双向冻结_单向融化土压缩性及水分迁移试验研究_阴琪翔

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预制裂隙冻结黏土单轴冲击压缩试验与分析

预制裂隙冻结黏土单轴冲击压缩试验与分析黄坤;马芹永;马冬冬【摘要】为研究裂隙对冻结黏土动态力学性能的影响,制作了不同位置、不同条数、不同长度和倾角的预制裂隙冻土试样,利用Ф50 mm杆径的分离式Hopkinson压杆装置进行了不同预制裂隙冻结黏土的冲击压缩试验.研究表明,侧面预制裂隙对人工冻结黏土试样动态抗压强度和弹性模量的弱化程度要大于端面预制裂隙,当侧面预制裂隙倾角垂直时,试样的强度劣化系数最大,弹性模量最小,分别为25.99％、172 MPa;端面裂隙条数为1～2条时强度劣化系数增长幅度较为明显,侧面裂隙条数为1～2条时增幅较小,弹性模量随裂隙条数的增加逐渐减小.当端面裂隙长度为8 mm、12 mm和16 mm时,强度劣化系数分别为0.47％、7.97％、22.22％,弹性模量分别降低了3.59％、15.69％、44.77％,随着裂隙长度的增大,冻土抵抗破坏的能力变弱.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)025【总页数】6页(P224-229)【关键词】冻结黏土;裂隙;分离式Hopkinson压杆;强度劣化系数【作者】黄坤;马芹永;马冬冬【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院,淮南232001;安徽理工大学土木建筑学院,淮南232001;安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南232001;安徽理工大学土木建筑学院,淮南232001;安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TU411.3冻土动力学是冻土力学的重要分支，属于冻土力学与动力学的交叉学科，主要研究动荷载作用下冻土的强度和变形特征及稳定性，涉及冲击动力学、实验力学及冻土力学与工程等学科，属多学科交叉的研究课题[1]。

在实际工程中，冻土会承受如冲击、爆破、地震等动荷载的作用，研究冻土的动力学特性具有十分重要的理论与工程意义。

目前对于冻土动态力学特性的研究，多采用分离式Hopkinson压杆装置(split Hopkinson pressure bar，SHPB)并取得了丰硕的成果。

冻融作用对青藏粘土工程性质的影响

冻融作用对青藏粘土工程性质的影响
姚晓亮;齐吉琳;宋春霞
【期刊名称】《冰川冻土》
【年(卷),期】2008(30)1
【摘要】以青藏粘土的重塑饱和土样为研究对象,使土样在封闭系统下经历一个冻融循环,通过试验考察土的工程性质在冻融作用下的变化规律.试验表明:冻融循环对不同初始密度的土具有双重作用,使低密度的土变得密实,而高密度的土密度降低.密度变化的同时,其力学性质也发生相应的变化.试验分析了在相同冻结条件下,随着初始密度变化冻融后力学参数的变化规律.
【总页数】5页(P165-169)
【关键词】冻融;强度参数;前期固结压力;一维压缩
【作者】姚晓亮;齐吉琳;宋春霞
【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000;西安理工大学岩土工程研究所,陕西西安710048
【正文语种】中文
【中图分类】P642.14
【相关文献】
1.单向冻融条件对粉质粘土的力学性质影响及微观机理探究 [J], 崔宏环;程卫星;裴国陆;崔乃夫
2.冻结法施工冻融作用对土的工程性质影响研究 [J], 查甫生;崔可锐;吴燕开
3.青藏高原东部冻融作用下花岗岩力学性质弱化机理研究 [J], 郭长宝;周家作;刘筱怡;任三绍;吴瑞安
4.冻融作用对土的工程性质影响的研究进展 [J], 冯德成;林波;张锋;冯鑫;
5.冻融作用对土工程性质影响的研究现状 [J], 齐吉琳;程国栋;P.A.Vermeer
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干密度和温度对冻结膨胀土单轴压缩特性影响的试验研究

干密度和温度对冻结膨胀土单轴压缩特性影响的试验研究马文鑫;张勇敢;刘斯宏;郑军威;凤良;鲁洋【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2022(44)2【摘要】膨胀土是一种特殊的黏土,具有明显的胀缩性和多裂隙性,在寒区渠道工程中极易诱发各种冻害。

单轴压缩特性是冻土物理力学特性的重要分支,为研究冻结膨胀土的单轴压缩特性,开展了不同干密度和温度下冻结膨胀土单轴压缩试验。

试验结果表明:随着干密度的增加,各温度工况下试样的应力-应变关系曲线均由弱应变软化转为应变硬化形态,且试验温度越高,曲线的软化特征越显著。

不同温度工况下试样的破坏模式差异明显。

当试验温度为-2℃时,试样破坏时其表面出现明显的局部坍塌与剥落,而-5℃、-10℃和-15℃工况下试样的最终破坏形态均为“鼓状”破坏,试样表面无明显的裂缝和剪切面。

冻结膨胀土试样的单轴抗压强度随干密度的增加而线性增大,亦随温度的降低而增大,但在不同的温度区间内增幅不同,其变化幅度主要与试样内部含冰量密切相关。

此外,试样的弹性模量随着干密度的增大和温度的降低均线性增大。

【总页数】9页(P515-523)【作者】马文鑫;张勇敢;刘斯宏;郑军威;凤良;鲁洋【作者单位】河海大学水利水电学院;河海大学大坝长效特性及环保修复技术中西联合实验室;中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司【正文语种】中文【中图分类】P642.14;TU411.5【相关文献】1.合肥非饱和膨胀土单轴压缩蠕变试验研究∗2.干密度和含水率对膨胀土三轴强度特性的影响3.人工冻结尾矿力学特性单轴压缩试验研究4.含水率对冻结膨胀土单轴抗压强度影响的试验与分析5.不同干密度非饱和膨胀土的三轴试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

冻结过程中非饱和粗粒土水汽迁移及变形演化数值模拟研究

冻结过程中非饱和粗粒土水汽迁移及变形演化数值模拟研究李成艳;张玉芝;蒋薇;王玺【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2024(46)2【摘要】非饱和粗粒土冻胀是季节冻土区路基工程的主要灾害原因。

为探究非饱和粗粒土的冻胀变形规律,针对其冻胀过程特点,基于达西定律和傅里叶定律,本文提出一种描述温度变化作用下适用于非饱和粗粒土水汽迁移的数值模型。

该模型综合考虑了冰水相变和水汽迁移对土体冻胀变形的影响,对比数值模拟结果与室内试验结果,验证了模型的合理性与可行性。

通过气态水通量和液态水通量分析冻结过程中蒸汽在水分迁移中的作用,并利用数值试验进一步探究在不同温度梯度作用下粗粒土水汽迁移和冻胀变形规律的变化特征。

研究表明,在粗粒土冻结过程中,在土柱冻深范围内,气态水有明显的向上迁移趋势,对土体的冻胀有重要贡献。

数值试验中发现,不同冷端温度作用对土样温度变化、含水率变化均产生影响,同时对水汽迁移变化和冻胀变形有显著影响。

在不同冷端温度作用下,高度为20 cm的试样均在高度3 cm左右达到最大含水率,表面最大冻胀量可达约4 cm。

【总页数】10页(P592-601)【作者】李成艳;张玉芝;蒋薇;王玺【作者单位】石家庄铁道大学土木工程学院;石家庄铁道大学河北省大型结构健康诊断与控制重点实验室;石家庄铁道大学大型基础设施性能与安全省部共建协同创新中心;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;新疆农业大学交通与物流工程学院【正文语种】中文【中图分类】TU445【相关文献】1.颗粒形态对粗粒土渗透系数影响的数值模拟研究2.非饱和路基土电渗排水数值模拟及水分迁移研究3.粗粒土渗透变形特性的细观数值试验研究4.气态水迁移诱发非饱和粗粒土冻胀的试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》范文

