凍融循環(huán)作用下鹽漬土損傷模型的建立及驗(yàn)證

摘要：針對(duì)寒區(qū)鹽漬土結(jié)構(gòu)損傷問(wèn)題，選取吉林省西部鹽漬土作為研究對(duì)象，開(kāi)展凍融循環(huán)后試樣的三軸壓縮試驗(yàn)和掃描電鏡試驗(yàn)，并基于Weibull統(tǒng)計(jì)理論和Lemaitre 應(yīng)變等效假設(shè)理論，建立三軸壓縮狀態(tài)下凍土的損傷模型，并采用凍融循環(huán)后鹽漬土試樣的三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及已有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行適用性驗(yàn)證。結(jié)果表明：① 經(jīng)歷過(guò)凍融循環(huán)后的鹽漬土在不同圍壓下均為塑性破壞，應(yīng)力應(yīng)變表現(xiàn)為應(yīng)變硬化型，凍融過(guò)程中土體內(nèi)液體的相變及水鹽運(yùn)移是導(dǎo)致土體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的重要原因；② 構(gòu)建的損傷模型理論曲線與試驗(yàn)曲線吻合良好，能夠準(zhǔn)確描述凍融條件下土體的變形破壞過(guò)程，驗(yàn)證了該模型及模型參數(shù)確定方法的合理性與可靠性；③ 鹽漬土的結(jié)構(gòu)損傷能夠通過(guò)裂隙體現(xiàn)出來(lái)，在低圍壓條件下，裂隙寬度較大，損傷變量得到很好的體現(xiàn)，因此低圍壓下模型的模擬精度較高，說(shuō)明該模型在低圍壓條件下對(duì)含裂隙的細(xì)粒鹽漬土具有良好的適用性。研究成果可為同等性質(zhì)的淺層鹽漬土凍融損傷特性研究提供參考依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：凍土區(qū)； 鹽漬土； 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； 裂隙； 損傷模型

中圖法分類號(hào)： TU445

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.02.023

0 引 言

大量研究表明，季凍區(qū)土體表面和內(nèi)部在凍融循環(huán)作用下常發(fā)育大量裂隙，干旱氣候的影響也會(huì)使高黏粒含量土體在干濕循環(huán)作用下產(chǎn)生交錯(cuò)縱橫的干縮裂隙，因此裂隙黏土在自然環(huán)境中廣泛存在^［1-3］。裂隙土中的孔隙可以分成兩大類：一類為裂隙，另一類為裂隙之間土體中的孔隙。裂隙會(huì)導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使土體各向異性增強(qiáng)，土體強(qiáng)度弱化并且壓縮性增大，裂隙土中的水可以同時(shí)在上述裂隙網(wǎng)絡(luò)和土體中流動(dòng)，使土體的滲透性增大。上述裂隙土中存在的兩種不同尺寸的孔隙體系，使得滲流過(guò)程變得復(fù)雜。因此，對(duì)在凍融循環(huán)作用下鹽漬土的結(jié)構(gòu)損傷和損傷預(yù)測(cè)模型的研究顯得十分必要。

有研究表明，不同圍壓不同凍融循環(huán)次數(shù)下的碳酸鹽漬土經(jīng)過(guò)不固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)后的應(yīng)力應(yīng)變曲線均為應(yīng)變硬化型^［4］。在凍融循環(huán)后，碳酸鹽漬土試樣的內(nèi)摩擦角和黏聚力等均出現(xiàn)不同程度的降低，但破壞比表現(xiàn)為先降低然后增大。

