冻土的力学性质读书报告

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多年冻土的力学性质与多年冻土区冻胀危害的分析

多年冻土的力学性质与多年冻土区冻胀危害的分析

以把冻土 的粘滞 力看作 为零 ,即 中 = 。 0 在多年 冻土区 , 由于冻土 融化, 会使 抗剪 强度和抗 压强度 有 明显下 降。 特 别 是对于 含冰量 很大 的冻土 , 融化后 , 强度 降低很 大 。所 以在 多年 冻土 区, 其 由于 修建 各种 建 筑物 引起 的融 化 ,将 会 造成 严 重 的事 故 。 冻土抗剪强度 随着 土温 降低而 增高, 实测粘聚力 与土温关系 曲线可大致 其 以直 线表 示 。其 中粘 土 、 亚粘 土对 土 温 的 反映 不 灵敏 ,曲线 比较平 缓 。
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5 1水 平冻胀 力的危 害 . 有两种, 一种是水平对 称冻胀 力, 它对结 构没有直接 的影响 : 另一种 是水平 非对 称冻胀力, 的作 用常常 大于冻土 主压力的几倍 或几十倍 , 它 由于它 的作用,
使 按库仑 理论和 朗肯理 论设计 的严寒 地 区的建筑物 产生倾 斜 、水平位移 、断 裂 、剪 断 、 基 础 过 大 的 变 形 等 。 5 2 法 向冻胀 力和切 向冻胀 力共 同作用 下对结构 的危 害 . 法向冻胀 力是基 础底面 下的持 力层地 基土受 冻膨胀 向上产 生的应力 :切 向冻 胀力 是土 受 冻膨胀 , 挤压 基础 侧壁 而产 生的 向上 的力 。 由于这种 力 的 作用 , 使 基础 上升 , 破 坏原 来 的结 构 。 比如 桩 、墩 台上 拔或 断裂 等 。无 论是 水平 冻胀力还 是法 向和切 向冻胀 力, 力的大 小都是 由地基 土的类别 、含 水量 、温 度和基 础 的刚度 、外 形等 因素 决定 的, 因此, 这 些 因素也是 对结 构产 生 危 害 的 主要 原 因 。 结语 多年 冻土的强度 与温度有 关, 随着温 度的降低 , 冻土 的强度逐渐增大, 最后 趋于 稳定 。冻土 的强 度与含 水量有 关, 随含水 量的增 加, 强度在增 大, 大到 增 定数值 后, 随着 含水量继 续增大强 度减小, 最后趋于 一稳定值, 即接近纯冰 的 强度 。 影 响 多 年 冻 土 冻胀 的 因素 主 要 有 三 个 方 面 :土 的因 素 ; 水 的因 素 ; 温 度 的 因素 。 冻 胀 力可 以分 为 : 水平 冻 胀 力 、 法 向冻 胀 力 和切 向冻 胀 力 。在 水 平 冻胀 力 的作 用 下 ,可 使 建筑 物产 生 倾 斜 、 断裂 、剪 断 等破 坏 ;在法 向冻 胀力 和切 向冻 胀 力共 同作 用 下 ,会 导致 基 础上 拔, 破坏 原 结构 。 参 考 文 献 []H . 1 .A 崔托维 奇. 冻土力 学 [] 科 学出版 社,9 5 M. 18 . []孙亮, 2 祝进兵, 卢雪松, 汪飞. 多年冻 土区冻胀 的危害 与防治措施 [] J. 中国水运 ,0 7 1 2 0 ,. [] 刘红军 , 显春 , 3 程 马介峰 . 多年 冻土 的力学性 质 [] 东北林业 大学学 J. 报 .0 53 20, . [] 高大钊 , 4 袁聚 云. 力学 与土质 学 ( 土 第三 版) M . 民交 通 出版社 . [] 人

最新冻土研究报告范文

最新冻土研究报告范文

最新冻土研究报告范文近年来,随着全球气候变化的加剧,冻土研究成为了一个备受关注的领域。

冻土是指处于0℃以下,质点含冰的地层,主要分布在高寒地区。

冻土的研究对于理解地球气候变化、推动生态文明建设以及提升地质工程技术都具有重要意义。

在这篇报告中,我们将介绍最新的冻土研究成果,并探讨其对环境与工程领域的影响。

首先,最新的冻土研究发现了冻土对全球气候变化的响应机制。

研究表明,由于气候变暖,冻土融化速度加快,导致其中的冰层逐渐消失。

这一过程会释放大量的温室气体,如甲烷和二氧化碳,进一步加剧全球变暖。

因此,保护冻土成为了阻止气候变化的重要任务之一。

其次,冻土研究在生态文明建设中发挥了重要作用。

冻土地区的生态环境对于地球生态系统的稳定和可持续发展至关重要。

研究发现,冻土中的微生物能够分解阴寒条件下的有机物质,维持物质循环的平衡,并在冻土融化后释放出的气体中发挥影响。

此外,冻土地区的植被对防止水土流失、保护生物多样性、维持地下水系统等方面也具有重要作用。

因此,通过研究冻土生态系统的结构和功能,可以为冻土地区的生态环境保护与恢复提供科学依据。

最后,冻土研究对于地质工程技术的发展也具有重要意义。

在寒冷地带进行工程建设时,必须考虑和应对冻土的特殊性。

研究发现,冻土存在严重的蠕变性和收缩性,会对建筑物的稳定性造成威胁。

同时,冻土地区的低温和高湿度条件也会对工程材料的性能产生影响。

因此,通过深入研究冻土的力学行为和热力学特性,可以提升工程项目的设计和施工质量,减少工程风险。

综上所述,最新的冻土研究成果在多个领域都发挥着重要作用。

通过研究冻土对全球气候变化的响应、冻土生态系统的保护与恢复、冻土地区的地质工程技术应用等方面,可以推动气候变化的阻止、生态文明的建设以及地质工程技术的发展。

随着科技的不断进步和研究方法的不断改进,相信冻土研究将继续为全球可持续发展做出更大的贡献综上所述,冻土研究在全球可持续发展方面扮演着重要角色。

木里矿区四井田冻土 (岩) 物理力学性质的研究

木里矿区四井田冻土  (岩)  物理力学性质的研究

木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质的研究摘要:冻土因其独特的工程性质成为所有寒区工程面临的一大难题,深入研究和解决冻土问题成为了寒区工程的关键。

冻土(岩)测试主要是获取岩土体在冻融条件下,岩土体物理力学性质的变化情况,为露天矿在服务年限内安全开采以及相关设计提供依据。

该文主要对木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质从力学参数及地温监测两方面进行研究,为该露天矿边坡稳定的研究做基础。

