冻结条件下饱和粉砂土静力特性试验研究

2022-05-17温艳红

城市建设理论研究（电子版） 2022年2期

武宁温艳红

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1 引言

深季节冻土因含有冰-水相结构，其对比融土结构更为复杂。冻土静力学作为冻土力学的重要分支，主要是研究静荷载下应力-应变关系、静弹性模量、静强度和抗剪强度等力学指标。Pharr[1]通过对比荷载恒定时含盐冰和含盐冻结砂无侧限抗压强度性质，发现其非常相似。Li等[2]发现不同温度和围压对冻结砂土力学性能影响的变化规律。Zhu Yuanlin等[3]研究了单轴压缩对冻结粉土弹性模量的。孙星亮等[4-5]研究发现影响应力-应变关系的因素有温度、围压和应变速率，三轴剪切和蠕变一样会弱化冻结粉质粘土的结构。王丽霞等[6]通过低温动、静三轴试验发现，冻结粉质粘土的抗剪指标、静强度随负温度降低、含水率减小而减小。赖远明等[7]研究发现低围压、高温度对冻结砂土有应变软化现象，文章还提出了比线性莫尔-库伦强度准则更精确的变化规律。本文主要研究了不同围压、不同冷却温度下冻结饱和粉砂土试样三轴压缩试验。

2 物理指标及试验方法

2.1 试验土样制备及试验方法

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：土样颗粒比重为 2.70，渗透系数为 5.87×10-6cm/s，最大干密度为1.95 g/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+)。

在土样制备过程中应尽量保证粉砂土搅拌均匀，按照设计要求的含水率将水均匀的洒在土料上，稍静置后将试样放入密闭的塑料袋中，静置24 h。利所用试验均按95%的压实度控制干密度。采用分层击实法制备试样，试样高度H =125 mm，直径D=61.8 mm，试样制作过程中分5层在三瓣饱和器分层击实，控制好每层土料的质量，应尽量准确、相等，精确至0.1 g，层与层之间刮毛，防止出现分层现象，直至击完最后一层，接下来整平试样，两端加装透水石，完成试验制备后将其放入真空饱和器中进行抽气饱和。制作试样前后，应保证同一组试样的含水率不得超过±1%。然后在高低温实验交变箱中完成冻结条件，将饱水的试样置于不同的负温度下(-1.5 ℃、-3.0 ℃、-6.0 ℃)进行冻结试验48 h，至此冻结条件下饱和粉砂土试样制作完成。

2.2 试验方法

本次试验进行了3种负温度：-6℃、-3℃和-1.5℃，5种围压0.3 MPa、0.6 MPa、0.9 MPa、1.2 MPa和1.5 MPa的三轴试验，同时还进行了-6℃、-3℃和-1.5℃温度下的三轴剪切试验。

冻土三轴试验采用GDS公司生产的DYNPTS冻土动静三轴仪，为应变率控制方式，动态控制和数据采集系统。温度控制系统有NESLAB低温恒温冷浴组成，将其与压力室内循环冷液管相连，控制三轴压力室内的试验温度，温度精确到±0.1℃，待三轴压力室温度达到预定的试验温度时，将制作好的冻结饱和粉砂土试样脱模取出，并迅速安装到DYNPTS冻土动静三轴仪上。然后开始试验，输入相关参数创建试样站点，选择标准三轴CU模块，然后使用高级加载模块缓慢加至试验围压，待围压稳定后再施以1.25 mm/min的剪切应变速率施加轴向静荷载，进行固结不排水静三轴试验，直至试件产生20%应变为止。