增大所导致,因此内聚力是对温度循坏最为敏感的抗剪强度指标。
试验结论为进一步研究温度循环对粘性土物理力学特征的影响和极端高温气候条件下的岩土工程设计施工提供重要参考。
关键词:粉土质砂；温度循环；升温-冷却；物理力学特征；抗剪强度文献标志码:A文章编号:1674-5124(2016)02-0015-04Physical and mechanical characteristics of silty sand under temperaturecycling conditionsZHENG Haijun 1，2，LI Yang 1，2，CAI Guojun 1，2，FU Xiaomin 1，2，JI Feng 1,2（1.College of Environmental and Civil Engineering ，Chengdu University of Technology ，Chengdu 610059，China ；2.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection ，Chengdu 610059，China ）Abstract:Silty sand was taken from a Slope in Chongqing to study the effect of extreme high temperature in summer on its physical and mechanical properties.According to the indoor simulation test ，the soil is warmed up by exposing to the daytime high temperature in summer and the cyclic temperature drop has an effect on the mechanical characteristics of the sand.The test has shown that ，after repeated temperature cycling ，the moisture and density of the sand were declining ，the cohesion was rising with temperature cycles ，and the internal friction angle remained stable.When the temperature cycling reached 18times ，the sand density became decreased quickly and the cohesive force reached the maximum and held steady.Under the heating -cooling cycle conditions ，the shear strength increased with the cohesion.Thus ，the cohesion is most sensitive to the temperature cycling.The results have provided important references to further study of the effect of temperature cycling on the physical and mechanical characteristics of the cohesive sand and the design and construction of rock and soil engineering atKeywords:silty sand ；temperature cycle ；heating-cooling ；physical and mechanical characteristics ；shear strengthdoi :10.11857/j.issn.1674-5124.2016.02.003收稿日期:2015-07-18;收到修改稿日期:2015-09-13基金项目:国家自然科学基金(51308082,41202209);四川省教育厅基金项目(11ZB038)作者简介：郑海君(1979-),女,四川成都市人,助理研究员,主要从事土工试验教学工作。
中国测试2016年2月0引言近年来随着极端天气不断出现,部分地区夏季高温天数持续增多,气象资料显示,重庆、武汉和南昌等地2012年夏季地表温度高于60℃的天数最多可达28天[1],这些地区地表土体在日间经暴晒土温升高,夜间冷却土温降低,温度的反复变化会导致土体的物理力学性质发生变化,因此把温度效应考虑到岩土工程的施工设计中已势在必行。