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言随着工程建设的不断发展，地下工程的建设越来越受到重视。

粉质黏土作为一种常见的土质类型，其单向冻结过程中的冷生构造行为具有重要的研究价值。

为了更深入地理解其冻土物理性质，探究单向冻结对土体内部构造及工程特性的影响，本文采用实验和数值模拟相结合的方式，对粉质黏土单向冻结的冷生构造进行深入探讨。

二、粉质黏土单向冻结实验方法及设计本文设计了一系列的实验方案，主要包括了样品制备、冻结过程及测试环节。

具体来说：（一）样品制备选用某一地区典型粉质黏土为研究对象，对土壤进行粒度分析，明确其组成特性。

同时，进行合理的配比，制备出满足实验要求的土壤样品。

（二）冻结过程在低温环境下，对土壤样品进行单向冻结，记录不同时间点的温度变化情况，观察土壤的冻结过程。

（三）测试环节在冻结过程中及结束后，对土壤样品进行物理性能测试，如压缩性、剪切强度等，了解其冻土的力学特性。

三、粉质黏土单向冻结冷生构造实验结果分析（一）温度变化分析根据实验数据，绘制出温度随时间变化的曲线图。

从图中可以看出，随着温度的降低，土壤的冻结速度逐渐加快，当温度达到某一临界值时，土壤开始出现明显的冻结现象。

（二）物理性能分析在分析物理性能时，我们发现在单向冻结过程中，粉质黏土的压缩性、剪切强度等力学特性均有所变化。

具体来说，随着温度的降低和冻结时间的延长，粉质黏土的力学性能逐渐增强。

同时，我们还发现冻土的内部构造也发生了明显的变化，形成了独特的冷生构造。

四、数值模拟研究为了更深入地理解粉质黏土单向冻结过程中的冷生构造行为，本文还采用了数值模拟的方法进行研究。

具体来说：（一）模型建立根据实验数据和实际情况，建立合理的数值模型。

模型中考虑了土壤的物理性质、热传导过程及力学特性等因素。

（二）模拟过程及结果分析通过数值模拟软件对模型进行求解，得出不同时间点的温度分布、应力分布及土体变形等情况。

从模拟结果中可以看出，随着温度的降低和冻结时间的延长，粉质黏土的内部构造逐渐发生变化，形成了与实际实验结果相符的冷生构造。

室内土体单向冻结水分迁移的试验研究

室内土体单向冻结水分迁移的试验研究
曹成;陆建飞;李清涛
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2015(015)009
【摘要】以江苏镇江、扬州等地区具有代表性的表层黏土为研究对象,对土体进行了单向冻结实验,研究了不同饱和度、不同温度梯度、不同冻结速率及不同补水条件下土体中水分迁移的现象.实验结果表明:在有外界水源补给的条件下,土体冻结时间越长,非饱和土中水分迁移现象范围越大,对于饱和土每层含水率基本波动范围不大;温度梯度越大,土体完全冻结且水分迁移达到稳定状态所需时间越短,水分迁移的范围越广;在无水源补给的条件下,冻结速率越大,土试样中水分迁移分布曲线变得越平缓;相对于无外界水源补给条件下,有外界水源补给的试样最终完全冻结时水通量更大,土样中水分迁移分布的范围更明显.
【总页数】6页(P114-118,124)
【作者】曹成;陆建飞;李清涛
【作者单位】江苏大学土木工程与力学学院,镇江212013;江苏大学土木工程与力学学院,镇江212013;江苏大学土木工程与力学学院,镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】TU411.91
【相关文献】
1.土体冻结过程水分迁移模型的建立与反演 [J], 赵刚;陶夏新;刘兵
2.人工冻结粉质粘土正冻过程中水分迁移室内试验研究 [J], 何菲;王旭
3.土体冻结过程中基质势与水分迁移及冻胀的关系 [J], 薛珂;温智;张明礼;李德生;高樯
4.封闭系统单向冻结淤泥质黏土水分迁移特性研究 [J], 唐益群;赵文强;周洁
5.土体单向冻结对土中水分迁移的影响 [J], 张婷;杨平
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《2024年粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》范文

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言随着地球科学的不断进步，对土体在低温环境下的物理力学性质研究逐渐成为重要的研究方向。

粉质黏土作为常见的土体类型，其单向冻结冷生构造过程及其对土体性质的影响，对于理解冻土区工程地质条件、预测冻融作用下的土体行为等具有重要意义。

本文将通过实验和数值模拟两种手段，对粉质黏土单向冻结冷生构造进行研究，旨在为冻土区工程设计与施工提供理论依据。

二、粉质黏土单向冻结冷生构造试验1. 试验材料与方法试验选用粉质黏土作为研究对象，通过制备不同含水率的土样，模拟不同环境条件下的单向冻结过程。

试验设备包括温度控制系统、土样制备装置和应力测量系统等。

2. 试验过程与观察在试验过程中，通过控制温度梯度，使土样进行单向冻结。

同时，通过应力测量系统记录土样在冻结过程中的应力变化。

观察并记录土样在冻结过程中的形态变化、裂纹发育等情况。

3. 试验结果分析根据试验数据，分析粉质黏土在单向冻结过程中的物理力学性质变化。

包括土样的体积变化、应力分布、裂纹发育规律等。

通过对不同含水率土样的对比，分析含水率对土体单向冻结过程的影响。

三、数值模拟研究1. 模型建立与参数设定根据粉质黏土的物理力学性质，建立数值模型。

设定模型中的材料参数，如弹性模量、热传导系数、冻结过程中的相变潜热等。

2. 模拟过程与结果分析通过数值模拟软件，模拟粉质黏土的单向冻结过程。

观察并记录土样在冻结过程中的温度场、应力场、位移场等变化情况。

将模拟结果与试验结果进行对比，验证模型的准确性。

四、结论与讨论1. 结论通过粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究，我们得出以下结论：（1）粉质黏土在单向冻结过程中，体积发生变化，应力分布不均匀，出现裂纹发育等现象。