关键词:木里矿区高海拔冻土物理力学参数地温监测Abstract:Permafrost become a major problem faced to all the cold regions engineering because of its unique nature of the works,In-depth study and resolve the permafrost problem has become the key to cold regions engineering.The permafrost(rock)test is to obtain the changes in the physical and mechanical properties of rock and soil when the rock and soil in freezing and thawing conditions and provide the basis for the open pit mine in the service life of safe mining and related design.In this paper,we study the mechanical parameters and ground temperature monitoring of the physical and mechanical properties of the muli mining area four-Ida frozen soil(rock)Keywords:Muli mining area High altitude Frozen soil Physical and mechanical parameters Ground Temperature Monitoring四井田属青藏高原多年冻土区的一部分,冻土是指具有负温或零温度并含有冰的土(岩),根据冻土冻结状态持续时间的长短,可分为多年冻土、隔年冻土和季节冻土三种类型,在多年冻土区的某些地段,因具有特殊的水热条件而不能发育多年冻土,称为融区。

冻土 研究报告

冻土 研究报告

冻土研究报告
冻土是指地下在温度低于冰点的条件下,土壤、岩石和有机物等材料冻结成冰的现象。

冻土分布在地球的高纬度地区和高海拔地区,对环境和工程建设有着重要影响。

冻土研究报告主要包括以下内容:
1. 冻土的形成原因与过程:介绍冻土形成的物理和化学原理,说明温度、水分和地质条件对冻土形成的影响。

2. 冻土的类型与分布:总结各个地区的冻土类型和分布情况,包括多年冻土、季节性冻土等,分析不同区域的冻土属性和特点。

3. 冻土的物理力学性质:研究冻土的物理性质,包括冻结和融解过程中的体积变化、强度、抗剪强度等参数,为工程建设的设计和施工提供依据。

4. 冻土的化学性质:探讨冻土中物质的溶解度、离子释放等化学性质,分析冻土对生态环境的影响。

5. 冻土对环境变化的响应:研究冻土对气候变化和人类活动的响应机制,预测未来冻土的变化趋势和可能的影响。

6. 冻土工程问题与解决方法:探讨冻土对工程建设的挑战,如基础工程的沉降和变形问题等,提出相应的解决方法和技术。

7. 冻土的保护与利用:讨论冻土的保护与可持续利用,包括冻土保护区的建立、冻土资源的开发利用等。

冻土研究报告可以通过实地调查、室内实验和数值模拟等方法进行,以全面了解冻土的特性和影响因素,为冻土地区的工程建设和环境保护提供科学依据。

土和冻土的动态力学性能及本构模型研究

土和冻土的动态力学性能及本构模型研究

土和冻土的动态力学性能及本构模型研究概述:土和冻土是地球表层最常见的材料之一,对于土地利用、地基工程和天然灾害等方面都具有重要意义。

土和冻土在动态加载下的力学性能对于结构的稳定性和工程设计具有极大的影响。

本文将从土和冻土的动态力学性能及本构模型研究进行阐述。

一、土和冻土的动态力学性能土和冻土的动态力学性能通常指材料在动力加载下的应力-应变响应,包括动态弹性模量、阻尼比、波速、破坏特性等。

土和冻土在动态加载下的力学性能与其物理和化学特性、孔隙结构、含水状况以及加载方式等有关。

具体来说,土和冻土的动力响应是由材料的颗粒间接触、颗粒对墙壁的撞击和孔隙介质内部的惯性作用引起的。

本构模型是研究物质在固体力学领域中的应力-应变关系的数学描述。

土和冻土的本构模型研究是为了揭示他们的力学行为,在工程设计和质量评价中有很大的应用价值。

常见的土和冻土本构模型包括弹性模量模型、黏塑模型和损伤模型等。

1.弹性模量模型:弹性模量模型是最简单的土和冻土本构模型之一,它假设土体和冻土具有线弹性行为。

常用的弹性模量模型有弹性模量常值模型和应力路径相关模型。

弹性模量常值模型即假设土和冻土的弹性模量是常数,适用于一些已知性质的土层或冻土。

而应力路径相关模型则将弹性模量与加载路径相关联,通过比例因子来反映材料的弹性响应。

2.黏塑模型:黏塑模型是一种描述土和冻土的非线性本构模型。

它考虑了土和冻土的黏聚力、内摩擦角、应变硬化、静动态强度比等因素。

常用的黏塑模型有Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型和Cam-Clay模型等。

这些模型通过引入一些参数来描述土和冻土的可压缩性、抗剪强度和应变软化等特性。

3.损伤模型:损伤模型用于描述土和冻土在动态加载下的强度破坏和变形性状。

损伤模型基于材料的微动和损伤累积过程,描述了土和冻土在破坏前后的力学特性。

常见的损伤模型有弹塑性损伤模型、连续损伤模型和非连续损伤模型等。

结论:土和冻土在动态加载下的力学性能及本构模型研究对于土地利用、地基工程和天然灾害等方面都具有重要意义。

冻土的力学性质读书报告

冻土的力学性质读书报告

冻土的力学性质读书报告通过对《高等土力学》的学习,我对土的力学性质有了更深刻的认识,也初步掌握了一些土的研究方法、模型建立等。

对于我这个新疆孩子,对冻土本身就有一定的了解,通过在校的课堂学习和课外阅读,使我对冻土的力学性质有了较为系统的认识。

我国具有广大的季节冻土和多年冻土区,在冻土地区进行工程建设,就必须深入研究冻土的力学特性,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性。

广义的冻土力学可分为冻融作用和已冻土力学性质两方面,冻胀、融沉和冻融循环引起的土力学性质的变化属于冻融作用的范畴。

1.冻土在静载作用下的抗压强度1.1应力一应变关系及本构关系土体受到外力作用时内部就会产生应力和应变。

对冻土来说,因其中含有流变性极强的冰而使其应力一应变关系与外力作用时间或应变率密切有关。

1.根据等应变率压缩试验结果,Vialov(1962)提出了如下简单的幂函数形式应力一应变关系:mσ=(其中A、m为参数)(1)Aε然而近年来,大量研究表明冻土的本构关系并非服从(1)所描述的幂函数定律,相反,冻土的σ-ε关系十分复杂。

2.Zhu Yuanlin[1]等提出了冻土的热力学本构关系,根据大量试验将冻土的应力一应变关系分成9种基本类型,并分别给出了它们的应力一应变方程。

然后根据这9种类型σ-ε关系适用的土质、含水量、应变率及温度条件,编制了冻土σ-ε关系类型图。

研究者或工程技术人员只要知道需解决问题的土质含水量、应变率及温度资料,就可从该图中查出对应的σ-ε关系类型,并可从有关文献(Zhu Yuanlin et al,1991;朱元林等,1992)中查出其σ-ε关系方程。