事实上,部分学者已考虑到了温度对粘性土的物理力学性质及工程性质的影响,如Hopke S W等[2-3]提出了粘性土考虑外荷载作用的冻胀模型;Tidfors[4]通过试验研究了温度对粘性土变形和固结特性的影响;Boudali M[5]通过研究发现天然粘性土与重塑土的温度效应具有明显的差异;国内学者宋春霞[6]较为系统地研究了冻融作用对土物理力学性质的影响;张泽等[7]提出了循环冻融作用下土工程性质变异性的判定方法;一些学者通过对土样做不同温度下的试验,研究了温度对弹性和塑性压缩系数及水理性质的影响[8-11]。
综上所述,温度变化对土体的物理力学性质会产生较大影响,但从现有资料来看,有关温度变化对土体力学性质影响研究主要集中于冻融作用及不同温度下土的压缩固结特性,而对于升温-冷却循环条件下粘性土物理力学特性研究相对较少。
本文以重庆市某边坡土体为研究对象,经室内试验分析了升温-冷却循环条件下土体的物理力学特性的变化规律。
1试验内容及试验方法土样取自重庆市某边坡,为粉土质砂,级配良好,其级配曲线如图1所示,其最优含水率为12%,最大干密度为1.81g/cm3。
为较准确测得土样的物理力学性质变化,分别进行含水率与密度测量和三轴剪切试验。
试验在地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室进行。
根据最优含水率和最大干密度配置三轴试样25组,试样直径39.1mm,高度80mm,分别进行编号,温度循环设定为先在烘箱中(60℃)烘干3h,再室温(20℃)冷却2h,取出1号样组,进行密度与含水率测定与不固结不排水三轴压缩试验,记录试验数据,再将其余试样继续在60℃下烘干3h,取出全部试样冷却2h后,把2号样组进行密度、含水率测定与三轴剪切试验,以此类推,其余试样继续进行温度循环直至样品消耗完全。
三轴试验运用应变控制式三轴试验仪(见图2)进行不固结不排水剪切试验(UU),试样在施加围压和直至剪切的整个试验过程中都不允许排水,这样从开始加压直至试样剪坏,土中的含水量始终保持不变,孔隙水压力也不可能消散,可以测得总应力抗剪强度指标[12]。
2升温-冷却循环条件下土体物理力学性质变化2.1含水率和密度的变化通过25次温度循环所测得的试样含水率与密度数据可得含水率与土样密度和循环次数的关系曲线,如图3、图4所示。
图中反应出随升温-冷却循环的进行土样含水率与密度总体呈降低的趋势,温度升高导致土样中孔隙水气化蒸发,土样中孔隙水减少,质量降低。
在温度循环过程中土样密度变化具有一定的波动性,这是由于随着孔隙水的蒸发减少,土样发生干缩,体积减小。
在循环达到18次后土样的含水率低于缩限,土样体积基本保持稳定。
此时土中孔隙水水蒸发较多,土样中孔隙率变大,水蒸发速度加快,因此呈图2应变控制式三轴试验仪图1土样级配曲线粒径/mm16第42卷第2期现出土样密度减小速度加快(曲线的切线斜率增大)的趋势。
2.2内聚力的变化将每一次升温-冷却循环后进行三轴试验的成果根据莫尔-库伦强度准则作其破坏强度包络线,根据强度包络线可求得每一次循环过后土样内聚力的值,内聚力变化同循环次数的关系曲线如图5所示。
可以看出,随着升温-冷却循环的进行,土样内聚力总体上呈现上升的趋势,由天然状态下的38.5kPa 上升至136.1kPa,当循环次数到达18次以后内聚力开始趋于稳定。
这是由于随着温度循环的进行土样中水分蒸发,土样发生干缩,粘粒胶结程度不断增高,内聚力逐渐增大。
在循环18次以后土样内粘粒胶结基本达到极限,同时土样不再发生干缩,内聚力保持稳定。
2.3内摩擦角的变化根据抗剪强度包络线亦可得出每一次温度循环后土的内摩擦角大小,内摩擦角变化同循环次数的关系曲线如图6所示。
从图可知,随着温度循环的进行,土样内摩擦角并无明显的变化,总体保持在25°~31°之间,内摩擦角的波动可能由于试验误差造成,但总体上处于可控范围内。
内摩擦角的影响因素主要是土颗粒表面的摩擦力和土颗粒间的嵌入和联锁作用产生的咬合力,这与土颗粒的矿物组成、粒径组成和土颗粒形态有关,而温度循环并不会改变土样上述因素,因此内摩擦角的变化对温度循环并不敏感。
3温度循环对土体强度影响分析一般认为三轴剪切试验中当轴向应变达20%时试样已经发生破坏,最大主应力与最小主应力之差反映了试样抗剪强度的大小:二者之差越大,抗剪强度越大,反之抗剪强度则越小。
根据三轴试验成果,可得到不同温度循环次数下三轴剪切试验最大主应力与最小主应力之差和轴向应变的关系曲线,如图7所示。
由图可知,随着温度循环的进行,土样发生剪切破坏时最大主应力与最小主应力之差逐渐变大;温度循环达到18次开始,最大主应力与最小主应力差开始趋于稳定,即土的抗剪强度随着温度循环抗剪强度增大。