不同溫控曲線對石灰改良黃土強度影響研究

解邦龍， 張吾渝，3， 孫翔龍， 劉樂青， 劉成奎

（1.青海大學土木工程學院，青海西寧 810016； 2.青海省建筑節能材料與工程安全重點實驗室，青海西寧 810016； 3.青海省高原綠色建筑與生態社區重點實驗室，青海西寧 810008； 4.青海省建筑建材科學研究院有限責任公司，青海西寧 810008）

0 引言

凍融循環作用通過影響土體內部水相變而導致土體強度劣化和基礎結構損害等問題，而青海季節性凍土地區分布廣泛[1］，凍融循環作用作為季凍區常見的物理作用之一，會對地基產生不均勻沉降、凍脹裂縫等常見的工程問題，影響建筑的正常使用。與此同時，青海黃土面積分布廣泛，濕陷性等級高且土層厚，同樣危害著本地區的工程建設，兩者作用的雙重影響對工程設計、施工提出更高的要求。

為減少凍融循環作用所帶來的危害，許多學者研究凍融循環作用對黃土性能的影響規律，發現凍融過程中水力重分布、凍融循環次數及溫度是對土體力學性能影響較大的因素[2-3］，Zhou等[4］通過對長期凍融黃土進行試驗研究，發現凍融循環次數對黃土的強度影響較大，循環次數越多，試樣的后期強度變化趨于穩定；胡田飛等[5］研究發現凍融過程中隨著溫度的降低，土體的凍脹和凍縮逐漸減小，而強度先減小后增大；張翻等[6］基于Johansen 法反演不同溫度時未凍含水量的變化，發現隨著土體溫度的降低，未凍水含量、土水勢等先減小后趨于穩定。由此看出，凍融循環過程中循環次數對土體性能影響較大。

同時，實際工程中為處理黃土的不良性質通常采用換土墊層法進行處理，常以2∶8 灰土和3∶7 灰土作為墊層材料而保證地基土承載力滿足設計和施工要求。因此，許多學者采用石灰或其他改性材料研究土體的改良性能，張磊等[7］、楊晴等[8］對改性生土材料進行凍融循環試驗后測定其力學特性，研究發現凍融前后改性生土材料的強度較素土有所提高，且隨著改性材料摻量的增加其強度提高；周宇等[9］采用石灰對紅層進行改良，發現摻入石灰可以提高紅層的抗壓強度，且隨著摻量的增加其無側限抗壓強度增大；胡再強等[10］通過對凍融循環后石灰改性黃土進行固結排水剪切試驗，研究發現隨著循環次數的增加，改性黃土的強度呈下降趨勢，隨著石灰摻量的增加，其應力-應變曲線由弱硬化型向弱軟化型過渡；Zhang 等[11］以石灰改良黃土進行凍融循環試驗和三軸剪切試驗，結果發現隨著凍融循環次數的增加其強度降低，但強度有所波動；Nguyen等[12］以石灰改良細粒土為研究對象，經歷凍融循環后進行無側限抗壓強度試驗和微觀試驗，發現由于凍融作用試樣內部冰晶體形態的變化導致其強度降低，但石灰可以提高土體的抗凍融性。

凍融循環作用不僅對土體的宏觀力學產生影響，而且也影響土體的微觀結構，許建等[13-15］研究發現凍融作用對原狀黃土結構的破壞較重塑黃土嚴重，但凍融作用使土體內部顆粒排列疏松、膠結強度變差；陳鑫等[16］對重塑黃土進行微觀試驗發現，隨凍融循環次數的增加黃土孔隙率先增加后減小且趨于穩定。以微觀試驗結果為依據分析凍融循環對土體內部結構、成分及顆粒、孔隙影響的研究逐漸深入。

綜上所述，凍融循環次數等條件對土體性能的影響較為顯著，以往研究采用恒溫凍結、恒溫融化的凍融循環試驗，而模擬實際氣候變化的凍融循化試驗研究不足。本試驗為模擬氣候變化設定不同溫控曲線，研究不同溫控曲線對石灰改良黃土力學性能的影響。通過無側限抗壓強度試驗、凍融循環試驗和微觀試驗對石灰改良黃土的力學性能和微觀結構進行試驗研究，研究結論將為青海季節性地區地基處理工程提供參考，為凍融循環試驗中溫控曲線的設定提供參考。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