（2）含水率对粉质黏土单向冻结过程有显著影响，含水率越高，土样的体积变化和应力分布越明显。

（3）数值模拟结果与试验结果基本一致，验证了模型的准确性。

2. 讨论本研究虽取得了一定成果，但仍存在一些不足和待解决的问题。

采煤沉陷区冻结滞水消融过程中土壤水分变化规律

采煤沉陷区冻结滞水消融过程中土壤水分变化规律包斯琴;高永;丁延龙;罗凤敏;吕新丰;单玉兵;王剑然【摘要】冻结滞水的倒置富水性和双向融化特性,使其消融过程中土壤水分迁移动向发生变化.采用烘干法,对采煤沉陷区不同立地类型冻结滞水消融过程中的土壤含水率进行了测定.结果表明:①随着融化时间的延长,采煤沉陷区阴坡土壤含水率峰值沿着垂直方向逐渐向下推移.冻结滞水融化第2 天和第5 天,土壤含水率峰值出现在0 ~ 10 cm 土层;融化第8 天土壤含水率最大值出现在20 ~ 30 cm 土层;融化第11、14 和17 天土壤含水率最大值均出现在50 ~ 60 cm 土层;②采煤沉陷区沟坡地冻结滞水融化第2 天和第5 天土壤含水率峰值均出现在20 ~ 30 cm 土层;融化第8、11、14 和17 天土壤含水率最大值均出现在30 ~ 40 cm 土层;③采煤区和非采煤区的冻结滞水含水率峰值在冻土层之下.%Frozen stagnant water possesses inverted enriching water and two-way melting characteristics, which make soil moisture migration trend change during its melting process. In this paper, soil moisture variation was studied during the thaw process of frozen stagnant water in different terrains in mining subsidence area by using the drying method. The results showed that:1) with the extension of melting time, soil moisture peak of shady slope in mining subsidence area decreased gradually along the vertical direction. Soil moisture peak of frozen stagnant water appeared in 0-10 cm on the melted 2nd day and 5th day, appeared in 20-30 cm on the melted 8th day, in 50-60 cm on the melted 11th day, 14th day and 17th day. 2) Soil moisture peak of gully-slop lands appeared in 20-30 cm on the melted2nd day and 5th day, and in 30-40 cm on the melted 8th day, 11th day,14th day and 17th day. 3) The moisture peak layer of frozen stagnant water was always under the frozen layer in the mining area and the non-mining area.【期刊名称】《土壤》【年(卷),期】2017(049)003【总页数】6页(P608-613)【关键词】冻结滞水;土壤含水率;消融过程;采煤沉陷区【作者】包斯琴;高永;丁延龙;罗凤敏;吕新丰;单玉兵;王剑然【作者单位】内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特 010019;内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特 010019;内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特 010019;中国林业科学研究院沙漠林业实验中心,内蒙古磴口 015200;内蒙古自治区水土保持工作站,呼和浩特 010020;内蒙古自治区水利水电勘测设计院,呼和浩特 010020;内蒙古自治区水利水电勘测设计院,呼和浩特 010020【正文语种】中文【中图分类】S152.3冻结滞水的形成是由于冬季的冻结作用在包气带冻土层内产生冻结势，强烈吸附包气带水、支持毛管水、潜水以及空气中的水分，以液态和汽态形式向冻层迁移富集，然后冻结成冰晶，最后形成季节性滞留于冻土层内的固态地下水[1]，冻结滞水是土壤中除毛管水、重力水、薄膜水和上层滞水之外，另外一种可以供给植物利用的水分存在状态[2]。

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》范文

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言随着地球科学和工程技术的不断发展，土力学作为一门研究土体在各种条件下的力学特性的学科，日益受到广泛关注。

特别是在地质环境变化剧烈的地区，土体的冻结与解冻过程对于工程建设和环境保护具有重要意义。

粉质黏土作为常见的一种土体类型，其单向冻结冷生构造过程的研究，不仅有助于深入了解土体的物理力学性质，同时也能为工程实践提供理论支持。

本文将通过试验和数值模拟的方法，对粉质黏土单向冻结冷生构造进行研究。

二、粉质黏土单向冻结冷生构造试验（一）试验原理及材料粉质黏土单向冻结冷生构造试验主要是通过在低温环境下对粉质黏土进行单向冻结，观察其冻结过程中的物理力学变化。

试验所使用的粉质黏土取自某地区，经过筛选、烘干、破碎等处理后，满足试验要求。

（二）试验方法及步骤1. 制备试样：将处理后的粉质黏土按照一定比例进行混合，制备成试样。

2. 设定试验环境：将试样置于低温环境中，设置不同的温度梯度。

3. 进行单向冻结：通过设定恒定的温度梯度，使试样进行单向冻结。

4. 观察记录：在冻结过程中，观察并记录试样的物理力学变化。

（三）试验结果分析通过试验观察，我们发现粉质黏土在单向冻结过程中，其物理力学性质发生了显著变化。

在低温环境下，粉质黏土的强度逐渐增大，同时其结构也发生了明显的变化。

此外，我们还发现温度梯度对粉质黏土的冻结过程具有显著影响。

三、数值模拟研究针对粉质黏土单向冻结冷生构造过程，我们采用数值模拟的方法进行进一步研究。

通过建立三维模型，设置合适的边界条件和材料参数，模拟粉质黏土在单向冻结过程中的物理力学变化。

数值模拟结果与试验结果基本一致，进一步验证了我们的研究方法的有效性。

四、结论通过对粉质黏土单向冻结冷生构造的试验和数值模拟研究，我们得出以下结论：1. 粉质黏土在单向冻结过程中，其强度和结构均发生了显著变化。

2. 温度梯度对粉质黏土的冻结过程具有显著影响。

3. 通过数值模拟的方法，可以有效地模拟粉质黏土在单向冻结过程中的物理力学变化。

冻结对不同土壤湿度风沙土风蚀影响研究

冻结对不同土壤湿度风沙土风蚀影响研究
阿比亚斯;李锦荣;赵纳祺;陈晓娜
【期刊名称】《内蒙古林业科技》
【年(卷),期】2022(48)2
【摘要】为探究乌兰布和沙漠黄河段区域沙丘土壤冻结后风蚀变化规律,制作不同土壤含水量(2%、4%、6%)沙盘,并以干燥风沙土(含水量0.02%)为对照,在冻结状态和非冻结状态下对沙盘的风蚀量和水分损失量进行对比研究。

结果表明:(1)无论是冻结状态还是非冻结状态下,平均风速相同时,风蚀量和水分损失量均随土壤含水量的增加呈下降趋势,其风蚀量与水分损失量大小排序为:CK>2%>4%>6%。

土壤水分能够有效抑制风蚀,且含水量越高,抑制程度越明显。

(2)土壤冻结显著增加了土壤抗蚀性,冻结较非冻结土壤风蚀量可降低2.6%~25.6%,当土壤含水量为6%时,这种差异性不显著。

(3)相同土壤含水量下,冻结与非冻结状态土壤水分损失率无显著差异。

冬季沙丘表面形成的土壤冻结层可以减少沙丘冻土层的侵蚀。

【总页数】6页(P7-12)
【作者】阿比亚斯;李锦荣;赵纳祺;陈晓娜
【作者单位】水利部牧区水利科学研究所;中国林业科学研究院沙漠林业试验中心【正文语种】中文
【中图分类】S157.1
【相关文献】
1.寒冻雏形土不同地形部位土壤湿度及其与主要植被类型的对应关系
2.不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究
3.不同秸秆移除条件下冻融对农田土壤风蚀可蚀性的影响
4.基于不同风蚀模型的区域土壤风蚀变化及影响因素研究——以内蒙古自治区为例
5.不冻液冻结对鳙鱼头冻藏品质的影响研究
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冻融循环下含水率对粉质黏土力学性质影响试验