目前，關(guān)于凍結(jié)鹽漬土本構(gòu)模型方面的研究較少，大部分研究集中在巖石的本構(gòu)模型方面。Yang等^［5］在不同的凍融循環(huán)次數(shù)下對(duì)賀蘭山巖進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，首次定義含聲發(fā)射參數(shù)的損傷變量并建立了損傷模型。楊濤等^［6］研究了不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下的砂巖強(qiáng)度變化規(guī)律，定義綜合凍融損傷變量，建立了砂巖的凍融損傷本構(gòu)模型，進(jìn)一步驗(yàn)證損傷模型的合理性。沈珠江^［7］運(yùn)用損傷理論對(duì)土體受損后的性質(zhì)進(jìn)行分析，并且用新的觀點(diǎn)分析，提出了用數(shù)值模擬定量描述土體受力后破損的過(guò)程。趙順利等^［8］對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)下的膨脹土進(jìn)行固結(jié)排水三軸試驗(yàn)，結(jié)果表明，膨脹土初始剛度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小，呈現(xiàn)負(fù)指數(shù)關(guān)系，并且通過(guò)膨脹土凍融循環(huán)后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建損傷模型，驗(yàn)證了膨脹土是否損傷變形與側(cè)限壓縮試驗(yàn)曲線和三軸壓縮曲線都具有較好的對(duì)應(yīng)性。邱恩喜等^［9］針對(duì)冰磧土進(jìn)行凍融循環(huán)條件下的三軸壓縮試驗(yàn)，采用鄧肯-張模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行適用性驗(yàn)證分析，結(jié)果表明在低圍壓條件下，模型模擬精度更高，適用性更好。

綜上所述，學(xué)者們對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)及巖石的凍融循環(huán)損傷的研究較為成熟，關(guān)于描述土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型研究得也非常完善，但對(duì)鹽漬土的凍融損傷理論模型方面的研究相對(duì)還不夠完善，且已有的凍融損傷本構(gòu)模型大多沒(méi)有考慮圍壓的作用。本文對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)下的鹽漬土進(jìn)行不同圍壓下的不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)，并且對(duì)吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣碳酸鹽漬土的結(jié)構(gòu)損傷及裂隙分布情況進(jìn)行微觀分析，與此同時(shí)，建立損傷模型并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)土樣

鹽漬土屬于區(qū)域性特殊土，吉林省西部存在大面積的鹽漬土，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)在白城市鎮(zhèn)賚縣有一處具有斑狀鹽漬化特征的草地。該處土體中發(fā)育大量裂隙，具有明顯的結(jié)構(gòu)性，土體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的凍融循環(huán)產(chǎn)生裂隙，形成蒜瓣土，是一種不良結(jié)構(gòu)土^［10-12］。

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得該淺層土體易溶鹽含量大于0.3%，為鹽漬土。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖深度越大結(jié)構(gòu)性越明顯，土體顆粒分布極不均勻，具有明顯的各向異性，并且含有大量的砂團(tuán)和砂柱，這些均可作為鹽漬土中水鹽運(yùn)移的通道。本文對(duì)該季凍區(qū)鹽漬土進(jìn)行微觀試驗(yàn)研究，采用烘干法測(cè)定研究區(qū)鹽漬土的易溶鹽總量，得到40 cm深度處易溶鹽（碳酸鹽）含量最高^［12］，故選取40 cm深度的鹽漬土作為試驗(yàn)的研究對(duì)象。

將所取土樣混合均勻后制備成與擾動(dòng)樣大小、含水率相同的土樣作為重塑土樣。此次所取樣品的基本物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所列。

試驗(yàn)依據(jù)GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》^［13］要求，進(jìn)行篩析試驗(yàn)與靜水沉降試驗(yàn)測(cè)定試驗(yàn)土樣的粒度成分（圖1）。土樣粒徑的百分含量如表2所列，粉粒和黏粒占比高達(dá)90%左右，砂粒含量最少。根據(jù)DT—92《土工試驗(yàn)規(guī)程》^［14］將土體定名為粉質(zhì)輕黏土。

1.2 SEM試驗(yàn)

為了觀察經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)的鹽漬土試樣的微觀裂隙發(fā)育結(jié)構(gòu)，對(duì)經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)后的鹽漬土樣品進(jìn)行SEM測(cè)試。

1.3 三軸試驗(yàn)

試驗(yàn)依據(jù)GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》^［13］要求配置重塑土三軸試樣，經(jīng)過(guò)烘干的鹽漬土需碾碎，過(guò)2 mm篩，依據(jù)20%的最優(yōu)含水量，碳酸鹽含量為天然含鹽量0.45%的條件，將土充分混合均勻，裝入密封袋中，并放置在保濕器內(nèi)24 h。按照90%的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，將土分層填入擊實(shí)筒中進(jìn)行樣品制備。本文使用的擊實(shí)筒高度為100 mm，直徑為50 mm。樣品制備完成后，采用專業(yè)削樣器削成直徑為39.1 mm、高度為80 mm的標(biāo)準(zhǔn)三軸圓柱試樣。