試驗所用黃土取自青海省西寧市城北區某場地，如圖1 所示，地理位置為101.753 E，36.754 N，黃土的基本物理性質如表1所示，擊實曲線、顆粒篩分曲線及化學組分如圖2、圖3 和圖4 所示。該黃土的不均勻系數為20，曲率系數為0.242，屬于顆粒級配不良土。

表1 土的基本物理性質指標Table 1 Basic physical properties of soil

圖1 取土場地位置Fig.1 The location of the borrow site

由黃土的XRD 衍射譜圖（圖4）發現，黃土中存在較多的特征衍射峰，以SiO2、CaCO3、Fe2O3和Al2O3物質為主要礦物成分。

圖4 黃土的XRD衍射圖Fig.4 XRD diffraction pattern of loess

試驗所用熟石灰基本物性參數如表2，顆粒分布曲線如圖3，采用Mastersizer 2000 激光粒度分析測試儀對熟石灰的粒度分布進行分析，發現熟石灰的中值粒徑d（0.5）=8.034，黃土為d（0.5）=31.484，熟石灰的中值粒徑較少。熟石灰的化學組分如圖5所示，熟石灰中以Ca（OH）2為主要成分，但由于空氣中含有CO2和H2O，與Ca（OH）2結合轉化為碳酸鈣晶體（CaCO3），因此通過X 射線衍射譜圖可以發現熟石灰中以CaCO3為主要礦物成分。

圖5 熟石灰的XRD衍射圖Fig.5 XRD diffraction pattern of lime

表2 熟石灰的基本物性參數Table 2 Basic physical parameters of lime

圖3 試樣的顆粒篩分曲線圖Fig.3 The curve of grain size distribution of sample

按體積比配制灰土試樣，其基本性質如表1 所示，擊實曲線匯總于圖2 中。將黃土碾碎放入烘箱（烘箱溫度為110 ℃）烘8 h，再將黃土過2 mm 分析篩，以黃土的最優含水率和最大干密度為控制變量，采用壓實度為97%，按2∶8 和3∶7 的體積比配制灰土，配制試樣時需先將體積比換算為質量比，以保證試樣的精準性。將配制的土樣靜置24 h后用三瓣膜制樣，采用分層擊實法制成直徑為39.10 mm，高為80.00 mm的標準試樣。同時，為保證凍融過程中試樣含水率一定，采用保鮮膜包裹、密封袋密封的方式使試樣處于封閉環境。所采用的灰土試樣不進行養護，因而將制備好的試樣放入凍融箱進行凍融試驗，同時，將未凍融的試樣進行無側限抗壓強度試驗，保證所有試樣的試驗時機一致。

圖2 試樣的擊實曲線Fig.2 Compaction curve of sample

在試樣制備過程中，為保證試驗結果離散型較小，每組試驗將設置平行試樣，每個試樣的干密度相差不超過0.01 g·cm-3，含水率相差不超過0.1%。

微觀試樣制備是將達到預定凍融循環次數后的灰土試樣放入烘箱烘干，以試樣中心截面為標準制作微觀試樣，微觀試樣尺寸為長×寬×高=2 cm ×1 cm ×1 cm，并在中間位置刻細槽，在進行掃描電鏡試驗時便于掰斷取試樣的天然斷面作為掃描截面。

1.2 試驗方案

將制備好的試樣進行凍融循環試驗，儀器采用凍脹循環試驗箱（TMS9018—500）。為模擬青海省季節性地區氣候對于地基土體的影響，根據青海近五年冬季平均氣溫選擇凍融溫度，凍融循環次數設定為0 次、2 次、4 次、6 次、8 次、10 次、15 次和20 次，以凍結12 h、融化12 h為一次凍融循環。

由于外界環境溫度變化方式較復雜，青海地區的晝夜溫差較大（冬季晝夜溫度相差約17 ℃左右），因此，采用正弦曲線[圖6（a）］模擬每日地面溫度變化趨勢，同時當地氣溫也存在溫度持續降低的現象，將采用三角波[圖6（b）］進行模擬；而對地表以下的凍土層，地表溫度向地中傳播存在衰減和滯后[17］，溫度相對穩定，因而采用矩形波[圖6（c）］進行模擬。試驗中為模擬溫度變化方式且保證各因素變量對試驗結果的單一影響，以正弦曲線為標準[圖6（a）］，溫度設定為±15 ℃，將正弦曲線記做1#曲線，線性曲線分別記做2#、3#溫控曲線，采用公式（3）和（4）得到2#和3#溫控曲線所設定的溫度值。