3.蔡中民[2]等根据单轴压缩蠕变试验资料,提出了冻土的粘弹塑性本构方程及其材料参数的确定方法。

该模型能较好地描述冻土衰减和非衰减蠕变过程。

1.2单轴抗压强度在一定土质和含水量下,影响冻土单轴抗压强度的主要因素为温度和应变率。

试验表明(昊紫汪、李洪升等),在一定的温度范围内冻土单轴抗压强度随温度的变化可用线性方程描述:θσσB m +=0 (2)式中:0σ为θ=0℃时的抗压强度;θ为冻土温度;B 为试验系数。

岩土力学读书报告-冻土问题研究现状

岩土力学读书报告-冻土问题研究现状

关于岩土工程中的冻土问题研究现状0 引言冻土是指温度在0C或0C以下,并含有冰的各种岩石和土壤,对温度极为敏感,含有丰富的地下冰。

因此,冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征。

正是由于这些特性,在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险:冻胀和融沉。

其中起重要作用的是水的存在形态,当水变成冰时体积增大,使土体膨胀,地表因此而拱起升高,这就是冻胀;当土中的冰转变为水时,体积收缩了,地表便发生融化下沉,简称融沉。

在这两种现象的反复作用下,道路或房屋的基底就会出现破裂或者塌陷。

因此,在冻土地区进行水利工程、工业与民用建筑及交通运输工程的建设,就必须对冻土及其与工程建筑物相互作用的一系列工程冻土学理论和实践问题做出解答,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性、耐久性及经济合理性。

1 冻土的强度与变形1.1 冻土基本力学性质在常规冻土基本力学性质的研究方面,吴紫汪等提出了用现场载板试验、塑性流动方程及应力-应变曲线等确定冻土长期强度的方法,并讨论分析了单轴恒应变状态下,冻结黄土的松弛规律及影响因素,给出确定流变体黏质系数的新方法,并通过观测分析冻土单轴及三轴蠕变过程中细观结构的变化情况,提出蠕变过程中结构缺陷的增生与扩展制约着土结构的强化与弱化作用,控制着蠕变变形形态特征[1-4]。

朱元林通过对冻结粉土和砂土单轴试验数据的分析,分别给出了描述粉土和砂土单轴极限抗压强度随应变率和温度变化的数学模型,研究了温度、含水率和变形速度对冻土的抗拉强度的影响,并将速率过程理论用于研究冻土的蠕变特性,提出了冻结粉土的速率过程理论方程。

马巍等通过对冻结砂土进行三轴蠕变试验,证明了冻土在蠕变过程中体积变化不为零的事实,并用试验数据分析了剪应力强度与冻土的体积变化的关系[5-7]。

通过对冻土单轴抗压强度试验数据的分析,令峰等学者认为,伴随应力 -应变增加的不可逆破坏,冻土应力-应变曲线的细观结构也呈现为阶梯形曲线,从而将Mandelbrot 的分形几何理论引入冻土力学研究,利用分形几何中的线性双曲迭代函数系统理论(LHIFS) ,得到了用LHIFS 生成的线性形插函数(LFIF) (即LHIFS的吸引子)逼近冻土应力-应变曲线的方法,并给出了计算应力-应变曲线分形维数的方法[8]。

冻土力学试验

冻土力学试验

冻土力学试验《冻土力学试验指南》冻土,那是大地在寒冷怀抱中的特殊状态。

冻土力学试验,就像是去探究一位冰冷而神秘朋友的内在力量。

冻土力学试验,第一步就是取样。

这取样可不像在普通土地上挖一挖那么简单。

冻土可是很傲娇的,它有着自己独特的结构。

你得小心翼翼地使用专门的工具,就像从一个精美的蛋糕上切下一块,却又不能破坏蛋糕的造型。

如果不小心太用力,那冻土的结构就被破坏了,这就好比你把一个精心搭建的积木城堡碰倒了,再想恢复原样可就难了。

取好样之后,就是要对冻土的抗压强度进行试验。

想象一下,冻土就像一个倔强的小战士,你要看看它能承受多大的压力才会屈服。

把冻土样本放在试验仪器里,就像把一个勇士放在战场上,然后慢慢地给他增加压力。

这个时候,你要密切关注仪器上的数据变化,那一个个跳动的数字就像是小战士的心跳。

有时候,冻土会很顽强,压力增加了很多它还是稳稳当当的,这时候你可能会惊叹,这小小的冻土竟然有这么大的力量。

抗剪强度试验也是很重要的一部分。

这就好比是在测试冻土这个小团体之间的团结程度。

如果把冻土中的颗粒看作是一个个小成员,抗剪强度就是看它们在受到侧向力的时候会不会散伙。

用合适的工具给冻土样本施加侧向的力,就像在考验一群小伙伴之间的友谊。

要是抗剪强度不够,那就说明这个冻土团体比较松散,就像一群临时凑在一起的路人,稍微有点风吹草动就各奔东西了。

除了强度试验,还有冻土的变形试验。

冻土在受力的情况下会像一个被捏的软泥一样发生变形,不过它的变形可不像软泥那么随心所欲。

你要记录下在不同压力下它的变形量,这就像给一个爱跳舞的孩子记录他每次跳舞的动作幅度。

也许一开始变形很微小,就像孩子刚开始只是轻轻晃动身体,但随着压力增大,变形也会越来越明显,就像孩子越跳越兴奋,动作幅度越来越大。

在进行这些试验的时候,环境温度的控制也非常关键。

冻土是在寒冷环境下才形成的,要是温度升高了,它就像一个被太阳晒化的冰淇淋,性质就会发生改变。

所以要保证试验环境的温度接近冻土原本所处的低温环境,这就好比是给冻土营造一个舒适的小窝,让它在试验中能保持自己的本色。

基于超声波的冻土物理力学性质研究的开题报告

基于超声波的冻土物理力学性质研究的开题报告

基于超声波的冻土物理力学性质研究的开题报告一、研究背景及意义冻土是指在常年或大部分时期地温低于冰点,土壤内水分在温度下降过程中逐渐冻结形成的土体。

在我国北方广阔的陆地区域中,冻土地区面积占到了总面积的三分之一以上,其地质、环境和水资源等方面的问题日益受到人们的关注。

为了更好地了解冻土物理力学性质,提高冻土区工程设计的准确性和可靠性,需要深入研究冻土的物理力学性质。

基于超声波的非破坏检测技术可以较好地研究材料的物理力学性质,并且具有高速、高精度、高效率等优点,已在土壤力学、混凝土结构、钢材等领域得到了广泛应用。

因此,基于超声波技术开展冻土物理力学性质研究具有重要意义。

二、研究内容及方法(一)研究内容1. 基于超声波,研究冻土在不同温度和湿度下的声学性质。

通过对冻土的超声波法速度、纵波和横波的衰减等参数的测定,探究冻土材料的物理力学性质。

2. 分析冻土的声速衰减规律。

通过对冻土材料声速衰减的实验数据进行分析,研究冻土的声速衰减规律,建立适用于冻土的声传导模型。

3. 探究冻土的孔隙结构特性。

通过超声波检测,分析冻土中的孔隙结构特性,对冻土微观结构的分布和特征进行研究。

(二)研究方法1. 实验室试验法。

采用超声波实验设备对冻土进行声学特性测试,分析各项声学参数。

2. 数值计算法。

通过数值计算对冻土声速衰减规律进行分析,在此基础上建立适用于冻土的声传导模型。

3. 孔隙结构特性分析法。

通过超声波检测,对冻土中孔隙结构特性进行分析。

三、研究预期成果及应用价值(一)研究预期成果本课题将系统地研究冻土的物理力学性质,主要成果包括:1. 研究冻土声学特性的温度和湿度变化规律,提出适用于冻土的声传导模型。

