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冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究

陈永 黄英豪 朱洵 吴敏 王硕 朱锐

陈永,黄英豪,朱洵,等. 冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究[J]. 水利水运工程学报,2021(5):112-119. doi:  10.12170/20210116001
引用本文: 陈永,黄英豪,朱洵,等. 冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究[J]. 水利水运工程学报,2021(5):112-119. doi:  10.12170/20210116001
(CHEN Yong, HUANG Yinghao, ZHU Xun, et al. Study on the influence of freeze-thaw cycles on the deformation and mechanical properties of expansive soil[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(5): 112-119. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210116001
Citation: (CHEN Yong, HUANG Yinghao, ZHU Xun, et al. Study on the influence of freeze-thaw cycles on the deformation and mechanical properties of expansive soil[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(5): 112-119. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210116001

冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究

doi: 10.12170/20210116001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51879166);冻土工程国家重点实验室开放基金资助项目(SKLFSE201909)
详细信息
    作者简介:

    陈 永(1997—),男,山东潍坊人,硕士研究生,主要从事寒区供水工程的研究。E-mail:chen1861442850@163.com

    通讯作者:

    黄英豪(E-mail:yhhuang@nhri.cn)

  • 中图分类号: TU475

Study on the influence of freeze-thaw cycles on the deformation and mechanical properties of expansive soil

  • 摘要: 为探究季冻区恶劣气候对不同含水率下渠基膨胀土的胀缩变形和物理力学性质的影响,以北疆阿勒泰地区膨胀土为研究对象,室内模拟了北疆地区实际气候条件的冻融循环试验。基于此,对含水率为12%、16%和20%的膨胀土进行体积变形试验、无侧限抗压强度试验和SEM电镜扫描试验,着重分析了冻融循环作用对膨胀土体积变形和力学特性的影响规律。结果表明:冻融循环过程中,随含水率的增加,试样的体积变形由冻缩融胀向冻胀融缩转变。应力-应变曲线特性与冻融循环次数和含水率都有较大的关系。试样的无侧限抗压强度随着含水率和冻融循环次数的增加而降低,其中以第1次冻融循环最为明显,3次后趋于稳定。函数拟合发现,试样的无侧限抗压强度与冻融循环次数呈明显的自然指数关系。含水率越大,冻融循环作用对土体微观结构的影响越大;土体的孔隙度随冻融循环次数的增加逐渐增大,第1次冻融循环作用最为明显,宏观上表现为冻融循环作用对土体力学性质的劣化影响。
  • 图  1  2013年11月—2014年11月渠道沿线地表气温分布曲线

    Figure  1.  Surface temperature distribution curve along the channel from November 2013 to November 2014

    图  2  冻融循环过程中试样体积变化曲线

    Figure  2.  Sample volume change curve during freeze-thaw cycle

    图  3  应力-应变曲线

    Figure  3.  Stress-strain curve

    图  4  qu随冻融循作用的变化

    Figure  4.  Changes of qu with freeze-thaw cycles

    图  5  冻融循环1、7次后含水率为20%的膨胀土SEM照片(100倍)

    Figure  5.  SEM photo of expansive soil with 20% moisture content under a magnification of 100 times after freeze-thaw cycle of 0, 1, 7 times

    图  6  冻融循环7次后含水率为12%、16%、20%的膨胀土SEM照片(1 000倍)

    Figure  6.  SEM photo of expansive soil with moisture content of 12%, 16%, 20% after 7 freeze-thaw cycles under 1 000 times magnification

    图  7  SEM图像处理过程

    Figure  7.  Processing of SEM image

    图  8  面孔隙率随冻融循环的变化

    Figure  8.  Surface porosity changes with freeze-thaw cycles

    表  1  膨胀土的基本物理性质及矿物组成

    Table  1.   Basic physical properties and mineral composition of expansive soil

    物理性质 矿物组成
    液限/%塑性/%塑性指数/%最大干密度/(g·cm−3)最优含水率/% 蒙脱石/%石英/%长石/%方解石/%钠长石/%
    52.6 18.4 34.2 1.71 18.4 61.5 31.4 6.1 0.5 0.5
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    表  2  函数拟合结果

    Table  2.   Function fitting result

    含水率/%系数A系数B系数C相关性R2
    12 356.260 8 137.340 3 −0.420 3 0.999 0
    16 132.301 9 148.206 9 −0.607 7 0.987 2
    20 58.835 5 126.488 7 −0.915 2 0.999 8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-16
  • 网络出版日期:  2021-08-31
  • 刊出日期:  2021-10-25

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