圖6 試驗過程所設定的溫控曲線Fig.6 Temperature control curve set during the test

參照張國新[18］提出的熱積概念，在相同條件時儀器輸入總熱能（Q）與所經歷溫度（T）對時間（t）積分成正比，

以1#溫控曲線所模擬的溫度變化為標準，函數為

則利用公式（3）和（4）對2#和3#溫控溫度進行求解，得到各曲線的溫度值。

式中：k為三角波曲線的斜率；b為方形波曲線的截距。

利用式（3）和（4）計算得出2#溫控曲線所設定的溫度值為±19.1 ℃，3#溫控曲線所設定的溫度值為±9.55 ℃。待2∶8 灰土和3∶7 灰土試樣在1#、2#、3#溫控曲線下達到預定凍融循環次數后進行無側限抗壓強度試驗，儀器采用YYW-2 型無側限抗壓強度儀，研究不同溫控曲線及凍融循環次數對石灰改良黃土的無側限抗壓強度變化規律。同時，利用掃描電鏡儀、XRD 衍射儀和顆粒及裂隙圖像識別與分析系統（PCAS）對試樣進行微觀結果分析，得到SEM 圖像、XRD 譜圖和微觀定量參數，研究試樣的微觀結構變化規律。

2 結果與討論

2.1 無側限抗壓強度試驗

2.1.1 抗壓強度

凍融循環試驗中溫度場的變化規律存在差異，對灰土強度等性能產生不同影響。從圖6可以發現1#溫控曲線的溫度隨時間變化較平緩，臨界溫度的變化對土體強度和水分影響較小，經歷多次凍融循環作用后，內部水分對試樣強度的影響逐漸顯著，凍融循環次數越多，強度逐漸趨于穩定，因此強度損失率降低（相鄰凍融循環次數的強度損失率最大為10%左右）；針對2#、3#溫控曲線而言，凍結溫度和融化溫度的臨界溫度存在驟變現象，液態水與固態冰的相互轉化對灰土結構的破壞效果比1#溫控曲線顯著，強度損失率高（相鄰凍融循環次數的強度損失率最大達到15%~30%），其強度較1#溫控曲線試樣的強度損失較多。

圖7 所示為不同溫控曲線時灰土抗壓強度與凍融循環次數關系的變化曲線。從圖7 發現3∶7灰土的初始強度為437 kPa，2∶8 灰土的初始強度為342 kPa，3∶7 灰土初始強度相較于2∶8 灰土初始強度高，表明熟石灰體積占比越高，在同一標準下所制得試樣的強度越高，其性能相對較好。因此，采用相同溫控曲線和經歷相同次數的凍融循環作用時，3∶7灰土經歷凍融循環后的強度高于2∶8灰土凍融后的強度（由圖7發現）。

圖7 不同溫控曲線對灰土抗壓強度與凍融循環次數的關系曲線Fig.7 The relationship between different temperature control curves and the compressive strength of lime-improved loess and the number of freeze-thaw cycles

從圖7發現隨著凍融循環次數的增加，3∶7灰土和2∶8 灰土抗壓強度均呈現相同的變化規律，灰土抗壓強度隨凍融循環次數的變化規律主要呈現兩個階段，第一階段為凍融循環0~6次，隨著凍融循環次數的增加強度逐漸降低。經歷0~6次凍融循環過程中灰土強度隨凍融循環次數的增加而減小，說明水相變導致試樣的結構破壞，土顆粒間的黏結效果減弱，灰土內部孔隙增多，其強度劣化；第二階段為凍融循環8~20次，隨著凍融循環次數的增加強度提高且逐漸趨于穩定。當經歷8~20次凍融循環時，試樣強度隨凍融循環次數的增加逐漸提高，是由于凍融過程中水在自重作用和凍結力的影響下，水攜帶的微小土顆粒及礦物顆粒逐漸填充試樣內部孔隙，試樣相較于前期較密實，因而隨著凍融循環次數的增加，灰土強度提高，但強度始終小于未凍融試樣強度。凍融循環作用會改變土中粒徑和孔隙形狀，隨著凍融循環次數的增加強度會提高，對土顆粒間聯結存在強化作用[19］，凍融循環次數的增加對土體強度存在增強效果。