2. 探究冻土的孔隙结构特性,揭示冻土的微观结构分布和特征。

3. 用实验室试验法和数值计算法相结合,对冻土声速衰减规律进行分析和验证。

(二)应用价值本研究将对冻土物理力学性质的深入认识和理解有所帮助,有望为工程设计提供有关数据和技术支持,并在环境保护和资源管理等方面发挥积极作用。

2024年土力学学习心得与总结(2篇)

2024年土力学学习心得与总结(2篇)

2024年土力学学习心得与总结土力学是土木工程中的重要学科之一,研究土壤的物理力学性质以及其在工程中的应用。

经过一学期的学习,我对土力学有了更深入的了解,并积累了一定的学习心得。

以下是我对____年土力学学习的心得和总结,希望能够对后来的学习者有所帮助。

首先,在学习土力学过程中,我发现理论和实践密不可分。

土力学是一门应用性很强的学科,理论知识只有与实际工程相结合才能真正发挥其价值。

因此,在学习过程中,我注重理论与实践相结合的学习方法,通过案例分析和实验验证,深入理解和应用土力学的基本理论。

其次,土力学是一门需要动手实践的学科。

在课堂上学习的知识只是一个基础,要想真正掌握土力学,需要进行实验室和野外的实践。

通过与同学们一起进行实验操作,我学会了如何正确使用实验仪器,了解了土壤的力学性质在不同条件下的变化规律。

在野外实践中,我学会了如何进行土壤取样和力学性质测试,对于土壤的结构和性质有了更直观的了解。

实践让我更加深入地理解土力学的内容,也让我对于工程实践中土力学的应用有更好的认识。

再次,理论知识的掌握是学习土力学的基础。

土力学作为一门理论学科,理论知识的掌握是我们应该重视的部分。

在学习过程中,我通过听课、课本阅读和参考其他专业书籍,系统地学习了土力学的相关理论知识。

特别在总结和复习阶段,我注重总结和整理知识框架,对于土力学的基本理论进行了全面的回顾。

通过理论知识的学习,我掌握了土壤的物理力学性质、土壤的水力学性质以及土壤侧限状态等核心概念。

这些理论知识为后续的工程实践提供了坚实的基础。

此外,在学习过程中,我注重与同学们的合作学习。

土力学是一门需要实践与理论相结合的学科,而这样的学习方式对于个人学习而言有一定的局限性。

通过与同学们一起进行案例分析和实践操作,我不仅对于土力学的理论知识有更深入的了解,而且更加注重团队合作和沟通的重要性。

在小组讨论中,我和同学们共同解决问题、共同分享经验,这种互动的学习方式让我们互相促进,共同进步。

多年冻土的力学性质_刘红军

多年冻土的力学性质_刘红军

图 3a表明了冻土在融化前后孔隙 比 e 发生 明显的突变。 图 3b 表示孔隙 比变化 e 与压力 P 的关系。在土体上受到荷 载压力 P 越大 , 则冻 土融 化前 后的 空隙 比 e 就 越大。在 一 定压力范围内 ( P 0 0 . 5M Pa) , 这一 关系可 看作线性 关系 , 其 表达式如下所示 : e = A + kP。 式中 : A - e - P 曲线在纵轴上的截距, 称为融化下沉系数 ; k e - P 曲线的斜率 ( k = tan ), 称为冻土融化时的压缩系数。 我们知道 , 冻土地基的融陷变形可用下式计算 : S = ( e / 1+ e1 ) h = [ A / ( 1+ e1 ) ] h + [ kP /( 1+ e 1 ) ] h = A 0 h + 0 ph。 式中 : e 1 冻土的原始空隙比 ; h 土层融化 前的厚度 ( m ); A 0 = A /( 1+ e1 ) 相对融陷量 ( 或融陷系数 ) ( % ); 引用压缩系数 ; 0 = k /( 1+ e1 ) P 作用在冻土 上的总压力 , 即自 重应力 和附加 应力 的总和。 上述公式表明 , 冻土地基的融陷变形由两部分组成 , 一部 分是与压力有关 ; 而另一部分与压力无关。值得提出的是 , 必 须计算到稳定融化界 面上 , 并可近 似地将 多年冻 土层视 为不 可压缩层。
注: 砂类土试验温度为 - 10
, 粘性土的试验温度为 - 5
在多年冻土区, 由于冻土融化 , 能使抗剪强度和抗压强度有 明显下降。特别是对于含冰量很大的冻土 , 融化后, 其强度降低 很大 ( 融化后的 粘聚力约为冻结时的 1/10) 。所以 在多年冻土 区 , 由于修建各种建筑物引起地基的融化, 将会造成严重事故。 冻土抗剪强度随着土温降低而增高 , 其实测粘聚力 ( C )与土 温 (T ) 关系曲线可大致以直线表示 , 如图 2 所示。其中粘土、 亚 粘土对土温的反映不灵敏, 曲线比较平缓 ; 当图中低于 - 2 以 后有变缓趋势, 这可能与粘土 、 亚粘土的矿物组成有关。

