凍土動力學的研究現狀及展望

摘要：本文簡述了凍土動力學的發展現狀及研究進展。分析了凍土的動彈性模量及測試方法，凍土強度和破壞試驗的研究，對凍土動力學研究方向進行展望。

關鍵詞：凍土動力學；研究現狀；展望

中圖分類號：P642.14文獻標識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-96-1

1凍土動力學的研究現狀

H.A.崔托維奇1930年出版《凍土力學》奠定了凍土研究的基礎。凍土動力學是凍土力學的一個分支學科，在近些年來的研究中被逐漸重視起來。我國學者從上世紀90年代初就開始研究凍土的動力學特性，而國外對于這一方面的研究還要更早于我國。對于測試方法的研究，主要包括循環三軸試驗、超聲波無損測試、循環單軸試驗等。這些實驗主要進行動彈性模量、阻尼比、動泊松比等動參數的測定。對于動彈模影響主要有以下因素：

首先是最大應力的影響。若起始應力接近于零，根據統計回歸的資料表明，動彈模受到這一因素的影響效果并不明顯。因此，可不予考慮最大應力的影響。其次是應變問題的影響。隨著應變的增長，動彈模的變化呈直線減小，其減小的幅度會受到凍土溫度的影響，凍土溫度降低其減小的幅度增大。再次是頻率方面的影響。動彈模的變化隨頻率增快而增大，其變化的趨勢接近于對數曲線。最后是溫度的影響。溫度越低動彈模越大，當頻率較高達到5Hz時，動彈模增大的趨勢呈現出斜率逐漸減小趨于平緩；當頻率較低達到0.IHz時，其增大的趨勢與高頻時剛好相反。通過統計回歸可以得到如下方程：

3測試技術

凍土的動力學中的典型參數主要四種，即泊松比μ，動彈性模量E，動剪切模量G，和阻尼比η。目前動三軸試驗法，共振柱法和波速法被廣泛地用在凍土力學參數測試中。

動三軸實驗法具有一定的適用范圍，一般在大應變（10-4-10-1），低頻率（零點幾赫茲到十幾赫茲）范圍內較為適用。由于該種實驗方法能夠較好的對地震動荷載進行模擬，因此這種實驗方法在實際中得到了廣泛的應用。動單軸試驗與動三軸實驗的不同之處在于其不施加圍壓，根據不同的加載方式，可以將動單軸實驗分為兩種類型，分別為恒應變速率等幅動應變振動試驗（即強度試驗）和恒應力幅值動荷載（即蠕變試驗）。共振柱法適用范圍與動三軸實驗相反，其更適用于應變較小，一般為10-5-10-3的范圍內，頻率較高，一般為幾赫茲到幾百赫茲的范圍，是一種無損檢測方法。試樣的動模量與共振頻率，邊界條件，試樣尺寸有關，其計算公式為：

式中：fn為共振頻率。阻尼比通過自振法得到，即給試件施加一個初始角位移，之后，突然釋放，試樣就處于自由振動狀態，計算公式為：

4展望

凍土動力學應該在以下幾個方面展開深入研究：首先，因為凍土結構和動荷載都十分復雜，所以凍土的本構關系確定起來比較困難，應發展粘彈塑損傷斷裂本構模型。其次模型試驗具有很大的優點，其聯系了室內試驗結果和工程實際，應給予足夠重視?？傊氩粩喟l展完善凍土的動力學，擴展在工程實踐中的應用范圍，就需要將室內試驗，模型試驗，現場原位試驗，和實際工程檢測緊密結合在一起。

參考文獻

[1]崔托維奇，張長慶，朱元林譯.凍土力學，北京：科學出版社，1983.

[2]朱元林，趙淑萍，何平，等.凍土的動彈性參數試驗研究[J].中國科學院蘭州冰川凍土研究所凍土工程國家重點實驗室年報，1998，（8）：27-32

[3]何平.飽和凍結粉土的動力特性[D].中國科學院碩士研究生畢業論文，蘭州：中國科學院蘭州冰川凍土所凍土國家重點實驗室，1992.

[4]張長慶，何平，羅曼等.振動荷載作用下長期強度評價[J].中國科學院蘭州冰川凍土所凍土工程國家重點實驗室年報.1993，（3）：165-172.