為了查明研究區(qū)鹽漬土的結(jié)構(gòu)成因，先設(shè)計(jì)了凍融循環(huán)試驗(yàn)。采用快速凍融箱進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)研究區(qū)的溫度變化，以-20 ℃作為試樣的凍結(jié)溫度，20 ℃為融化溫度，當(dāng)試樣溫度降到-20 ℃再上升到20 ℃時(shí)為一次完整的凍融循環(huán)。根據(jù)已有學(xué)者的研究^{［12，15-17］}，在凍融3～7次后土樣強(qiáng)度變化逐漸趨于平緩，故選取凍融循環(huán)次數(shù)分別為 0，1，3，5，10，30，60次。

采用應(yīng)變控制式三軸儀對(duì)凍融循環(huán)后的試樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)，應(yīng)變速率為0.6 mm/min，圍壓分別設(shè)定為100，200，300 kPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 SEM結(jié)果分析

對(duì)上述經(jīng)歷過(guò)凍融循環(huán)試驗(yàn)的試樣進(jìn)行掃描電鏡試驗(yàn)。圖2為不同凍融循環(huán)次數(shù)下放大倍數(shù)均為800的掃描電鏡圖像。由圖2可知，未經(jīng)歷凍融的擊實(shí)土樣非常密實(shí)、平整，觀察到試樣土體呈現(xiàn)團(tuán)聚-絮凝狀結(jié)構(gòu)且無(wú)明顯裂隙，僅有少數(shù)微小孔隙發(fā)育。凍融循環(huán)一次后，試樣土體基本變成團(tuán)聚狀結(jié)構(gòu)且裂縫發(fā)育。經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)10 次后的鹽漬土試樣破碎較均勻，土體裂隙大，并觀察到在裂隙內(nèi)部起連結(jié)作用的鹽結(jié)晶，這些鹽結(jié)晶的連結(jié)作用會(huì)使土體強(qiáng)度增加^［18］。

2.2 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

不同凍融循環(huán)次數(shù)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示。試樣在不同圍壓下均表現(xiàn)為塑性破壞，應(yīng)力應(yīng)變形式為應(yīng)變硬化型。凍融循環(huán)改變了土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響鹽漬土的力學(xué)性能，這是因?yàn)楫?dāng)鹽漬土中溫度低于凍結(jié)溫度時(shí)，土體孔隙中的液體發(fā)生相變，并在溫差作用下發(fā)生水鹽遷移，引起土體凍脹，試樣內(nèi)部土顆粒間的連結(jié)遭到破壞，在試樣融化后試樣內(nèi)部的孔隙率變大，導(dǎo)致試件的強(qiáng)度降低，這一現(xiàn)象可通過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變曲線直觀表現(xiàn)出來(lái)，曲線的峰值強(qiáng)度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低^［19］。由圖2也可以看出，隨著凍融次數(shù)的增加，土體內(nèi)部產(chǎn)生的裂隙也越來(lái)越大，使得土體強(qiáng)度降低。隨著圍壓的增大，試樣的主應(yīng)力差增大，此時(shí)高圍壓使得試件內(nèi)部土顆粒之間發(fā)生更為緊密的連結(jié)，從而提高了試樣的強(qiáng)度。

2.3 鹽漬土強(qiáng)度分析

不同圍壓下鹽漬土極限強(qiáng)度與凍融次數(shù)的關(guān)系曲線如圖4（a）所示。同一凍融次數(shù)下鹽漬土的極限強(qiáng)度隨著圍壓的增加而增大，這是由于外部圍壓通過(guò)擠壓試樣內(nèi)部土顆粒，使得土體內(nèi)部部分裂隙閉合從而提高了土體的強(qiáng)度，從而削弱了凍融導(dǎo)致的損傷^［9，20］。

凍融循環(huán)次數(shù)與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系如圖4（b）所示。土體內(nèi)摩擦角受凍融循環(huán)次數(shù)的影響較小，在短期凍融循環(huán)周期（1～10次）內(nèi)，隨著凍融次數(shù)的增加，土體結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致土體破碎成小土粒，增加了土粒之間的接觸點(diǎn)數(shù)量，從而增大了內(nèi)摩擦角。在短期凍融循環(huán)周期（1～10次）內(nèi)，黏聚力隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而急劇下降，這是由于隨著溫度的降低，土體內(nèi)溶液由液相變?yōu)楣滔?，產(chǎn)生凍脹，導(dǎo)致土體的體積和土顆粒間的間距變大，黏聚力減小。經(jīng)過(guò)10次循環(huán)后，土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，黏聚力和內(nèi)摩擦角的變化也趨于穩(wěn)定。