2024年土力学学习心得与总结

2024年土力学学习心得与总结

2024年土力学学习心得与总结回顾过去一年的土力学学习之路,我深深感受到了这门学科的广阔和重要性。

在这一年中,我不仅理论知识得到了提升,还锻炼了分析问题和解决问题的能力。

以下是我对2024年土力学学习的心得与总结。

首先,我学到了土力学的基本理论知识。

土力学是研究土壤与力学相互作用的学科,它涉及到土壤的力学性质、变形特性、稳定性以及土体与结构工程的相互关系等。

在学习的过程中,我通过学习教材和参加课堂讨论,对土力学的一些基本概念和原理有了更加深入和全面的理解。

我明白了不同土体的力学性质存在差异,如黏土的流变特性和砂土的孔隙特征,这对于分析土体力学行为具有重要的指导作用。

其次,我深入了解了土力学在工程实践中的应用。

土力学是土建工程的基础学科,它对于土体的稳定性、基础工程的设计以及地震工程等具有重要的意义。

在学习过程中,我通过阅读相关文献和参加实践课程,了解了土力学在不同工程中的应用。

例如,在基础工程设计中,我学会了如何根据土力学原理来进行坡度和基础的稳定性分析,确保工程的安全可靠。

这些应用案例不仅拓宽了我的学习视野,也增强了我解决实际问题的能力。

此外,我还学会了使用一些土力学的实验方法和工具。

在土力学学习中,实验是非常重要的一部分,通过实验我们可以验证理论知识,并深入了解土体的行为特性。

在实验课程中,我学会了一些常用的土力学实验方法,如三轴试验和直剪试验等。

通过自己亲自操作和分析实验数据,我更加深入地了解了土体的应力-应变关系、强度特性和变形特性等。

同时,我也掌握了一些常用的土力学工具,如数值模拟软件和实验设备等,这些工具为我进行土力学分析和设计提供了便利。

最后,我深刻体会到了土力学学习对于培养工程思维和解决实际问题的能力的重要性。

土力学学科涉及到多个学科领域的知识,要想真正掌握它,就需要具备扎实的理论基础和海量的实践经验。

在学习过程中,我时常面临一些复杂的工程问题,这些问题需要我综合运用所学的土力学知识和应用工具进行分析和解决。

冻土的力学性质及研究现状

冻土的力学性质及研究现状

冻土的力学性质及研究现状冻土是指地下温度低于零度,土壤含有一定含水量的地层。

由于温度的变化,冻土地区的土壤会发生冻融循环,这种循环会引起土壤的变形、破裂和失稳等问题。

因此,了解冻土的力学性质对于开展工程建设和环境保护等方面有着重要意义。

以下将对冻土的力学性质及其研究现状进行介绍。

冻土的力学性质主要包括冻土的强度、变形特性、渗透性和应力-应变关系等方面。

冻土的强度指的是冻土抵抗外部应力的能力,可以通过剪切试验来研究。

剪切试验可以得到冻土的抗剪强度、抗剪应变关系等参数,有助于分析冻土发生崩塌、破坏的条件和机理。

冻土的变形特性主要包括收缩、膨胀和蠕变等方面。

冻土的收缩变形主要由于土壤中水分冻结而造成的。

膨胀变形主要由于冻土解冻时水分释放、结晶体积变化等因素引起。

蠕变是冻土长期加载下的变形现象,具有时间依赖性。

冻土的渗透性是指冰的形成和破裂对渗流过程的影响。

冻土渗透性的研究对于水资源管理、工程建设和环境保护具有重要意义。

渗透性试验可以通过测量冻土中水分的渗流速度、渗透系数等参数来研究冻土的渗透性。

冻土的应力-应变关系是研究冻土响应外部应力的能力,包括弹性模量、屈服强度和应力松弛等等。

冻土的应力-应变关系与冻结温度、含水量、粒度分布等因素都有关系,这些因素会影响冻土的强度和变形特性。

目前,冻土的力学性质研究已经取得了一定的成果。

国内外学者对冻土的强度、变形特性、渗透性和应力-应变关系等方面进行了大量的实验研究和理论分析。

例如,通过剪切试验研究了冻土的抗剪强度和剪切应变关系;通过压缩试验研究了冻土的变形特性和渗透性;通过数值模拟研究了冻土的应力-应变关系和变形机制等。

此外,研究者还通过野外调查和实际工程观测等手段对冻土的力学性质进行了研究。

例如,通过对寒区铁路、油气管道和桥梁等工程的调查分析,研究了冻土的力学性质对工程稳定性的影响,并提出了相应的设计和施工建议。

综上所述,冻土的力学性质研究是一个重要且复杂的课题。

冰冻土力学特性与建筑物设计研究

冰冻土力学特性与建筑物设计研究

冰冻土力学特性与建筑物设计研究第一章冰冻土的基本概念与特性冰冻土,是指在冻土层中含有一定量的冰,且在冬季温度条件下不断积累而形成的地层。

冰冻土广泛分布于高寒、寒冷地区,例如北极、南极和山地高寒草原等。

与非冰冻土相比,冰冻土具有以下特性:1.体积稳定性差。

在冰冻土中,含水率较高的土层因冰的类型和含量的不同而体积变化较大,这在建筑物设计中需要特别注意。

2.机械强度和固体密度低。

冰冻土中,冰具有一定的强度,但土体的机械强度和固体密度都较低,因此抗压性和支撑力均较差。

3.耐久性较差。

高含水率土层与冰层结合往往不稳定,容易发生剥离,土体中的含盐量较多,长期的冻融作用会加速其损坏。

因此,在建筑物设计中,需要充分考虑冰冻土的特性,以确保建筑物的安全性和稳定性。

第二章冰冻土力学特性冰冻土的力学特性与非冰冻土有较大的差异,其基本力学参数包括:1.抗剪强度。

冰冻土的强度主要受冰的类型、含量和质量因素的影响。

在冰的类型相同的情况下,含冰量越高,冰冻土的抗剪强度也越高;冰的质量则对抗剪强度的影响较小。

2.压缩模量。

冰冻土的压缩模量较小,通常只有非冰冻土的1/5~1/10,这是由于土层因冰的存在而导致的缺陷和孔隙率较大,因此在建筑物设计中需要特别注意。

3.渗透系数。

由于冰冻土的孔隙率较大,渗透系数也相对较高。

在含水率较高的土层中,渗透系数更是会受到冰冻和融化的影响而降低。

以上三个参数对建筑物的设计和稳定性都有很大的影响,因此在建筑物的设计中,需要充分考虑冰冻土的力学特性,并采取相应的设计措施。

第三章冰冻土与建筑物的相互作用建筑物与冰冻土之间的相互作用主要表现在以下几个方面:1.地面沉降。

由于冰冻土的体积稳定性较差,土层中的冰在融化的过程中,会导致地面的沉降,从而影响建筑物的稳定性。

2.地基承载力减小。

冰冻土中土层的机械强度较低,因此对建筑物的承载能力也有一定的影响。

在建筑物设计中,需要充分考虑建筑物的重量和地基的承载能力等因素。

冻土的力学性能

冻土的力学性能