對凍融循環2 次和20 次3∶7 灰土試樣放大2 000 倍發現（圖8），在不同凍融循環次數的試樣中均存在針狀物質，說明土顆粒表面的礦物顆粒與熟石灰發生反應生成了不溶性水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣[20］，這些膠凝物質與土顆粒黏結會提高灰土的抗壓強度，隨著凍融循環次數的增加，灰土內部的化學反應也逐漸穩定，但由于土顆粒表面存在的活性礦物成分較少，化學反應主要發生于土顆粒表面，因而試樣內部生成的膠凝物質含量差異較小，從圖8 發現，凍融循環2 次和20 次時3∶7 灰土內部均存在膠凝物質，但凍融次數較少時內部膠凝物質呈現獨立分布為主，而凍融循環次數較多時以聚集分布為主，此時膠凝物質與土顆粒黏結緊密，獲得更高的強度。

圖8 不同凍融循環次數時3∶7灰土的SEM圖像（×2 000倍）Fig.8 SEM image of lime-improved loess（3∶7）under different freeze-thaw cycles（×2 000 times）

2.1.2 應力-應變曲線

當經歷0~6次凍融循環時，灰土的抗壓強度逐漸下降，由于經歷的凍融周期較短，反應生成的膠凝物質較少且未相互膠結，強度較低，此時凍融循環作用占主導地位；隨著凍融循環次數的增加（凍融循環次數8~20次），土顆粒的破損程度逐漸增強，與熟石灰的接觸面積增多，化學反應生成的膠凝物質增加，灰土的強度提高。因此選擇經歷凍融循環2次、6次、10次和20次后灰土的應力-應變曲線進行分析（圖9）。

從圖9 發現，3∶7 灰土和2∶8 灰土在經歷不同凍融循環次數后的應力-應變曲線呈現應變軟化特征，凍融循環次數較少時灰土的應力-應變曲線更傾向于應變弱軟化型，而隨凍融循環次數增加其應力-應變曲線向應變強軟化型過渡。因此，將灰土的應力-應變曲線可以分為三個階段，一為初始線彈性階段，該階段灰土的應力-應變呈現彈性變形；二為峰值前非線性階段，該階段灰土的應力隨著應變的增加而增大，試樣的抗壓強度達到其最大值；三為后峰值殘余階段，該階段灰土強度驟降且存在殘余應力，隨著軸向應變的不斷增加強度上下波動但逐漸趨于穩定。分析其原因發現在加載初期，當灰土受到豎向荷載時，外荷載對灰土結構產生破壞，土顆粒間孔隙減小，裂縫不斷壓密，此時灰土的應力-應變近似彈性變形階段；當荷載持續增加時，外荷載不足以破壞試樣的初始結構，隨著外荷載的增大，試樣表面開始出現裂縫，灰土的無側限抗壓強度達到峰值；當達到峰值抗壓強度后，試樣表面的裂縫不斷開展，當土體結構不足以抵抗外部荷載時試樣突然破壞，裂縫貫穿試樣內部，但在外荷載的約束下殘余強度仍可抵抗部分荷載，故應力-應變曲線呈現殘余變形階段。

對比分析圖9（a）~9（f）發現，試樣經歷1#溫控曲線時灰土的峰值抗壓強度相較于2#、3#溫控曲線時降低6%~12%左右，而2#、3#溫控曲線時的抗壓強度相差6.5%左右，表明2#、3#溫控曲線對試樣的凍融效果相似，對試樣的破壞程度較強，1#溫控曲線對試樣的破壞程度較弱。隨著凍融循環次數的增加，經歷不同溫控曲線時試樣破壞時的軸向應變有所不同，經歷1#溫控曲線時其軸向應變隨循環次數的增加前移，該溫控曲線模式下，所經歷的凍融次數越多，試樣達到峰值抗壓強度時的軸向應變越小，延性越差；而2#、3#溫控曲線時軸向應變后移，說明試樣延性有所增加，經歷2#、3#溫控曲線時試樣破壞的軸向應變大致相同。

圖9 不同溫控曲線時灰土的應力-應變關系曲線圖Fig.9 The stress-strain relationship curve of lime-improved loess under different temperature control curves

2.1.3 彈性模量

彈性模量是與強度相關的工程參數之一，因此根據陳濤[21］對初始彈性模量的解釋，將應力-應變曲線中初始變形階段內呈現線性變化階段的曲線為依據，獲得土體的初始彈性模量，圖10 給出了不同溫控曲線時2∶8 灰土和3∶7 灰土初始彈性模量與凍融循環次數間的關系曲線。