3 裂隙土應(yīng)變硬化特點(diǎn)

利用曲線擬合確定土體的損傷門檻值，分析圍壓與初始損傷應(yīng)力門檻值的關(guān)系^［1］。圖5為含初始損傷的鹽漬土應(yīng)變硬化模型曲線，可得在圍壓分別為100 kPa和300 kPa條件下凍融60次的初始損傷值。對(duì)土體施加荷載，土體產(chǎn)生的應(yīng)變隨著應(yīng)力的增加而增加，轉(zhuǎn)折點(diǎn)Q可以認(rèn)為是土體的初始損傷點(diǎn)，圍壓的增加使得土體內(nèi)部部分裂隙閉合，土體強(qiáng)度增加，初始損傷點(diǎn)也隨之增大。

對(duì)圖5中應(yīng)力應(yīng)變曲線在不同圍壓下各取兩組應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)值，進(jìn)一步作圖得到圖6。圖6中，Q1，Q2分別為圍壓100 kPa和300 kPa條件下，經(jīng)過(guò)60次凍融循環(huán)后試樣的初始損傷應(yīng)力值，Q3，Q4是在圖5中取得的兩組更大數(shù)據(jù)?？傻玫絿鷫?00 kPa下的初始損傷應(yīng)力值是圍壓100 kPa條件下的3倍左右。結(jié)合圖5和圖6分析可知，土體初始損傷應(yīng)力值的增加是由于圍壓從100 kPa增大到300 kPa的過(guò)程中，土體內(nèi)部受到外力的擠壓，使得內(nèi)部產(chǎn)生的裂隙會(huì)縮小甚至“愈合”^［1］，上文分析的極限強(qiáng)度隨圍壓的變化也體現(xiàn)出“愈合效應(yīng)”。

4 凍融循環(huán)作用下的鹽漬土損傷模型

4.1 凍融損傷模型的建立

季凍區(qū)鹽漬土經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后土體內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)不同的損傷，內(nèi)部存在裂隙。假設(shè)裂隙在飽和狀態(tài)下沒(méi)有體積變化，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，鹽漬土土體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生更多的無(wú)規(guī)則裂隙，鹽漬土本身的力學(xué)性能也會(huì)產(chǎn)生不同程度的降低，可以采用Weibull 分布函數(shù)來(lái)描述巖土體內(nèi)部損傷規(guī)律^［21-22］，其概率密度函數(shù)為

P（F）=mF0（F/F0）^m-1exp［-（F/F0）m］（1）

式中：m、F0為Weibull分布參數(shù)，F(xiàn)為微元的強(qiáng)度。

計(jì)算函數(shù)前需要先確定損傷變量，由于土體顆粒非常微小，為了便于分析，假定一個(gè)土體顆粒為一個(gè)土體微元。土體損傷破壞的過(guò)程實(shí)際上是巖土體內(nèi)部孔隙裂隙產(chǎn)生并貫通的過(guò)程，它是由局部微元破壞引起的。假定微元體破壞數(shù)記為Nt，已破壞的微元數(shù)目Nt與總微元數(shù)目N的比值為土體的損傷變量D，其計(jì)算式如下：

D=Nt/N（2）

假定在應(yīng)力區(qū)間［F，F(xiàn)+dF］內(nèi)土樣達(dá)到屈服強(qiáng)度，此時(shí)可以計(jì)算土樣內(nèi)已經(jīng)破壞的微元數(shù)量總和^［23］，記為Nt（F），計(jì)算公式如下：

Nt（F）=∫F0NP（x）dx（3）

將式（1）代入到式（3）進(jìn)行化簡(jiǎn)再代入到式（2）可以得到損傷變量D：

D=1-exp［-（F/F0）m］（4）

本文采用常規(guī)三軸試驗(yàn)即σ2=σ3，根據(jù)Lemaitre的應(yīng)變等價(jià)性原理建立三軸壓縮狀態(tài)下鹽漬土損傷本構(gòu)關(guān)系^［24］。