冻融循环下含水率对粉质黏土力学性质影响试验胡田飞;刘建坤;房建宏;徐安花;常丹【摘要】To study the effect of moisture content on mechanical properties of soil subjected to freeze-thaw cycling, a series of triaxial tests were conducted under different confining pressures for samples which were made of silty clay from Qinghai-Tibet Plateau with different original moisture contents and had experienced various freeze-thaw cycles. The results show that the stress-strain curves of samples with different moisture contents tend to be similar after freeze-thaw cycling. The freeze-thaw cycling effect is uncertain because of the level of original moisture content. It is deteriorating for soil with low moisture content, and the deteriorating degree aggravates with the increase of moisture content within a certain range. When the moisture content is increased to a certain value which is generally close to the plastic limit, the effect is strengthening conversely. The water migration inside samples, which are subjected to freeze-thaw cycling in a closed system, leads to the redistribution of moisture content. The higher the original moisture content is, the larger the water migration amount is. The failure strength of soil decreases with the increase of moisture content in a nonlinear law, so the change amplitude of strength in the increase zone of moisture content is different with that of the decrease zone. The failure strength of sample may exhibit different tendencies including increase, decrease or remain unchanged. The mechanical properties of soil subjected to freeze-thawcycling are affected by the dry density, moisture redistribution and soil structure simultaneously, but the dominant factor is changeable due to different moisture contents and number of freeze-thaw cycles, which makes the freeze-thaw cycling effect on soil diversified correspondingly.%为研究初始含水率对土体力学性质冻融循环效应的影响规律,以青藏高原粉质黏土为对象,进行不同含水率、围压及冻融次数条件下的三轴试验.结果表明:冻融循环使得不同初始含水率试样的应力-应变曲线趋于接近,低含水率试样的力学性质表现为劣化,在一定范围内,含水率越高,劣化效果越显著;当含水率增加至某一值后,一般为接近塑限时,冻融循环效应则表现为强化;封闭条件下土体冻融循环中的水分迁移会引起含水率的增减分区分布,且初始含水率越高,水分迁移量越大;土体破坏强度随含水率的增加以非线性规律减小,因此试样冻融循环后含水率增大区和减小区的强度变化幅度不同,会引起破坏强度增大、减小及不变等3种不同的变化趋势;冻融循环下土体力学性质会受到干密度、水分重分布及土体结构改变等多方面的影响,初始含水率和冻融次数不同,占主导地位的因素也不同,冻融循环效应就相应地呈现出多样化特征.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2017(049)012【总页数】8页(P123-130)【关键词】冻融循环;含水率;粉质黏土;破坏强度;非线性;抗剪强度指标【作者】胡田飞;刘建坤;房建宏;徐安花;常丹【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;青海省交通科学研究院多年冻土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室青海研究观测基地,西宁810000;北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;青海省交通科学研究院多年冻土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室青海研究观测基地,西宁810000;青海省交通科学研究院多年冻土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室青海研究观测基地,西宁 810000;青海省交通科学研究院多年冻土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室青海研究观测基地,西宁 810000;北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;青海省交通科学研究院多年冻土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室青海研究观测基地,西宁 810000【正文语种】中文【中图分类】U416土体的冻融循环实质上是土中水受环境温度正负交替的影响在固、液两相间相互转化的过程，一方面引起土体的附加变形，另一方面会引起土体物理力学性质的改变，是各类冻土工程出现病害的主要原因之一[1].对于土体物理和力学性质的冻融循环效应，前者主要对干密度、含水率、渗透性及颗粒级配等常规指标进行研究；后者主要以抗压强度、黏聚力、内摩擦角、动强度等指标为研究对象，并以一些物理指标及改良剂为变量分析其在不同条件下的变化规律及内在机理[2-4].其中，在冻土工程建设和工后运营中，受工程行为、自然风干、地下水、大气降雨、融雪等因素的影响，土体含水率经常偏离初始设计值而呈现动态变化特征，是冻融循环中最为常见的一个变量.土体的冻融循环效应是由水分的迁移和相变引起的，因此初始含水率对冻融循环效应的影响是一个值得关注的问题，目前已有一些相关的研究.王铁行等[5]通过直剪试验发现当非饱和黄土含水率较低时，冻融循环对黏聚力基本没有影响，当含水率较高时，黏聚力较冻融前降低，且冻融次数越多，降低值越大；不同含水率试样的内摩擦角经冻融后均增大，且含水率越高，增加值越大.毛雪松等[6]认为土体的回弹模量随冻融次数的增加大体上呈衰减趋势，且回弹模量的衰减幅度随着含水率的减小而减小，而增湿过程中其强度衰减幅度基本保持不变.张辉等[7]对不同初始含水率黄土进行直剪试验，结果表明黏聚力随冻融次数的增加呈指数形式减小，含水率越高，黏聚力减小幅度越大，内摩擦角则略微增大.然而，也有一些研究的结论与上述规律不同.董晓宏等[8]通过重塑黄土的冻融试验和直剪试验发现在一定范围内含水率越低，冻融循环的劣化作用越明显.