外文翻译冻土的力学性能从材料科学的角度来看,冻土是一种由自然颗粒组成的复合材料,它有四种不同的成分:固体颗粒(无机或有机颗粒),冰,未冻水和气体。

它最重要的特征是不同于其他类似的材料,如大多数的人工复合材料是自然条件下解冻土壤的矩阵,主要是由冰和水随温度的不断变化与施加应力的不同而形成的。

只有一种类型的土壤孔隙中存在冰(即正常六角形的1h冰型),但未冻水有两种存在状态:强结合水和弱结合水。

前者是矿物颗粒周围的水膜和组成它们的高分子之间的作用力,即使在非常低的温度下也能抑制冻结。

孔隙水的另一种是弱结合水,可以更容易地冻结(安德森和摩根1973)。

冻土中未冻水的含量与特定温度下土壤中矿物颗粒表面积有关(安德森和实践1972),并且受到电解质含量的强烈影响(勇和沃肯廷1975)。

由波旁的调查(1984)表明冻土中的未冻水膜,可以存在的温度低于–110 C°。

尽管有未冻水的存在,但冰填充了大多数的孔隙空间,冻土的力学行为密切反映了孔隙冰的存在。

孔隙冰通常具有明显的各向异性。

在一般情况下,其应对偏应力可通过弹塑粘滞性变形,并且可以由诺顿- 贝利式的幂律蠕变方程表示。

冰晶格在三轴抗压状态下的破坏不同于其它大多数材料,在高静水压力下,它首先被破坏并最终融化。

相反,在0C°和正常大气压条件下,当受到剪切应力时,冻土表现出了低应变速率的塑性屈服,说明冻土的脆性随着应变速率的增大而增大(梅勒1979年)。

5.1 应力- 应变的时间和强度特性5.1.1 冻土在静水压力作用下的变化恒温压缩。

冻土在静水压力下体积的变化是受到组合的机械力和热力作用的共同影响,受前者的影响使应力共享,而后者的影响是出现压力熔化现象。

如果认为只受力学效应影响并假设冻土是两相材料,则冻土所受应力的总压力可由以下方程表示(主教1973年):(5.1-1) 其中,Δp 为总平均正应力的增加值,Δum 为增加的孔隙压力,n 为土壤孔隙度,Cm 为土壤的压缩系数,Cs 为土壤的回弹指数,C 土颗粒的可压缩性。

冻土的力学性质及研究现状

冻土的力学性质及研究现状

冻土的力学性质及研究现状冻土是一种具有特殊力学性质的地质材料,它在自然界中具有重要的作用。

冻土的力学性质主要包括剪切强度、压缩系数和导热系数等,这些性质的研究对于冻土工程的应用和理论研究具有重要意义。

本文将介绍冻土的力学性质及研究现状,以期为相关领域的研究提供参考。

冻土的力学性质是研究冻土行为的重要参数。

其中,剪切强度是冻土最基本的力学性质之一,它表示冻土在剪切力作用下的抵抗能力。

压缩系数是冻土压缩变形的量化指标,导热系数则反映了冻土在温度变化时的热传导能力。

这些性质的研究有助于深入了解冻土的力学行为和变形规律。

对于冻土力学性质的研究,近年来取得了一定的进展。

研究者们通过实验和理论分析,对冻土的剪切强度、压缩系数和导热系数等性质进行了深入研究。

例如,研究者通过应力路径实验,探究了不同应力路径下冻土的力学响应;同时,基于热力学理论,建立了冻土的热传导模型,为冻土工程的应用提供了理论支持。

冻土研究涉及多个领域,包括地质学、物理学、土木工程等。

在国家政策方面,许多国家都加强了对冻土研究的投入,推动了冻土科学的发展。

例如,我国在南北极科学考察、青藏公路建设等方面投入了大量资源,深化了人们对冻土的认识。

然而,目前冻土研究仍存在一些不足之处。

冻土的力学性质和行为规律仍不完全清楚,需要进一步实验和理论研究。

冻土工程应用中存在诸多问题,如冻胀、融沉等,需要采取有效的技术措施加以解决。

冻土区生态环境脆弱,如何在保护环境的前提下合理利用冻土资源,也是亟待解决的问题。

为了解决冻土研究与应用中存在的问题,需要发展相应的关键技术。

目前,冻土领域的关键技术主要包括数值模拟、原位测试和理论分析等。

数值模拟技术通过计算机模拟冻土在不同条件下的行为,为冻土工程设计和优化提供重要依据。

原位测试则通过现场对冻土进行测试和分析,直接获取冻土的力学性质和其他相关参数。

理论分析则通过建立数学模型对冻土行为进行描述和预测。

这些技术在解决冻土问题中具有广泛的应用前景。

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。

冻土力学性质研究现状

冻土力学性质研究现状

冻土力学性质研究现状发布时间:2022-07-13T06:56:27.581Z 来源:《工程建设标准化》2022年第3月5期作者:作者李东鑫,上官云龙,王罡[导读] 中国具有广大的季节冻土和多年冻土区作者李东鑫,上官云龙,王罡吉林建筑大学交通科学与工程学院,吉林长春 xxxxxx摘要:中国具有广大的季节冻土和多年冻土区,在冻土地区研究冻土的力学特性来确保冻土地区的工程建设。

本文分别从冻土的强度和冻土的流变性以及冻土的动力学特征这三方面介绍了已冻土的力学特性。

关键词:冻土,冻土力学性质,冻土强度,冻土流变性,冻土动力学特征0.引言冻土对寒区工程建设有十分重要的影响。

多年冻土区地质灾害的发生与冻土的工程性质密切相关,多年冻土区灾害一直是工程建设的难题之一。

灾害主要有冻胀和融沉,会引起地质灾害如冻胀丘、热融滑塌等。

其次为滑坡、崩塌、水土流失等[1]。

因此,为减少永冻土引发的工程灾害,研究冻土的力学性质是十分必要的。

1.冻土的强度冻土强度特性是冻土力学领域研究最为深入的课题之一。

在冻土的单轴压缩的试验中,研究发现冻土的破坏首先在最薄弱的位置产生微小的裂隙、并汇聚向四周呈爆炸式空洞并且会在破坏位置产生局部膨胀。

通过大量学者研究分析将冻土的弱化分为由于土体颗粒移动、冰体的滑移和颗粒骨架的塌落,其次出现的才是裂隙,裂缝汇聚,这与岩石类材料的弱化完全不同[2]。

在冻土三轴压缩的试验条件下,由于受到围压的作用,在变形过程中土颗粒将发生重新排列,并随着围压的增大,剪胀得到抑制,颗粒间的胶结作用得到一定程度的增强,由此带来的结果是冻上的强度得到提高。

随着围压的进一步增大,冻土内的冰将发生压融,使未冻水含量增大,机颗粒发生错断或挤碎,颗粒胶结强度减小,最终导致冻土强度降低。

2. 冻土的流变性冻土的流变性是冻土主要的力学性质之一,它受制于冻土的物质组成和结构性联结,主要表现为以下几个方面:冻土强度的降低、受力冻土产生的应力松弛和冻土的蠕变变形等。