σ1=Eε1（1-D）+2μσ3（5）

式中：E為彈性模量，μ為泊松比。UU三軸剪切試驗(yàn)中，試樣體積不變，泊松比應(yīng)為0.50，為了保證數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性，泊松比取0.49^［25］。

土體微元的強(qiáng)度準(zhǔn)則采用D-P準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，它可以較好地描述凍土在應(yīng)力作用下的變形與強(qiáng)度演化規(guī)律^［26］，即土體微元強(qiáng)度F可用式（6）表示：

F=J*2+αI*1（6）

式中：α為土體微元強(qiáng)度參數(shù)，I*1和J*2分別為有效應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力第一不變量和偏應(yīng)力第二不變量，其表達(dá)式如下：

α=2sinφ3（3-sinφ）（7）

I*1=σ*1+σ*2+σ*3（8）

J*2=［（σ*1-σ*2）2+（σ*1-σ*3）2+（σ*2-σ*3）2］/6（9）

三軸試驗(yàn)中，測(cè)得應(yīng)力σ1，σ2，σ3（σ2=σ3） 和應(yīng)變?chǔ)?，對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力為σ*1，σ*2，σ*3（σ*2=σ*3）。由虎克定律可得：

ε1=（σ*1-2σ*3）/E（10）

σ*1=σ1/（1-D）（11）

σ*2=σ*3=σ3/（1-D）（12）

將式（10）～（12）代入式（8）～（9）可得：

I*1=Eε1（σ1+2σ3）（13）

J*2=Eε1（σ1-σ3）3（σ1-2μσ3）（14）

由式（13）～（14）得出由表觀應(yīng)力表示的凍土強(qiáng)度為

F=αI*1+J*2 =2sinφ3（3-sinφ）Eε1（σ1+2σ3）（σ1-2μσ3）+Eε1（σ1-σ3）3（σ1-2μσ3） =Eε13（σ1-2μσ3）2sinφ（σ1+2σ3）3-sinφ+（σ1-σ3）

（15）

將式（15）代入式（4）中可得：

D=1-exp［-（F/F0）m］ =1-exp-Eε13（σ1-2μσ3）2sinφ（σ1+2σ3）3-sinφ+（σ1-σ3）F0m（16）

4.2 模型參數(shù)的確定

構(gòu)建的損傷模型需要確定E（彈性模量）、φ（內(nèi)摩擦角）、F（土體微元強(qiáng)度）、D（損傷變量）、m和F0（分布參數(shù)）6個(gè)參數(shù)?；谌S試驗(yàn)結(jié)果可以確定上述參數(shù)。根據(jù)不同凍融循環(huán)次數(shù)下鹽漬土三軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線（圖3），取直線段的斜率為彈性模量。內(nèi)摩擦角由2.3節(jié)可得。將已知數(shù)據(jù)代入式（15）求得F值。

將式（5）進(jìn)行變形可得：

σ1=Eε1（1-D）+μ（σ2+σ3）=Eε1exp［-（F/F0）m］+2μσ3（17）

有：

σ1-2μσ3Eε1=exp（-F/F0）m（18）

于是有：

-lnσ1-2μσ3Eε1=ln（F/F0）m（19）

再進(jìn)一步變形^［27］可得：

ln{-ln［（σ1-2μσ3）/（Eε1）］}=mlnF-mlnF0（20）

令：

Y=ln{-ln［（σ1-2μσ3）/（Eε1）］}

X=lnF

K=-mlnF0（21）

由此，可得線性函數(shù)：

Y=mX+K（22）

損傷本構(gòu)關(guān)系建立的關(guān)鍵在于 Weibull 分布參數(shù)m及F0的確定。由上述求得的F值代入式（22），采用擬合的方法可以得到參數(shù)m，K。由K值可計(jì)算得到F0值。

4.3 模型的驗(yàn)證

將表3的模型參數(shù)代入式（4）～（5）中可計(jì)算并繪制凍融循環(huán)后鹽漬土的應(yīng)力-應(yīng)變理論曲線，將其與試驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖7所示。