作者簡介：張志敏，吉林大學建設工程學院，研究方向：巖土力學。endprint

摘要：本文簡述了凍土動力學的發展現狀及研究進展。分析了凍土的動彈性模量及測試方法，凍土強度和破壞試驗的研究，對凍土動力學研究方向進行展望。

關鍵詞：凍土動力學；研究現狀；展望

中圖分類號：P642.14文獻標識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-96-1

1凍土動力學的研究現狀

H.A.崔托維奇1930年出版《凍土力學》奠定了凍土研究的基礎。凍土動力學是凍土力學的一個分支學科，在近些年來的研究中被逐漸重視起來。我國學者從上世紀90年代初就開始研究凍土的動力學特性，而國外對于這一方面的研究還要更早于我國。對于測試方法的研究，主要包括循環三軸試驗、超聲波無損測試、循環單軸試驗等。這些實驗主要進行動彈性模量、阻尼比、動泊松比等動參數的測定。對于動彈模影響主要有以下因素：

首先是最大應力的影響。若起始應力接近于零，根據統計回歸的資料表明，動彈模受到這一因素的影響效果并不明顯。因此，可不予考慮最大應力的影響。其次是應變問題的影響。隨著應變的增長，動彈模的變化呈直線減小，其減小的幅度會受到凍土溫度的影響，凍土溫度降低其減小的幅度增大。再次是頻率方面的影響。動彈模的變化隨頻率增快而增大，其變化的趨勢接近于對數曲線。最后是溫度的影響。溫度越低動彈模越大，當頻率較高達到5Hz時，動彈模增大的趨勢呈現出斜率逐漸減小趨于平緩；當頻率較低達到0.IHz時，其增大的趨勢與高頻時剛好相反。通過統計回歸可以得到如下方程：

3測試技術

凍土的動力學中的典型參數主要四種，即泊松比μ，動彈性模量E，動剪切模量G，和阻尼比η。目前動三軸試驗法，共振柱法和波速法被廣泛地用在凍土力學參數測試中。

動三軸實驗法具有一定的適用范圍，一般在大應變（10-4-10-1），低頻率（零點幾赫茲到十幾赫茲）范圍內較為適用。由于該種實驗方法能夠較好的對地震動荷載進行模擬，因此這種實驗方法在實際中得到了廣泛的應用。動單軸試驗與動三軸實驗的不同之處在于其不施加圍壓，根據不同的加載方式，可以將動單軸實驗分為兩種類型，分別為恒應變速率等幅動應變振動試驗（即強度試驗）和恒應力幅值動荷載（即蠕變試驗）。共振柱法適用范圍與動三軸實驗相反，其更適用于應變較小，一般為10-5-10-3的范圍內，頻率較高，一般為幾赫茲到幾百赫茲的范圍，是一種無損檢測方法。試樣的動模量與共振頻率，邊界條件，試樣尺寸有關，其計算公式為：

式中：fn為共振頻率。阻尼比通過自振法得到，即給試件施加一個初始角位移，之后，突然釋放，試樣就處于自由振動狀態，計算公式為：

4展望

凍土動力學應該在以下幾個方面展開深入研究：首先，因為凍土結構和動荷載都十分復雜，所以凍土的本構關系確定起來比較困難，應發展粘彈塑損傷斷裂本構模型。其次模型試驗具有很大的優點，其聯系了室內試驗結果和工程實際，應給予足夠重視?？傊氩粩喟l展完善凍土的動力學，擴展在工程實踐中的應用范圍，就需要將室內試驗，模型試驗，現場原位試驗，和實際工程檢測緊密結合在一起。

參考文獻

[1]崔托維奇，張長慶，朱元林譯.凍土力學，北京：科學出版社，1983.

[2]朱元林，趙淑萍，何平，等.凍土的動彈性參數試驗研究[J].中國科學院蘭州冰川凍土研究所凍土工程國家重點實驗室年報，1998，（8）：27-32

[3]何平.飽和凍結粉土的動力特性[D].中國科學院碩士研究生畢業論文，蘭州：中國科學院蘭州冰川凍土所凍土國家重點實驗室，1992.

[4]張長慶，何平，羅曼等.振動荷載作用下長期強度評價[J].中國科學院蘭州冰川凍土所凍土工程國家重點實驗室年報.1993，（3）：165-172.