冻土的力学性质及研究现状

冻土的力学性质及研究现状

摘 要:中国具有广大的季节冻土和多年冻土区,在冻土地区进行工程建设,就必须深入研究冻土的力学特性,以确保冻土 地基上工程建筑物的稳定性。本文首先,简要介绍了我国冻土的分布状况和冻土区别于融土的基本特性,广义的冻土力学可 分为冻融作用和已冻土力学性质两方面,冻胀、融沉和冻融循环引起的土力学性质的变化属于冻融作用的范畴。对于冻胀的 研究较为深入,人们先后提出了多个理论来解释冻胀产生的机制,有的应用于计算分析中。对融沉的研究尽管具有较长的历 史,但是多数停留在经验方法上,融化固结理论目前还有较大的局限性,因此提出一方面可以用人工神经网络法提高经验方 法的精度和适用范围,另一方面应当发展融化固结大变形理论;冻融循环可以改变土的力学性质,介绍了作者的最近研究进 展。针对已冻土的力学特性,从 3 方面进行了分析。冻土的强度主要沿用融土的强度理论,很难反映高应力下的压融现象; 冻土动力学特性主要针对温度对动力学参数的影响,近年来冻土层对场地动力响应的影响越来越受到重视;冻土的本构关系 多集中在蠕变研究,以经验公式法为主。最后,分析了多年冻土地区工程变形所涉及的物理力学过程。 关 键 词:冻土;力学性质;冻融作用;研究现状 中图分类号:TU 443 文献标识码:A
冻土的力学性质及研究现状和重度轴向荷载的振动频率和振动次数等主要影响因素之间的关系并利用以上数据定量地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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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76
第 31 卷第 1 期 2010 年 1 月
文章编号: 1000-7598 (2010) 01-0133-11
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冻土的力学性质读书报告通过对《高等土力学》的学习,我对土的力学性质有了更深刻的认识,也初步掌握了一些土的研究方法、模型建立等。

对于我这个新疆孩子,对冻土本身就有一定的了解,通过在校的课堂学习和课外阅读,使我对冻土的力学性质有了较为系统的认识。

我国具有广大的季节冻土和多年冻土区,在冻土地区进行工程建设,就必须深入研究冻土的力学特性,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性。

广义的冻土力学可分为冻融作用和已冻土力学性质两方面,冻胀、融沉和冻融循环引起的土力学性质的变化属于冻融作用的范畴。

1.冻土在静载作用下的抗压强度1.1应力一应变关系及本构关系土体受到外力作用时内部就会产生应力和应变。

对冻土来说,因其中含有流变性极强的冰而使其应力一应变关系与外力作用时间或应变率密切有关。

1.根据等应变率压缩试验结果,Vialov(1962)提出了如下简单的幂函数形式应力一应变关系:mσ=(其中A、m为参数)(1)Aε然而近年来,大量研究表明冻土的本构关系并非服从(1)所描述的幂函数定律,相反,冻土的σ-ε关系十分复杂。

2.Zhu Yuanlin[1]等提出了冻土的热力学本构关系,根据大量试验将冻土的应力一应变关系分成9种基本类型,并分别给出了它们的应力一应变方程。

然后根据这9种类型σ-ε关系适用的土质、含水量、应变率及温度条件,编制了冻土σ-ε关系类型图。

研究者或工程技术人员只要知道需解决问题的土质含水量、应变率及温度资料,就可从该图中查出对应的σ-ε关系类型,并可从有关文献(Zhu Yuanlin et al,1991;朱元林等,1992)中查出其σ-ε关系方程。

3.蔡中民[2]等根据单轴压缩蠕变试验资料,提出了冻土的粘弹塑性本构方程及其材料参数的确定方法。

该模型能较好地描述冻土衰减和非衰减蠕变过程。

1.2单轴抗压强度在一定土质和含水量下,影响冻土单轴抗压强度的主要因素为温度和应变率。

试验表明(昊紫汪、李洪升等),在一定的温度范围内冻土单轴抗压强度随温度的变化可用线性方程描述:θσσB m +=0 (2)式中:0σ为θ=0℃时的抗压强度;θ为冻土温度;B 为试验系数。

根据李洪升 [3]等对冻结粉质壤土试验结果,在一定应变率范围内,其单轴抗压强度随应变率ε 的变化可用下式描述:165.0055.12⎪⎭⎫ ⎝⎛=εεσ m (3)式中:101-=s ε为无量纲化参照应变率。

1.3三轴抗压强度李昆[4]等对深部粘土进行了不同固结一冻结过程的三轴剪切对比试验。

结果发现,对试样先固结后冻结再进行三轴压缩试验得出的抗剪强度最大;先冻结后固结次之;不固结冻结得出的抗剪强度最小。

因此他们建议在进行三轴抗压强度试验时,应该用与某一深度地压相当的围压先对试样进行固结,再冻结,然后再进行试验,这样得出的强度指标与实际情况比较吻合。

强度准则1. 摩尔—库仑准则一部分研究人员认为冻土的强度准则,在低围压下摩尔-库仑准则依然适用。

考虑到土的强度随着剪切速率的降低而减小,随温度的降低而增大,控制粘聚力的冰相实际上控制着冻土的综合强度。

基于这个假定,陈湘生 [5]提出冻土的瞬时强度: ϕστtg kT k ++=0 (4)2.Drucker-Prager 准则马巍等 [6]根据大量冻土三轴抗压强度试验结果提出了抛物线型强度屈服准则:22p p b bP c q m-+= (5) 式中:c 为八面体粘聚力;ϕtg b =;m p 为当抗剪强度q 达到最大值时的平均法向应力。

2.冻土在动载作用下的力学性质2.1动力参数1.赵淑萍[7]等对冻土动弹模、动阻尼比进行了一定的研究,她通过对两种不同路基冻土的动三轴实验研究分析了测试及其影响因素,得出如下结论:1) 动弹模和动阻尼比随加载频率、温度、含水量的变化规律相同。

2)冻土的动弹性模量随频率的增加而增加,其中低频时变化大, 高频时变化小,随含水量的增加先增加后减少,在饱和含水量附近达到最大值。

3)动阻尼比随频率的增加而变小, 低频的变化率小于高频,随含水量的增加比较分散,呈现逐渐增加趋势。

2.吴志坚 [8]等通过模拟地震作用下的动三轴实验, 研究了重塑冻结兰州黄土的动力学参数,通过研究得出:1) 在随机变化的地震波型简化为等效的等幅正弦循环荷载的作用下,不同温度下的重塑冻结兰州黄土的动应力-动应变关系曲线均可近似地Hardin-Drnevich 双曲线模型来描述。

2) 动弹性模量随温度的降低而增大,随动应变的增大而减小2.2动应力应变关系及强度姜忠宇[9]等进行了冻土在往复荷载作用下应力应变关系的研究,他通过实验得出:1) 冻土试样的力学性能受试样类型、含水量、温度以及加载方式等因素的影响;同种试样加载方式不同, 力学参数有一定的差异。