胡再强等[9]对不同初始含水率黄土进行静三轴试验，结果表明黏聚力随冻融循环的降低幅度随着含水率的增大而减小，当含水率很高时，黏聚力下降不明显；内摩擦角则呈无规律的波浪型变化，总体有略微变小的趋势.此外，Oztas等[10]观察到冻融循环会引起地表高含水率土体的力学性质强化现象.Viklander[11]和Qi等[12]则发现低压实度土体的黏聚力和前期固结压力在冻融循环之后有所增大.上述研究说明在不同的土性和试验条件下，冻融循环后压实土的力学性质可能出现劣化和强化两种相反的效应，且出现这一差异化的原因及两者随含水率的变化规律尚无一致结论. 尤其对于冻融循环强化现象，明确其内在机理和产生条件具有重要的工程意义.董晓宏等[8]认为水分的析出和散失会引起强化现象，但封闭条件下的水分散失属于偶然因素.Zhang等[13]从微观结构角度认为冻融循环使得土体内部团粒破碎和接触点增多，进而引起摩擦强度的提高.Qi等[12]和宋春霞等[14]认为冻结过程中负孔隙水压力对土体的超固结效应也会引起强化现象.限于量测手段，上述解释仍存在难以量化的不足，难以服务于工程实践.在非饱和土力学中，含水率和干密度对土体强度的影响最为显著，且强度与两者之间一般不是简单的线性关系[15-17].那么，即使冻融循环后土体的干密度和水分总质量保持不变，水分迁移引起的含水率不均匀分布也会导致破坏强度的改变，但这一因素尚未被采用于冻融循环效应的机理分析中.针对这一问题，本文以初始含水率和冻融循环次数为主要变量对青藏高原粉质黏土进行三轴试验研究，进一步明确不同含水率土体力学性质随冻融次数的变化过程及规律.结合冻融循环下试样的水分重分布和体积变化特征，探讨水分重分布和破坏强度及抗剪强度指标之间的关系，及其与干密度对土体冻融循环效应的耦合作用机制.试验用土为取自交通运输部多年冻土研究观测基地表层的粉质黏土，其颗粒分布曲线和基本物理性质分别如图1和表1所示.根据相关规范中填方路基的设计要求，本次试验的制样标准为在压实度95%条件下，配制含水率分别为最优含水率wop和wop±2%的3种试样.首先，将土料翻晒烘干后过2 mm筛，按照设计含水率加水拌合均匀.然后，采用分层击实法，制备直径39.1 mm、高度80 mm的圆柱体试样，干密度控制为1.737 g·cm-3.试样制成后用塑料薄膜包裹密封，模拟无外界水源补给的封闭系统.为明确初始含水率对粉质黏土力学性质冻融循环效应的影响，选择含水率和冻融次数为试验变量，进行两个因素的全面试验.3种含水率试样的冻融次数均设计为0、1、3、6、9、12、15次.冻融循环试验为封闭条件下的三向冻结和融化试验，首先进行冻结试验，试验箱环境温度为-5 ℃，然后进行融化试验，环境温度为20 ℃.根据试验监测结果，冻结和融化时间均设置为12 h，以保证试样完全冻结和充分融化，此过程即为一次冻融循环.之后循环往复，达到设计冻融次数后取出所需试样进行试验，其余继续进行冻融循环.为辅助说明试样水分重分布对力学性质的影响，另外进行压实度95%、含水率为wop±1%和wop±3%的三轴试验. 冻融循环多发生在地基和路基的表层，由于压实过程的超固结应力历史和行车荷载的瞬时性，低渗透性的粉质黏土路基在融化阶段一般来不及发生排水固结过程，因此三轴试验类型选择为不固结、不排水(UU)试验.试验仪器选用南京土壤仪器厂的TSZ-1型三轴仪，围压分别取50、100、150 kPa，轴向加载速率为0.4mm/min，控制应变为20%.三轴试验方案见表1，共计75个试样.此外，为确定初始含水率对土体冻融循环下水分迁移量的影响，测定3种试样在径向上的含水率分布特征随上述6种冻融次数的变化规律，冻融循环试验条件保持不变，共计18个试样.具体方法为将圆柱体试样沿径向五等分环切，采用烘干法测定各个位置土体的含水率.同时，采用蜡封法测定3种试样经历一次冻融循环后的体积变化量，各进行3组试验，结果取平均值，共计9个试样.不同含水率、围压及冻融次数下试样的应力-应变曲线见图2.由图2(a)可见，相同轴向应变对应的偏应力随含水率的减小或围压的升高而增大.含水率12.8%试样的应力-应变曲线形式呈应变软化型，破坏时出现明显的破裂面，随着含水率的增加，应力-应变关系向硬化型转变.同时，硬化程度随围压的升高而增大，破坏形式由脆性向塑性过渡.由图2(b)可见，冻融循环6次时，不同试样的应力-应变曲线形式均未发生改变，含水率12.8%和14.8%试样的峰值强度有所减小，含水率越大，冻融循环影响越大；而含水率16.8%试样各轴向应变对应的偏应力值则明显增大，不同试样的应力-应变曲线趋于接近.由图2(c)可进一步发现，含水率16.8%试样表现出与通常冻融循环劣化结果相反的效应，随着冻融次数的增加，试样经历冻融循环后的应力-应变曲线位置明显高于冻融之前，极限强度和残余强度均有所增大，应变软化程度降低.试样冻融循环前后的质量经测量保持不变，说明无水分的补给和散失.切割冻结试样可以发现表层的含冰量高于内部，冻胀也相对显著.由于土体温度梯度大小与热传导距离成反比，且圆柱体试样的侧面积比底面积大，三向冻融环境下试样径向的含水率不均匀分布程度相比轴向要高[18].因此，本文侧重于分析试样径向的水分重分布特征.图3为试样冻融循环后含水率沿径向的重分布特征.由图3(a)可见，经历一次冻融循环后，3种试样的水分重分布趋势一致，均表现为表层含水率高于内部，形成增减分区分布现象，说明融化过程的水分回迁量小于冻结过程的正向迁移量.这是因为，土体的水分迁移与土水势梯度和温度梯度有关，并受到土性、边界条件、冻结速度等因素的影响.在冻结过程中，试样表层水分首先冻结并破坏原有的平衡状态，引起内部水分向冻结锋面迁移，导致体积膨胀和干密度降低.对于同一种土，含水率相同时，土水势随干密度的降低而减小[19].而在融化过程中，试样内部温度会相对快地达到一致，因此干密度分布的改变和温度梯度的消失使得水分迁移强度相对较低.此外，初始含水率越大，试样表层含水率增加值越大，即水分迁移量越大.土体水分迁移量与冻结锋面在该位置的停留时间和温度梯度有关，这说明在温度梯度一定的条件下，含水率越大，冻结锋面的前进速度越小.由图3(b)可见，在初始的6次冻融循环内，水分迁移量在持续地累积增加，这主要是由于表层含水率增大区使得冻结锋面移动速度减小引起的.之后，土体结构和水分迁移路径进入一个新的稳定状态，水分正向和逆向的迁移量趋于相等，试样各位置的含水率即开始保持基本不变.当应力-应变曲线形式为应变软化型时，取偏应力峰值为破坏强度；为应变硬化型时，则取轴向应变15%对应的偏应力值.不同试验条件下试样的破坏强度如表3所示，可以看出不同试样对冻融循环的响应特征有所区别.含水率12.8%和14.8%试样破坏强度在冻融循环后均减小，且后者相对显著，而含水率16.8%试样破坏强度整体上表现为增大.图4为冻融循环一次前后试样破坏强度随含水率的变化规律，围压50 kPa时，含水率12.8%和14.8%试样破坏强度的减小率分别为1.9%和6.0%，说明在这一范围内含水率的增大会加剧劣化效应；含水率16.8%试样破坏强度则比未冻融时增大8.0%.图5为围压50 kPa条件下不同含水率试样破坏强度变化率随冻融次数的变化规律.可以看出，含水率12.8%和14.8%试样破坏强度随着冻融次数的增加呈先减小、后趋于稳定的规律，最终值相比初始值分别减小4.0%和12.7%.这是因为，经过多次冻融循环后，试样的土体结构和水分迁移会逐渐达到新的稳定状态，破坏强度也由此趋于稳定.同时，含水率12.8%试样破坏强度在冻融6次之后基本保持稳定，含水率14.8%试样则约需要9次，说明含水率越高，冻融循环效应的持续过程越长.不同的是，含水率16.8%试样的破坏强度在1～6次冻融循环时出现逐渐增大的现象，之后逐渐减小并趋于稳定，最终值相比初始值增大10.3%.图6为试样冻融循环一次后的体积变化量和平均干密度随含水率的变化规律.可以看出，试样体积在冻融循环后均有所增大，且变形量随含水率的增加而增大.相应地，含水率越高，土体微观结构和干密度的变化幅度越大，引起的力学性质劣化程度也越强烈.因此，可以排除文献[12-14]中所述土体微观结构或宏观干密度对文中含水率16.8%试样破坏强度增大现象的影响.这也说明，本文出现的冻融循环强化现象和土体含水率与冻胀率正相关的一般规律是相悖的，因此这一现象产生的原因是值得探讨的.三轴试验中，加载过程沿着圆柱体试样的轴向进行，而三向冻融条件下试样的水分和干密度重分布主要发生在径向上，因此忽略轴向不均匀性的影响，认为试样破坏强度是径向不同位置土体强度的综合体现.由于非饱和土强度与含水率一般不是简单的线性关系，那么即使冻融循环后试样的水分总质量和干密度保持不变，径向含水率的增减分区分布也会引起破坏强度的改变.