漠河多年凍土單軸抗壓強度試驗研究

于皓琳，徐學燕，董鑒峰，陳學敏

(1.哈爾濱工業大學土木工程學院哈爾濱150090;2.黑龍江省電力勘察設計研究院哈爾濱150078)

凍土抗壓強度是凍土的主要力學性質指標之一，它表示凍土壓縮破壞特征，對于凍土地基基礎設計與施工參數的確定有著重要的作用。國內外學者對凍土單軸抗壓強度做過一些研究，如我國吳紫汪等人對西北凍結砂土、粉土進行了單軸抗壓強度試驗研究，得出砂土的強度與土溫、含水量之間的關系［1－8］。黑龍江省漠河地區凍土抗壓強度研究尚未見報道，本文選取漠河地區粉質黏土，研究其在含水量一定條件下，單軸抗壓強度與土體溫度的關系。

1 試驗

1.1 試樣制備

試驗所用的土樣系在黑龍江省漠河縣東部的勁濤鎮內多年凍土區鉆探取樣原狀凍土，其物理性質描述如表1所示。

土樣制成圓柱體，其直徑、高度分別為102～132 mm、100～135 mm，高徑比為 1.0～1.1，每層土樣制備4件。

表1 土樣物理性質描述

1.2 試驗方案

將土樣放入保溫箱中，并一同放入冷凍柜冷凍，分別在 －2、－6、－10、－15℃恒溫冷制24 h后，將其取出置于電子萬能試驗機上在恒變形速率下進行單軸無側限抗壓強度試驗，試驗過程中保持溫度不變。

2 結果及分析

各層凍結土體在受壓時，分別從試樣頂部向下和從試樣底部向上產生一條斜縫，沿斜截面發生剪切錯動而破壞。凍土隨溫度的降低，脆性越來越明顯。破壞形態如圖1、圖2所示。

圖1 第②層凍土－10℃單軸抗壓強度試驗

圖2 第③層凍土－10℃單軸抗壓強度試驗

各層凍土的單軸抗壓強度試驗數據見表2。

表2 各層凍土單軸抗壓強度

對試驗數據進行分析，得到各層凍土抗壓強度與土溫的關系曲線，如圖3－圖5所示。對試驗數據進行回歸得數據如表3所示。

圖3 第②層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

圖4 第③層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

圖5 第④層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

表3 各層凍土單軸抗壓強度回歸公式

凍土的單軸抗壓強度隨溫度的下降而呈線性增大，這是因為隨著溫度的降低，凍土中未凍水轉化為冰的數量增多，土骨架和冰的共同作用增大，其單軸抗壓強度增大。

由回歸分析的結果可以看出，第③層凍土隨著溫度的升高，其單軸抗壓強度衰減最慢，土的力學性質優于第②、④層土，具有良好的工程特性。

隨著溫度的下降，凍土的脆性越來越強。凍土受壓時產生的斜裂縫趨于明顯。

含冰量大的第②層凍土承受荷載的時間大于其余二層土，這是因為冰的含量越大，體積增加越大，擠壓土之間空隙越多，使得在溫度基本不變的條件下承受荷載的時間增加。

在溫度較高時，相同溫度條件下，三種土層的強度相差較大，隨著溫度的降低，三種類型的凍土強度趨于接近，如圖6所示。

圖6 三層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

3 結束語

凍土的單軸抗壓強度隨溫度的下降而呈線性增大;隨著溫度的下降，凍土的脆性越來越強，凍土受壓時產生的斜裂縫趨于明顯;第③層凍土單軸抗壓強度衰減最慢，具有良好的工程特性。

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