作者簡介：張志敏，吉林大學建設工程學院，研究方向：巖土力學。endprint

摘要：本文簡述了凍土動力學的發展現狀及研究進展。分析了凍土的動彈性模量及測試方法，凍土強度和破壞試驗的研究，對凍土動力學研究方向進行展望。

關鍵詞：凍土動力學；研究現狀；展望

中圖分類號：P642.14文獻標識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-96-1

1凍土動力學的研究現狀

H.A.崔托維奇1930年出版《凍土力學》奠定了凍土研究的基礎。凍土動力學是凍土力學的一個分支學科，在近些年來的研究中被逐漸重視起來。我國學者從上世紀90年代初就開始研究凍土的動力學特性，而國外對于這一方面的研究還要更早于我國。對于測試方法的研究，主要包括循環三軸試驗、超聲波無損測試、循環單軸試驗等。這些實驗主要進行動彈性模量、阻尼比、動泊松比等動參數的測定。對于動彈模影響主要有以下因素：

首先是最大應力的影響。若起始應力接近于零，根據統計回歸的資料表明，動彈模受到這一因素的影響效果并不明顯。因此，可不予考慮最大應力的影響。其次是應變問題的影響。隨著應變的增長，動彈模的變化呈直線減小，其減小的幅度會受到凍土溫度的影響，凍土溫度降低其減小的幅度增大。再次是頻率方面的影響。動彈模的變化隨頻率增快而增大，其變化的趨勢接近于對數曲線。最后是溫度的影響。溫度越低動彈模越大，當頻率較高達到5Hz時，動彈模增大的趨勢呈現出斜率逐漸減小趨于平緩；當頻率較低達到0.IHz時，其增大的趨勢與高頻時剛好相反。通過統計回歸可以得到如下方程：

3測試技術

凍土的動力學中的典型參數主要四種，即泊松比μ，動彈性模量E，動剪切模量G，和阻尼比η。目前動三軸試驗法，共振柱法和波速法被廣泛地用在凍土力學參數測試中。

動三軸實驗法具有一定的適用范圍，一般在大應變（10-4-10-1），低頻率（零點幾赫茲到十幾赫茲）范圍內較為適用。由于該種實驗方法能夠較好的對地震動荷載進行模擬，因此這種實驗方法在實際中得到了廣泛的應用。動單軸試驗與動三軸實驗的不同之處在于其不施加圍壓，根據不同的加載方式，可以將動單軸實驗分為兩種類型，分別為恒應變速率等幅動應變振動試驗（即強度試驗）和恒應力幅值動荷載（即蠕變試驗）。共振柱法適用范圍與動三軸實驗相反，其更適用于應變較小，一般為10-5-10-3的范圍內，頻率較高，一般為幾赫茲到幾百赫茲的范圍，是一種無損檢測方法。試樣的動模量與共振頻率，邊界條件，試樣尺寸有關，其計算公式為：

式中：fn為共振頻率。阻尼比通過自振法得到，即給試件施加一個初始角位移，之后，突然釋放，試樣就處于自由振動狀態，計算公式為：

4展望

凍土動力學應該在以下幾個方面展開深入研究：首先，因為凍土結構和動荷載都十分復雜，所以凍土的本構關系確定起來比較困難，應發展粘彈塑損傷斷裂本構模型。其次模型試驗具有很大的優點，其聯系了室內試驗結果和工程實際，應給予足夠重視。總之要想不斷發展完善凍土的動力學，擴展在工程實踐中的應用范圍，就需要將室內試驗，模型試驗，現場原位試驗，和實際工程檢測緊密結合在一起。

參考文獻

[1]崔托維奇，張長慶，朱元林譯.凍土力學，北京：科學出版社，1983.

[2]朱元林，趙淑萍，何平，等.凍土的動彈性參數試驗研究[J].中國科學院蘭州冰川凍土研究所凍土工程國家重點實驗室年報，1998，（8）：27-32

[3]何平.飽和凍結粉土的動力特性[D].中國科學院碩士研究生畢業論文，蘭州：中國科學院蘭州冰川凍土所凍土國家重點實驗室，1992.

[4]張長慶，何平，羅曼等.振動荷載作用下長期強度評價[J].中國科學院蘭州冰川凍土所凍土工程國家重點實驗室年報.1993，（3）：165-172.

作者簡介：張志敏，吉林大學建設工程學院，研究方向：巖土力學。endprint