图7为不同围压下试样破坏强度随含水率的变化规律.令含水率12.8%、14.8%和16.8%试样与含水率±1%试样破坏强度的变化斜率分别为k、l和m，对于下标，围压50、100和150 kPa时分别标记为A、B、C.以含水率12.8%试样为例，在围压50 kPa时，其与含水率11.8%和13.8%试样破坏强度值连线的斜率分别记为kA-1和kA-2，其余类同.由图7(a)、7(b)可见，k1<k2，l1<l2，即在11.8%～15.8%范围内，当含水率增大时，破坏强度的降低幅度呈增大趋势.这是因为，颗粒表面水膜随含水率的增大而变厚，颗粒之间的连接变弱，且这种效应随含水率的增大而加剧.由图7(c)可见，m1>m2，即在15.8%～17.8%范围内，当含水率增大时，破坏强度的降低幅度却呈减小趋势.这是因为，含水率的持续增大使得土体中逐渐形成“自由水膜”，尤其当接近塑限时，含水率继续增大对土粒间阻力的改变很小.根据图7所示试验结果可知，含水率12.8%、14.8%和16.8%试样含水率减小区和增大区的强度变化幅度是不同的.对于含水率12.8%和14.8%试样，含水率减小区的强度变化幅度相比增大区的要小，由此水分重分布会引起试样破坏强度的减小.但是，对于含水率16.8%试样，含水率减小区的强度变化幅度相比增大区要大，会引起破坏强度的增大.如果含水率减小区和增大区强度变化幅度一致，则对试样破坏强度无影响.同时，3种试样冻融循环后的干密度均有所减小，因此水分重分布是含水率16.8%试样出现冻融循环强化现象的主要原因.以往的研究结果一般认为，在封闭条件的冻融循环作用下，干密度变化是解释土体力学性质冻融循环效应最为直观的定量指标，且这一因素通常不利于强度的保持[20].结合本文试验结果，可以认为干密度和水分重分布是影响土体冻融循环效应的两个主要因素，且两者影响是同时存在的.对于压实土，土体孔隙在水分冻结时增大，而在融化时一般无法完全恢复，从而引起干密度和破坏强度的减小.但是，水分重分布受初始含水率的影响则具有不确定性，根据含水率减小区和增大区强度变化幅度的不同，可能引起破坏强度增大、减小和不变3种不同的效果.当干密度和水分重分布均起劣化作用时，破坏强度表现为逐渐减小；当两者效果相反时，占主导地位的因素不同，就会出现不同的变化趋势.对于含水率16.8%试样，在冻融初始阶段，水分重分布的强化作用占主导地位，因此破坏强度首先表现为逐渐增大；当水分迁移相对稳定后，冻融循环仍会引起干密度的减小，此时劣化作用开始占主导地位，破坏强度转而逐渐减小.抗剪强度指标值按应力路径法求取，以(σ1-σ3)/2为纵坐标、(σ1+σ3)/2为横坐标绘制应力圆，作通过各圆顶点的平均直线.根据直线倾角及其纵轴截距分别计算总内摩擦角和总黏聚力：cu=d/cos φu.式中：α为直线倾角，d为直线的纵轴截距.冻融循环下3种含水率试样黏聚力的试验结果见表4.图8为黏聚力增量随冻融次数的变化规律.可以看出，含水率12.8%和14.8%试样黏聚力随冻融次数的增加呈先减小,后趋于稳定的规律，两者的最终减小率分别为4.8%和13.8%，说明含水率越高，黏聚力的减小幅度越大.含水率16.8%试样黏聚力在冻融循环1～6次时逐渐增大，6～12次时逐渐减小，最终达到相对稳定状态，相比初始值，峰值和最终值分别增大12.7%和6.6%.根据图7计算抗剪强度指标随含水率的变化规律，结果见图9.令黏聚力和内摩擦角的变化斜率分别为k和l，含水率12.8%、14.8%和16.8%试样分别标记为A、B、C，并与含水率±1%的试样记为一组.以含水率12.8%试样为例，其与11.8%和13.8%试样黏聚力值连线的斜率分别记为kA-1和kA-2，其余类同.可以看出，黏聚力和内摩擦角均随含水率的增加而非线性减小.黏聚力随含水率的变化幅度表现为kA-1<kA-2，kB-1<kB-2，kC-1>kC-2，含水率对黏聚力的影响主要包括凝聚作用和润滑作用，前者指水膜联结，随着水膜厚度的增大而减弱；后者反映颗粒的胶结程度.含水率超过15.8%后黏聚力有一相对显著的陡降现象，是颗粒间凝聚作用基本丧失引起的，接近塑限之后，含水率对黏聚力的影响主要为润滑作用，变化幅度由此相对变缓.那么，对于黏聚力的冻融循环效应，由kA-1<kA-2和kB-1<kB-2可知含水率12.8%和14.8%试样含水率减小区的黏聚力变化幅度相比含水率增大区要小，即引起试样黏聚力的减小.因此，在干密度和水分重分布的双重劣化作用下，含水率12.8%和14.8%试样黏聚力呈逐渐减小的规律.但是，kC-1>kC-2，说明水分重分布对含水率16.8%试样黏聚力起强化作用.由此，含水率16.8%试样在冻融循环1～6次时，水分重分布对黏聚力的强化作用相比干密度的劣化作用占优势，黏聚力综合表现为逐渐增大；之后随着水分迁移量的减小，干密度的劣化作用开始占主导地位，黏聚力转而逐渐减小.冻融循环下3种含水率试样内摩擦角的试验结果见表5.图10为内摩擦角增量随冻融次数的变化规律.可以看出，3种试样内摩擦角的变化规律各不相同，含水率12.8%试样呈先减小、后趋于稳定的规律.含水率14.8%试样呈先减小、后增大、再减小的规律，且整体减小幅度相比含水率12.8%试样要大.含水率16.8%试样则呈先增大、后减小、再增大的规律，整体呈增大趋势.关于冻融循环下土体内摩擦角的变化规律，已有文献尚无相对一致的结论，仅认为内摩擦角随冻融次数的变化不明显，多呈波动性变化特征[5-9].本文认为，内摩擦角的波动特征是干密度和水分重分布综合作用的结果，是有规律可循的.由图9可知，lA-1<lA-2，lB-1>lB-2，lC-1>lC-2，且含水率超过16.8%后，内摩擦角的变化趋于平缓，原因在于含水率达到某一值后，粒间水膜对土颗粒的润滑作用达到极限状态.因此，含水率12.8%试样含水率减小区的内摩擦角变化幅度相比含水率增大区要小，干密度和水分重分布均引起内摩擦角的减小，且水分迁移量较小，由此内摩擦角呈先减小、后稳定的规律.但是，对于含水率14.8%和16.8%试样，水分重分布会引起内摩擦角的增大，且含水率越高，增大效应越显著，即干密度和水分重分布会分别引起试样内摩擦角的减小和增大.那么，对于含水率14.8%试样的内摩擦角，干密度的劣化作用首先占主导地位，水分重分布的强化作用在冻融循环6～12次时占主导地位，水分迁移稳定之后干密度的降低仍在继续，因此表现为先减小、后增大、再减小的规律.含水率16.8%试样中干密度和水分重分布对内摩擦角的交替控制作用则与含水率14.8%试样相反，由此内摩擦角表现为先增大、后减小、再增大的规律.综上所述，对于封闭条件下的非饱和土体，冻融循环的水分迁移和冻胀过程除引起土颗粒排列和连接方式以及干密度等指标的改变外，水分重分布后含水率减小区和增大区的强度变化幅度不同，也会导致力学性质的改变.因此，对于各种冻土工程，通过设置边界条件等方法减弱冻融循环的不利影响，甚至促发和利用冻融循环强化作用是有实际意义的，其实质是控制合理的水分迁移方向.例如，路基在冻融循环下以垂直方向为主的水分迁移，不仅导致垂向附加变形，而且容易形成水平的富水层，进而引起路基在行车荷载下的剧烈破坏.那么，在增强路面隔热性和改良路基填料的同时，还可以考虑通过改变路基两侧边坡的水热边界条件使得以垂直方向为主的水分迁移向水平方向过渡，也能达到保护路基承载和变形性能的目的.1)试样相同轴向应变对应的偏应力值随着含水率的减小或围压的升高而逐渐增大，破坏形式由塑性向脆性转变.冻融循环使不同初始含水率试样的应力-应变曲线趋于接近，同时降低应变软化程度.在一定范围内，土体的冻融循环劣化效应会随着初始含水率的增大而加剧，但当含水率增大至接近塑限后，冻融循环会转而起强化作用.2)冻融循环过程中，由于土体干密度分布的改变和冻结、融化时温度梯度的不同，土体内部水分会向表层迁移聚集，形成含水率的增减分区分布现象.初始含水率越高，冻结锋面向内部的移动速度越小，水分迁移量越大.封闭条件下土体的水分分布在多次冻融循环后会达到新的稳定状态.3)由于土体力学性质与含水率的非线性关系，冻融循环后含水率减小区和增大区强度变化幅度的不同也会引起破坏强度的改变.干密度和水分重分布对土体力学性质冻融循环效应的影响是同时存在的.根据初始含水率的不同，水分重分布可能起到强化、劣化或无影响等不同作用，高含水率有利于强化效果的出现.由于土体含水率和冻融循环次数的不同，占主导地位的因素也不同，由此会引起破坏强度和抗剪强度指标的多样化变化规律.这一结论有助于解释土体出现强化和劣化两种相反冻融循环效应的内在原因，并可为冻土病害防治和合理利用冻融循环强化作用提供依。

