漠河多年凍土單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

于皓琳，徐學(xué)燕，董鑒峰，陳學(xué)敏

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院哈爾濱150090;2.黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院哈爾濱150078)

凍土抗壓強(qiáng)度是凍土的主要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之一，它表示凍土壓縮破壞特征，對于凍土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工參數(shù)的確定有著重要的作用。國內(nèi)外學(xué)者對凍土單軸抗壓強(qiáng)度做過一些研究，如我國吳紫汪等人對西北凍結(jié)砂土、粉土進(jìn)行了單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，得出砂土的強(qiáng)度與土溫、含水量之間的關(guān)系［1－8］。黑龍江省漠河地區(qū)凍土抗壓強(qiáng)度研究尚未見報道，本文選取漠河地區(qū)粉質(zhì)黏土，研究其在含水量一定條件下，單軸抗壓強(qiáng)度與土體溫度的關(guān)系。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣制備

試驗(yàn)所用的土樣系在黑龍江省漠河縣東部的勁濤鎮(zhèn)內(nèi)多年凍土區(qū)鉆探取樣原狀凍土，其物理性質(zhì)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(zhì)描述

1.2 試驗(yàn)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(yàn)機(jī)上在恒變形速率下進(jìn)行單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中保持溫度不變。

2 結(jié)果及分析

各層凍結(jié)土體在受壓時，分別從試樣頂部向下和從試樣底部向上產(chǎn)生一條斜縫，沿斜截面發(fā)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(tài)如圖1、圖2所示。

圖1 第②層凍土－10℃單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

圖2 第③層凍土－10℃單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

各層凍土的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 各層凍土單軸抗壓強(qiáng)度

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到各層凍土抗壓強(qiáng)度與土溫的關(guān)系曲線，如圖3－圖5所示。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸得數(shù)據(jù)如表3所示。

圖3 第②層凍土的單軸抗壓強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

圖4 第③層凍土的單軸抗壓強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

圖5 第④層凍土的單軸抗壓強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

表3 各層凍土單軸抗壓強(qiáng)度回歸公式

凍土的單軸抗壓強(qiáng)度隨溫度的下降而呈線性增大，這是因?yàn)殡S著溫度的降低，凍土中未凍水轉(zhuǎn)化為冰的數(shù)量增多，土骨架和冰的共同作用增大，其單軸抗壓強(qiáng)度增大。

由回歸分析的結(jié)果可以看出，第③層凍土隨著溫度的升高，其單軸抗壓強(qiáng)度衰減最慢，土的力學(xué)性質(zhì)優(yōu)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(qiáng)。凍土受壓時產(chǎn)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?yàn)楸暮吭酱?，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(qiáng)度相差較大，隨著溫度的降低，三種類型的凍土強(qiáng)度趨于接近，如圖6所示。

圖6 三層凍土的單軸抗壓強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

3 結(jié)束語

凍土的單軸抗壓強(qiáng)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(qiáng)，凍土受壓時產(chǎn)生的斜裂縫趨于明顯;第③層凍土單軸抗壓強(qiáng)度衰減最慢，具有良好的工程特性。

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