從圖10 中看出在不同溫控曲線下灰土的初始彈性模量呈指數形式遞減，隨著凍融循環次數的增加初始彈性模量減小，說明經歷凍融循環次數越多，試樣內部風化的土顆粒越多，膠凝物質與土顆粒間呈網狀分布，可壓縮性反而增加，灰土的彈性模量減小。同時，圖10 給出了對試驗結果的擬合曲線及對應的參數，發現經歷不同的溫控曲線時，2∶8 灰土和3∶7 灰土在經歷1#溫控曲線時初始彈性模量較小，2#溫控曲線和3#溫控曲線的初始彈性模量較大。

圖10 初始彈性模量與凍融循環次數間的關系曲線Fig.10 The relationship curve between the initial elastic modulus and the number of freeze-thaw cycles

2.2 SEM試驗

為更好地分析上述試驗結果的變化規律，對不同凍融循環次數和不同溫控曲線的灰土試樣進行掃描電鏡試驗，分析不同凍融循環次數時灰土微觀結構的變化規律。由于本試驗內容較多，而從宏觀力學角度分析發現，3∶7灰土和2∶8灰土存在相似的變化規律，試樣在凍融循環6 次時，強度最低，而后14 次凍融循環過程中強度逐漸提高，因此選取經歷凍融循環6 次和20 次的3∶7 灰土試樣進行微觀分析。

圖11 給出了不同溫控曲線時3∶7 灰土的SEM圖像。從圖11可以看出，試樣經歷相同的溫控曲線時，凍融循環6次時試樣內部以大孔隙為主，顆粒形態較為完整，土顆粒棱角分明，且土顆粒間以點-點和點-面接觸為主，熟石灰僅依附于土顆粒表面，未與土顆粒相互黏結。同時，由于水相變導致試樣內部存在很多微小顆粒，散亂分布于土顆粒表面與孔隙中，土顆粒間以鑲嵌排列為主，架空排列也存在微觀結構中；隨著凍融循環次數的增加，從SEM 圖像發現試樣內部逐漸密實，內部孔隙逐漸被細小顆粒填充，顆粒間的接觸方式向面-面接觸轉變，試樣能承受的強度提高，而凍融循環20次時試樣的掃描電鏡圖像反映出反復凍融循環作用對灰土結構具有破壞作用，但整體結構相較于凍融循環6 次時試樣的結構較密實，付翔宇等[22］對凍融循環后的富平黃土微觀結構研究發現，在經歷4 次凍融循環作用時，較大土顆粒分解，土顆粒間存在鑲嵌排列和架空排列；超過10 次凍融循環時，大量微小顆粒填充孔隙間，鑲嵌排列形式較多，這與本文微觀分析結果相似。

圖11 不同溫控曲線時3∶7灰土的SEM圖像（×500）Fig.11 SEM images of 3∶7 lime-improved loess under different temperature control curves（×500 times）

不同溫控曲線時灰土的微觀結構也存在差異性。1#溫控曲線溫度逐漸降低且更貼切實際工況，從微觀圖像發現1#曲線下試樣內部孔隙較大且細小顆粒分布較少，土顆粒形態較完整，內部顆粒排列較松散，而2#、3#溫控曲線的臨界溫度驟降，對土體的破壞程度較低，水分對于土顆粒的破壞效果明顯，內部以小顆粒為主，大顆粒較少。因此，從微觀結構發現1#溫控曲線對于土體結構的損傷程度較弱。

2.3 基于PCAS 分析軟件對SEM 圖像孔隙特征進行識別

采用顆粒及裂隙識別與分析系統（PCAS）對掃描電鏡圖像進行二值化處理，二值化處理后的部分圖像如圖12 所示，其中白色代表孔隙，黑色代表土體。同時，提取相關微觀特征參數（如分布分維、概率熵）對土體進行定量分析。PCAS 是通過進行種子運算和腐蝕運算，識別SEM 圖像上的各種種子孔隙，最終獲得真實孔隙[23］。從圖12 可以看出，凍融循環次數為6 次時圖像內部黑色部分較多，且土顆粒形態較為明顯；而凍融循環次數為20 次時的圖像內部白色部分較多，且相互連結，內部孔隙較多。

圖12 不同溫控曲線時3∶7灰土的二值化圖像Fig.12 The binary images of 3∶7 lime-improved loess under different temperature control curves