冬灌区粉砂的反复冻融效应

冬灌区粉砂的反复冻融效应李剑;潘鹏;崔自治;郝佳兴【摘要】Combined with the regional characteristics of the local climateand silt in Ningxia winter irrigation district, with factors such as water content and freeze-thaw cycles, effects of freeze-thaw on the frost heaving, thawing settlement and compression of silt were studied by one-dimensional freeze-thaw test method, and the correlation between freeze-thaw effect on compression and the freeze-thaw deformation of saturated loess was analyzed.Results show that the frost heaving ratio, thawing settlement coefficient and increment of compression coefficient of silt increase with the increase of freeze-thaw cycle, change dramatically in the previous several times of freeze-thaw cycles, and then tend to be gentle, after a certain freeze-thaw cycle achieve stability.The number of freeze-thaw cycles for them to achieve stability is related to the water content,and it increases with the increase of the water content.Water content makes the effect of freeze-thaw cycle increase, and freeze-thaw cycle makes the effect of water content improve.There is a perfect linear correlation between increment of compression coefficient and freeze-thaw deformation rate, which is coincided with the theoretical analysis.The results have important guiding significance for the evaluation and prevention of frost damage of engineering on sand soil foundation in Ningxia winter irrigation district.%结合宁夏当地气候和冬灌区粉砂的区域特点,以含水率和冻融循环次数为因素,应用封闭系统一维冻融试验方法,研究了粉砂冻胀、融沉和压缩性的冻融效应,分析了压缩性的冻融效应与冻融变形的相关性.结果表明:粉砂的冻胀率、融沉系数和压缩系数增量均随冻融循环次数的增加而增大,在前几次冻融循环内变化剧烈,随后趋于平缓,一定冻融循环后达到稳定.其达到稳定的冻融循环次数与含水率有关,随含水率的增大而增大.含水率使冻融循环效应增大,冻融循环使含水率效应提高.压缩系数增量与冻融变形率间存在非常好的线性相关性,且与理论分析吻合.研究结果对宁夏冬灌区砂土地基工程冻害评价与防治具有重要的指导意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)014【总页数】5页(P268-272)【关键词】岩土工程;粉砂;反复冻融;压缩性【作者】李剑;潘鹏;崔自治;郝佳兴【作者单位】宁夏大学土木与水利工程学院,银川 750021;宁夏大学土木与水利工程学院,银川 750021;宁夏大学土木与水利工程学院,银川 750021;宁夏大学土木与水利工程学院,银川 750021【正文语种】中文【中图分类】TU443近年来，随着不断加大对西部地区基础设施建设的投入和完善，季冻区结构物地基的冻胀、融沉及长期稳定性问题越来越得到人们的重视。

单双向两种不同振动模式下黏土强度弱化试验研究

单双向两种不同振动模式下黏土强度弱化试验研究谢琦峰;刘干斌【摘要】以宁波④2层黏土为对象,在单双向两种不同振动模式下,通过不同围压及不同动应力比条件下的动三轴剪切试验,研究宁波软土的动力特性以及振后强度弱化特性.试验结果表明:单向振动模式下(不产生拉应力)产生的动弹性模量衰减、累积塑性应变比双向振动条件下(产生拉应力)的发展显著,但双幅弹性应变发展较弱;在振后剪切阶段,双向振动使得试样产生拉应力,振后抗剪强度弱化比单向振动明显;单向振动模式下,试样发生剪胀,围压越大,剪胀程度减弱直至消失,孔压-轴向应变曲线存在峰值,表现出类超固结土特性;确定了在两种振动模式下,适用于宁波④2层黏土的振后弱化参数.%Cyclic triaxial tests and post-triaxial shear tests of the Ningbo clay are carried out to examine the effects of different vibration states,confining pressures and dynamic stress ratios on the dynamic characteristics and the post-vibration strength weakening characteristics of soil.The results show that the development of dynamic elastic modulus and cumulative plastic strain under one-way loading (no tensile stress) is more significant than that under two-way loading (resulting in tensile stress).But the development of elastic strain is opposite.In the shear stage,there is a peak at the pore pressure-axial strain curve and shear dilatation of the specimen,which shows the characteristics of the over-consolidated soil.Decrease in the shear strength under two-way loading is more obviously than that under one-way loading because of the tensile stress.The post-vibration strength weakening parameters under two vibration mode of the Ningbo ④)2 clay are determined.【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2017(044)005【总页数】7页(P66-71,79)【关键词】动三轴试验;振后剪切;振动模式;应力路径;弱化参数【作者】谢琦峰;刘干斌【作者单位】宁波大学岩土工程研究所,浙江宁波315211;宁波大学岩土工程研究所,浙江宁波315211【正文语种】中文【中图分类】TU411.7宁波地区的海相沉积软土分布深而广，部分可达100 m，天然含水量高、渗透性差、压缩性大、强度低。

不同积雪覆盖条件下土壤冻结状况及水分迁移规律研究_杨忠臣

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第 13 卷第 6 期 2007 年 6 月
水利科技与经济
Wat er Conservancy Science and Technology and Economy
Vol113 No16 Jun1, 2007
2 实验结果分析
2. 1 不同积雪覆盖对地温的影响
图 1 给出了 2005- 02- 19~ 03- 15 气温和地表温度随时间的变化曲线。由图 1 可知, 近地面1 m和2 m处的气温差别不大, 由于风的存在使得2 m处的气温稍< 1 m处的气温。在积雪覆盖条件下, 1、2 区地表温度变化幅度非常小, 在- 3e ~ 0e 范围内; 而 3 区由于无积雪覆盖, 地表温度受外界气温影响较大, 这说明积雪有很好的保温作用。图 1、图 2 同时说明在有积雪存在的条件下, 由于积雪的导热率较低, 是有效的隔热层, 阻碍了地中热能向外散失, 从而起到了保持和提高地温的作用。
2. 2 不同积雪覆盖对冻结深度的影响
图 2 给出的是 2004- 12- 03~ 2005- 05- 08 3 个测区的土壤冻结、融化深度随时间的变化曲线。
图 1 2005 年 2 月 19 日~ 3 月 15 日 1 区、2 区雪深和 1 区、3 区气温、地表温度变化示意图
图 2 3 个测区积雪深度与冻深随时间变化曲线由图 2 可见雪盖越厚冻结速度越低: 1 区的平均冻结速度约为 0. 2 cm/ d, 2 区的约为 0. 6 cm/ d, 3 区的约为 1. 3 cm/ d。1 区在 2005 年 3 月 3 日出现最大冻深为 44. 8 cm, 2 区在 2005 年 3 月 7 日出现最大冻深为81 cm, 3 区在 2005 年 3 月 9 日出现最大冻深为137. 5 cm。1 区冻深曲线变化平缓, 基本维持在40 cm左右, 2 区冻深明显比 1 区冻深大, 但增加幅度不如 3 区剧烈, 3 区冻深最大且变化显著。对这 3 条曲线的变化趋势进行对比, 充分说明了在积雪覆盖条件下, 冻深变化受外界气象条件的影响较小, 积雪越深影响越小。3 区无积雪冻深的变化完全依赖于外界气象条件的变化。在积雪融化后的观测过程中, 1 区冻深在 2005 年 4 月 6 日消失, 2 区冻深在 2005 年 4 月 10 日消失, 3 区冻深则持续到在 2005 年 5 月 9 日才消失。

水分迁移冰水相变对冻土区埋地热油管道停输温降影响的研究

水分迁移冰水相变对冻土区埋地热油管道停输温降影响的研究苏凯;马贵阳;杜明俊;李丹【摘要】建立冻土区埋地热油管道停输过程水力、热力数学模型,并进行数值计算,考虑了土壤水分迁移、冰水相变及原油凝固潜热、自然对流换热对停输过程管内原油温降的影响,得到了停输期间土壤温度场分布.通过与不考虑水分迁移、冰水相变的停输温降进行对比.研究表明: 受水分迁移、冰水相变的影响,管道周围土壤温度等值线向管道两侧移动范围较大,土壤平均温度与不考虑水分时相比偏高,在停输过程中管内原油温降速率小于不考虑水分时的情况,受土壤中水分的影响,停输过程管道周围土壤等温线延Y轴略向下偏移.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2010(039)006【总页数】4页(P702-705)【关键词】停输;水分迁移;冰水相变;温降;数值模拟【作者】苏凯;马贵阳;杜明俊;李丹【作者单位】辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁,抚顺,113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁,抚顺,113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁,抚顺,113001;辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁,抚顺,113001【正文语种】中文【中图分类】TE832在管道运行过程中，由于受自然环境、人为因素破坏及输送工艺变化等因素的影响，不可避免的发生停输。