2) 不同的加载方式对试样抗压强度的比值有着大致相当的影响,而试样含水量与温度的变化对其比值影响甚微。

往复载荷作用下试样的抗压强度比轴向荷载下的小。

3)不同的加载方式使试样破坏应变的比值变化范围较大, 与试样含水量及温度密切相关。

张淑娟[10]等对冻土的冻强度特性进行了试验研究, 通过单轴动荷载作用下试样中的测温试验发现: 当有循环荷载作用时, 随着时间的变化,试样中的温度呈上升趋势,上升值与加载频率、动应力幅及试样的初始干密度、含水率等因素有关,并在不同的条件下冻土动强度表现出了不同程度的损失。

另外她还得出如下结论:1) 在同一围压下, 冻土动剪强度随破坏振次的增加非线性减小; 相同振次下, 动强度随围压的增大呈先增后减的非线性变化规律,而高围压下冻土的动强度比静强度衰减得快。

2)同一围压下, 动强度随损耗能的增多而逐渐减小, 试样中的温度非线性升高。

3) 三轴动荷载作用下, 额外的温度抬升使试样中的孔隙冰部分发生融化, 未冻水含量增加, 缩减了土颗粒间的胶结力和摩擦力,从而造成冻土动强度的衰减。

2.3动蠕变特性Zhu Yuanlin et al.[11]通过试验资料分析提出也可用时间温度比拟法预报冻土在振动荷载作用下的长期强度,其预报模型为:()Ba t A i lt ++=ln ln ln 1σ (6) 式中:t 为建筑物设计使用时间;A 、B 、i a 为试验参数。

与静载下的试验结果比较,在其它条件均相同的情况下,冻土在动载下的长期强度明显减小。

朱元林等[12]通过动三轴蠕变试验查明了围压对冻结粉土动蠕变性能的影响规律,并提出了如下形式的动蠕变模型:31Ct Bt A ++=ε (7)该模型各项具有明确的物理意义。

其中第一项为瞬时应变,第二项为粘塑流蠕变量,第三项则为衰减蠕变变形。

3.冻土的冻融作用土的冻胀是由于土温度降至冰点以下,土体原孔隙中的部分水结冰体积膨胀,以及更主要的是在土壤水势梯度作用下未冻区的水分向冻结缘迁移、聚集,并冻结膨胀所致。

冻土融化时,由于孔隙水的排出,使土体产生下沉,叫做融沉。

3.1冻胀理论3.1.1 毛细理论先后由 Sill and SkapskiGold 和 Everett [13]提出并发展起来的,并得到后人试验验证。

毛细理论认为在冻结缘的固-液动态平衡界面上,由于表面张力差异,造成固相和液相的压力差,是形成分凝冰并引起冻胀的主要原因,压力差由Young- Laplace方程得到。

2.1.2 水动力模型在这个理论中,土的冻结被看做热耦合作用下导致水的迁移(Harlan,Guymon 和Luthin,Guymon 等,Hromadka等),冻结缘处的水压力由Clausius-Clapeyron 方程描述,而水分迁移则由修正Darcy定律求得。

这个模型认为,当冰的含量超过孔隙的85 %~90 %时冻胀才会发生。

2.1.3 次冻胀模型1972 年 Miller提出所谓的次冻胀模型。

他假定冰透镜体生长在比冻结锋面温度低的区域,当冻结区土颗粒的有效应力降为 0 时才会发生。

很显然,土中各相的应力至关重要。

Miller认为,当土中的孔隙压力(中性应力)超过上覆压力时,就会产生冻胀。

随着温度降低冰压力逐渐增大,颗粒间有效应力降低为零,冰透镜体开始产生。

这是能够解释多层冰透镜体形成的唯一理论,被广为引用。

2.2.4 吸力理论Taber提出吸力是冻胀的驱动力,Takagi利用吸力理论从机制上分析了冰透镜体的形成。

该理论认为,土颗粒表面的吸附水形成内部应力。

随着温度的降低,吸附水冻结,颗粒表面的水膜变薄。

为了保证水膜厚度,水向冻结锋面迁移。

该理论描述了冻结锋面处水分迁移时冰透镜体的形成。

水膜的动态平衡厚度取决于吸力的大小。

这个理论并没有在实际中得到应用。

3.2冻融作用对土物理力学性质的影响1.冻融循环对土孔隙比的双重作用经过冻融循环,土的渗透系数大约会增大 1 ~2 个数量级,至于孔隙比在冻融过程中减小的情况下渗透系数仍然会增大,则主要是由于冻融过程中造成微裂隙或者冰晶融化后形成大孔隙所造成的。

对于松散土,冻融会使孔隙比降低从而增加其密实度,而对于密实土则相反。

2.引起土体积变化试验证明,在土冻结的初期,土的体积可能会首先缩小。

是由于负孔隙水压力造成有效应力增大所导致,但这只能在正常固结或弱超固结土中产生。

超固结土冻结初期没有冻缩现象。

而在撤掉冷源的初期,土的体积首先膨胀,然后持续大量下沉。

这是当冷源撤销的短时间内,吸力突然降低,有效应力减小导致土骨架的回弹。

4.冻土对工程的影响从20 世纪初开始,多年冻土区工程建设日益频繁,如穿越阿拉斯加的美国 Norman Wells 输油管线,穿越西伯利亚的前苏联铁路,穿越青藏高原的青藏公路以及青藏铁路。

一般而言, 多年冻土建筑物地基的设计原则可以归纳为三个: 其一, 保护冻土设计原则, 使多年冻土地基在建设过程中和建筑物使用的整个时期保持冻结状态; 其二, 允许融化设计原则, 即设计时充分考虑多年冻土地基的营运过程中可能发生的融化程度, 或者在建设开始前就采用人工手段, 将多年冻土融至一定深度; 第三, 融化速率设计原则, 即经过精确计算, 允许多年冻土地基在营运过程中按一定速率融化。

然而,很多工程在运营过程中相继出现了一系列的问题。

以青藏公路为例,2003 年病害调查显示多年冻土地区的病害率较高,青藏公路每 5 年左右就需要一次较大规模的维护或重建。

在过去的 20 年里,冻土工程工作者认为,在多年冻土地区开展建设的人为影响和全球变暖的影响下,多年冻土上限逐渐降低,研究工作于是主要放在融沉变形上。

基于这种理念,提出了多种方法来保护冻土以防止融沉。

另一方面,就目前所知,冻土的蠕变在路基工程中并没有充分的考虑进去。

然而,当多年冻土层的温度接近融化点时,冻土的蠕变就相当大了。

同时,活动层在未冻季节也会发生蠕变,这在一般的岩土工程中是常识,然而在冻土地区的工程中却很少考虑。

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