圖13給出了微觀參數概率熵、分形維數和平均形狀系數與凍融循環次數的關系曲線。概率熵是描述土體孔隙、顆粒分布有序性的參數，概率熵越接近于1，內部結構分布越無序；分形維數是描述土體內部顆粒和孔隙復雜性的參數，該值越大，其內部物質的分布越復雜、越密實；而平均形狀系數是對內部孔隙形態定量描述的參數，值越大孔隙形態越圓滑。通過圖13 發現，凍融前6 次時試樣內部孔隙以圓滑分布為主且內部結構排列疏松，分析其變化規律主要由于水相變導致其結構疏松，內部結構遭到持續破壞。而凍融到20次時，內部結構趨于穩定，概率熵、分形維數和平均形狀系數變化幅度較小，說明凍融循環次數的增加，對土體結構破壞的作用減弱，而細小顆粒在水分遷移和融沉作用下致使結構密實，顆粒間排列緊密且孔隙較少。

圖13 不同溫控曲線時灰土的微觀定量參數變化Fig.13 Changes of microscopic quantitative parameters of lime-improved loess under different temperature control curves

相較于2#、3#溫控曲線模式，1#溫控曲線模式下試樣的分形維數較小，平均系數較大，試樣內部結構更為疏松，內部孔隙形態也較為圓滑，2#、3#這2 種溫控曲線時灰土結構較密實，孔隙形態以狹長型為主，分布形態較復雜。

2.4 XRD試驗

從圖11 所示的SEM 圖像可以發現試樣內部存在很多細小顆粒依附于土顆粒表面，部分是由于凍融循環作用而剝落的細小土顆粒，部分是由于熟石灰和黃土內部物質間存在反應而生成膠凝物質。因此對試驗后的樣品粉末進行XRD試驗，對內部礦物成分進行分析。圖14 為凍融循環過程中不同摻量灰土的XRD圖譜。

圖14（a）和14（b）看出3∶7 灰土和2∶8 灰土中主要以SiO2和CaCO3為主，衍射峰主要集中于25°~30°之間。隨著凍融循環次數的增加，灰土強度有所變化，相較于初始的灰土特征衍射峰，凍融循環6次后SiO2和CaCO3衍射峰出現不同程度的減弱，其余礦物成分也存在細小的弱化。而凍融循環20次后，灰土中含有的衍射峰增強[24］，比較凍融循環后灰土衍射峰的變化幅度，發現凍融6次時其衍射強度最低。

圖14 凍融循環過程中灰土的XRD圖譜Fig.14 XRD image of lime-improved loess during freeze-thaw cycle

對比凍融前后灰土的礦物成分變化，發現凍融前灰土內含有較多的SiO2和CaCO3，隨著凍融循環作用對灰土內部礦物的影響，礦物成分逐漸減少，SiO2和CaCO3等對應的特征衍射峰減少，這是由于土顆粒表面的二氧化硅等活性礦物顆粒和熟石灰產生化學反應，消耗了部分的活性礦物成分（衍射角22°~30°，50°，70°左右），同時有一些新的特征衍射峰出現（衍射角30°，40°，50°左右），說明確有新的物質生成起到填充、膠結的作用。

3 結論

本文通過對3∶7 灰土和2∶8 灰土經歷不同溫控曲線時的無側限抗壓強度和微觀規律進行試驗，分析3 種溫控曲線對試樣性能的影響，得出以下幾點結論：

（1）不同摻量灰土的應力-應變曲線以應變軟化型為主，曲線可大致分為初始線彈性階段，峰值前非線性階段和后峰值殘余階段，且前6 次試樣的無側限抗壓強度隨凍融循環次數的增加逐漸降低，而繼續進行凍融循環后其強度有所上升。同時，1#溫控曲線對灰土強度的影響程度較弱，且溫控曲線的溫度變化更符合自然溫度變化對于土體性能的影響。

（2）隨凍融循環次數的增加，灰土內部顆粒的排列方式由點-點接觸、點-面接觸向面-面接觸轉變，凍融6 次時灰土內部相較于20 次時孔隙分布多且顆粒排列疏松。1#溫控曲線的溫度變化規律導致水對土體結構的影響作用較弱，對試樣強度的影響程度較弱，試樣微觀定量參數的變化幅度比其余溫控曲線較明顯。

（3）隨著凍融循環次數的增加，灰土的強度有所變化，相較于灰土的初始特征衍射峰，凍融循環6次后SiO2和CaCO3等衍射峰出現不同程度的減弱，其余礦物成分也存在細微的弱化，而凍融20 次后，灰土中含有的衍射峰有所增強。