当管内原油温度全部降至凝点以下，将发生凝管事故。

科学设计安全停输时间，就需要确切知道停输期间管道周围土壤温度场的变化及管内原油温降规律。

管道停输温降过程是一个非稳态传热过程。

埋地管道向外界散失的热量来自于温降所释放的显热和原油凝固及土壤中水分结冰所释放的潜热。

目前对埋地热油管道停输温降过程的研究主要基于能量守恒方程[1-2]，一般不考虑土壤中水分迁移、冰水相变对温度场的影响。

国内外有关学者对埋地管道周围土壤温度场的研究已不少，Bonacina等[3]提出了相变热传导温度场的数值求解方法；Comini等[4]对相变热传导温度场的非线性问题进行了有限元分析；李长俊等[5]根据半无限大土壤非稳态传热模型，推导出了土壤温度场随管内介质和气候条件变化的解析解。

冻土的力学性质及研究现状_齐吉琳

冻土的力学性质及研究现状_齐吉琳冻土是指土壤中的水分在低温条件下结冰形成的一种特殊环境。

冻土主要分为两种类型：浅层冻土和深层冻土。

浅层冻土是指土壤表层在冬季低温条件下结冰，导致土壤温度低于冰点的现象。

深层冻土是指土壤深层出现永久的冰冻现象，即土壤温度低于0℃并且长时间保持不化冻的状态。

1.冻胀性：当冻土发生冻结时，其中的水分结冰会引起体积膨胀，导致土壤体积增大。

这种体积膨胀现象称为冻胀。

冻胀现象会导致土体的变形和破坏，对工程结构产生不利影响。

2.强度性：冻土在冻结过程中由于水分的冻结形成了微观的结冰带，这些结冰带之间形成了较强的冻结胶结，从而使土体的强度增加。

同时，冻土的强度还与土壤的颗粒类型、含水量、冻结速率等因素有关。

3.含水量性：冻土的含水量直接影响着冻胀和强度性。

含水量越高，冻胀性越强，土体强度越低。

现阶段，对冻土力学性质的研究主要集中在以下几个方面：1.冻胀特性的研究：冻胀是冻土最主要的力学问题之一，其破坏作用对于基础工程、道路、建筑物等的稳定性和安全性有着重要影响。

目前，冻胀性问题的研究主要针对不同类型的土壤、不同的冻结速率和冻结深度进行了实验室和野外观测研究，以期理解和控制冻胀问题。

2.强度特性的研究：目前，对冻土强度特性的研究主要是通过室内试验和数值模拟进行。

试验主要包括直剪试验、抗压试验和抗拉试验等，研究土体的强度特性和冻结过程中的应力分布情况。

数值模拟主要使用有限元分析方法，来模拟冻结胶结带的形成和发展过程，以及冻土强度的变化规律。

3.冻土的渗透性研究：冻土的渗透性是指冻土中水分的通过能力。

冻土的渗透性对水分的分布、交换和热传导等具有重要影响。

目前，对冻土的渗透性主要通过室内试验和野外观测来研究。

试验主要使用压汞法、电导法等进行，以获得冻土的渗透性参数。

总的来说，对冻土的力学性质的研究在不断深入，通过实验室试验和现场观测，不断增强对冻土力学行为的认识。

然而，冻土力学性质的研究仍然存在一些问题，如研究方法的不足、试验条件的难以控制等。

双向冻结_单向融化土压缩性及水分迁移试验研究_阴琪翔

迁移的变化规律。试验结果表明：（1）大梯度冻融作用使低密度土压缩性减小，使高密度土压缩性增大；而小梯度冻融作用
使低、高密度土的压缩性均减小；（2）随着冻前含水率的增加，大梯度冻融作用使土体压缩性增大，但变化幅度逐渐减小，
小梯度冻融作用的土体压缩性变化并不明显；（3）随着冻结梯度的增加，不同干密度融土相对压缩系数均呈现先减小后增加
的变化趋势，不同冻前含水率融土相对压缩系数总体呈增大趋势；（4）温度梯度冻结后，试样含水率分布从上冷端到下冷端
呈增大-减小-增大的变化规律，随着冻结温度梯度的减小，试样中部含水率先增大后减小。
关键词：冻融循环；双向冻结-单向融化；压缩变形；水分迁移；融土相对压缩系数
中图分类号：TU 445
文献标识码：A
上控温板
土样下控温板
恒温箱
冷液进出口外接冷浴
图 1 温度梯度冻融仪 Fig.1 Temperature gradient-controlled
freeze-thaw equipment
2.3 双向冻结-单向融化温度梯度试验设计 4 种温度梯度进行冻结，轴向温度梯
度分别为 0.0、0.4、0.8、1.6 ℃/cm，如图 2 所示。试样底端 12-12′温度均控制在-0.8 ℃，顶端 7-7′温度分别为-0.8、-2.8、-4.8、-8.8 ℃。试验设计 1 种温度梯度进行融化，底端 12-12′温度控制在 0 ℃，顶端 7-7′温度控制在 4.0 ℃。
目前，国内外众多学者已对冻融作用下土的物理力学特性进行了探索和研究，取得了诸多成果。
收稿日期：2014-07-09 基金项目：国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目(No. 2012CB026103)；国家自然科学基金(No. 41271096)；博士后特别资助(No. 2014T70555)。第一作者简介：阴琪翔，男，1988 年生，博士研究生，主要从事冻土力学与工程等方面的研究工作。E-mail: yinqixiang1988@ 通讯作者：周国庆，男，1961 年生，博士，教授，主要从事冻土力学、深土力学与工程方面的研究工作。E-mail: gqz@

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》范文

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言随着地球科学的不断发展，对土体在低温环境下的物理力学性质研究日益受到重视。

粉质黏土因其分布广泛，常成为各类工程项目的研究对象。

尤其在冷生环境条件下，其表现出的独特构造特征与性质变化引起了科研人员的极大关注。

本文针对粉质黏土单向冻结的冷生构造过程，进行了实验室试验与数值模拟研究，旨在揭示其内在规律与机制。

二、粉质黏土单向冻结冷生构造试验（一）试验准备本次试验选择了某一地段的粉质黏土为研究对象，在严格控制条件下进行了单向冻结处理。

同时，试验准备了多种温度梯度以研究温度变化对粉质黏土性质的影响。

通过专业的实验仪器进行精准控制，并运用专业测试手段记录实验过程中的各种变化数据。

（二）试验过程实验中，粉质黏土样本被放置于冷冻设备中，经过设定不同梯度的降温过程进行单向冻结。

通过实时观察和记录，获取了粉质黏土在冻结过程中的形态变化、结构调整等关键信息。

（三）试验结果分析实验结束后，我们对试验数据进行处理分析。

通过对冻土样品的结构分析、热物性分析以及机械性质测试，得到了单向冻结条件下粉质黏土的物理力学性质变化规律。

同时，通过对比不同温度梯度下的实验结果，发现温度对粉质黏土的冻结过程和最终构造有着显著影响。

三、数值模拟研究（一）模型建立基于试验结果，我们建立了粉质黏土单向冻结的数值模型。

模型中考虑了温度场、应力场等多物理场耦合效应，并采用了适当的本构关系和边界条件。

（二）模拟过程与结果分析通过数值模拟软件进行计算，我们得到了粉质黏土在单向冻结过程中的温度场分布、应力场变化以及构造演变等关键信息。

模拟结果与实验结果基本一致，证明了模型的可靠性和准确性。

此外，我们还通过模拟研究了不同因素对粉质黏土单向冻结过程的影响，为实际工程提供了理论依据。

四、结论与展望本文通过实验室试验和数值模拟研究，揭示了粉质黏土在单向冻结条件下的冷生构造特征与物理力学性质变化规律。

实验和模拟结果表明，温度对粉质黏土的冻结过程和最终构造具有显著影响。