如圖7所示，在3種圍壓條件下模型曲線與試驗(yàn)曲線所呈現(xiàn)的變化規(guī)律基本相同，擬合度較高。兩種曲線均表現(xiàn)為先快速增長(zhǎng)后平穩(wěn)并帶有下降的趨勢(shì)，且100 kPa條件下的擬合度最高，說(shuō)明所建立的損傷模型能夠較準(zhǔn)確反映季凍區(qū)淺層鹽漬土的應(yīng)力應(yīng)變特性，且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，模型的吻合度增高。這是由于隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，土體裂隙發(fā)展得越均勻豐富，損傷變量D可以得到更好的體現(xiàn)，進(jìn)而使模型的吻合度更高。而在高圍壓條件下，土體內(nèi)部部分裂隙閉合，土體強(qiáng)度增強(qiáng)，土體的應(yīng)力損傷門檻值大大提高^［1］，從而影響模型模擬的結(jié)果，使得模型吻合度下降。

用本文推導(dǎo)的模型對(duì)文獻(xiàn)［28］中100 kPa圍壓條件下的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，得到的模型參數(shù)及結(jié)果如圖8所示。由圖8可知模型曲線與試驗(yàn)曲線擬合度較好，進(jìn)一步證明該模型對(duì)低圍壓條件下的細(xì)粒鹽漬土具有良好的適用性。

5 結(jié) 論

（1） 依據(jù)應(yīng)變強(qiáng)度理論和Weibull分布函數(shù)建立的本構(gòu)模型可以反映凍融循環(huán)作用后鹽漬土的應(yīng)變硬化特征，低圍壓條件下，模擬得到的鹽漬土在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與試驗(yàn)結(jié)果擬合較好。

（2） 隨著圍壓的增加，土體內(nèi)部受到擠壓，部分裂隙會(huì)縮小甚至“愈合”，土體初始損傷應(yīng)力值增大。土體的極限強(qiáng)度隨圍壓的變化也體現(xiàn)出試樣的“裂隙愈合效應(yīng)”。

（3） 高圍壓條件下，由于土體內(nèi)部裂隙閉合，土體的應(yīng)力較高，計(jì)算得到的模型擬合度并不穩(wěn)定，說(shuō)明該模型更適用于低圍壓條件下的鹽漬土損傷分析。

（4） Weibull分布函數(shù)可以較好地描述低圍壓環(huán)境下鹽漬土內(nèi)部的凍融損傷規(guī)律，尤其適用于裂隙發(fā)育明顯的土體。

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（編輯：鄭 毅）

Establishment and verification of damage model for saline soil under freeze-thaw cycle

XIE Bohan¹，KONG Yuanyuan¹，ZHANG Xuefei²，SUN Dongyan³，WANG Zhihui¹

（1 School of Highways，Chang′an University，Xi′an 710064，China； 2.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd.，Ji′nan 250098，China； 3.College of Urban Geology and Engineering，Hebei University of Geosciences，Shijiazhuang 050022，China）

Abstract： Aiming at structural damage problems of saline soil in cold regions，the saline soil （in western Jilin Province） subjected to freeze-thaw cycles was selected as the research object to carry out triaxial compression experiments and scanning electron microscope experiment.Based on the Weibull statistical theory and Lemaitre strain equivalent hypothesis theory，a damage model of frozen soil under triaxial compression was established.In addition，the triaxial test data of saline soil samples and the existing literature data were used to verify the proposed model.The results show that：① Saline soil samples after freeze-thaw cycles manifest plastic failure under different confining pressures，and the stress-strain relation is strain hardening type.The phase change of the liquid in the soil and the migration of water and salt during the freeze-thaw process are important triggers for the change of soil strength and structure.② Theoretical curve of the damage model is highly fitted with the experimental curves，which can accurately describe the deformation and failure process of the soil under freeze-thaw conditions，verifying the rationality and reliability of the model and the model parameter determination method.③ The structural damage of saline soil can be reflected by cracks.In the tests，under low confining pressures，the large crack width well reflects the damage variable，indicating that the simulation accuracy of the model is relative high under low confining pressure.So it is concluded that the model has good applicability to fine-grained saline soil with cracks under low confining pressure.The results can provide reference for studying freeze-thaw damage characteristics of shallow saline soil with the same properties.

Key words： permafrost region； saline soil； structural strength； crack； damage model