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基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究

宋迎俊 许雷 鲁洋 钱智宇 张雨灼 李剑萍

宋迎俊, 许雷, 鲁洋, 钱智宇, 张雨灼, 李剑萍. 基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究[J]. 水利水运工程学报, 2017, (2): 51-58. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007
引用本文: 宋迎俊, 许雷, 鲁洋, 钱智宇, 张雨灼, 李剑萍. 基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究[J]. 水利水运工程学报, 2017, (2): 51-58. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007
SONG Yingjun, XU Lei, LU Yang, QIAN Zhiyu, ZHANG Yuzhuo, LI Jianping. Experimental studies on freeze-thaw cycles of expansive soil based on orthogonal design[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (2): 51-58. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007
Citation: SONG Yingjun, XU Lei, LU Yang, QIAN Zhiyu, ZHANG Yuzhuo, LI Jianping. Experimental studies on freeze-thaw cycles of expansive soil based on orthogonal design[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (2): 51-58. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007

基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007
基金项目: 

江苏省普通高校研究生实践创新计划项目 SJZZ16_0082

详细信息
    作者简介:

    宋迎俊(1993—),男,江苏泰州人,硕士研究生,主要从事土工合成材料和特殊土研究。E-mail: syjhhu@163.com

    通讯作者:

    鲁洋(E-mail: luy@hhu.edu.cn)

  • 中图分类号: TU443

Experimental studies on freeze-thaw cycles of expansive soil based on orthogonal design

  • 摘要: 南水北调南阳段膨胀土位于季节性冻土区域,易受冻融循环的影响。以南阳膨胀土为研究对象,对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数的膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验发现,含水率对膨胀土力学性质影响较大,含水率越高,强度与弹性模量衰减量越大;冻结温度对试样体积有较大影响,尤其是-10 ℃。根据显著性分析理论,研究含水率、冻结温度、冻融循环次数以及各因素间交互作用对膨胀土物理力学性质影响的显著性。结果表明,含水率对膨胀土力学性质影响最明显,含水率和冻结温度间的交互作用对强度影响较为显著;冻结温度对膨胀土体积变化影响最大,含水率和冻融循环次数的交互作用对体积变化有一定影响。在研究冻融循环条件下膨胀土物理力学性质时,不仅要考虑单一因素的影响,还应综合考虑各种因素交互作用的影响。
  • 图  1  冻结温度-10 ℃下膨胀土试样应力应变曲线

    Figure  1.  Stress-strain curves of expansive soil samples under freezing temperature of -10 ℃

    图  2  冻结温度-10 ℃及含水率20%下无侧限抗压强度

    Figure  2.  Unconfined compressive strength under freezing temperature of -10 ℃ and water content of 20%

    图  3  冻结温度-10 ℃及含水率20%下弹性模量

    Figure  3.  Elastic modulus under freezing temperature of -10 ℃ and water content of 20%

    图  4  冻结温度-10 ℃及含水率20%下体积变化率

    Figure  4.  Volume change under freezing temperature of -10 ℃ and water content of 20%

    表  1  膨胀土基本物理指标

    Table  1.   Physical properties of expansive soil

    比重G 最大干密度
    ρdmax/(g·cm-3)
    最优含水率
    ωop/%
    塑限
    ωp/%
    液限
    ωL/%
    塑性指数
    Ip/%
    自由
    膨胀率/%
    颗粒成分/%
    < 0.075 mm < 0.250 mm < 0.500 mm < 1.000 mm < 2.000 mm
    2.72 1.78 20 22.5 42.6 20.1 67 10.9 38.2 59.3 96.0 100.0
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    表  2  考虑交互作用的表头设计

    Table  2.   Top-of-form design considering interactions between three factors

    因素 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
    A B (AB)1 (AB)2 C (AC)1 (AC)2 (BC)1 (BC)2
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    表  3  F检验的临界值Fα(f1, f2)

    Table  3.   F test criticial values Fα(f1, f2)

    显著性水平α Fα(f1, f2)
    f1=2,f2=8 f1=4,f2=8
    0.10 3.11 2.81
    0.05 4.46 3.84
    0.01 8.65 7.01
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    表  4  考虑交互作用时无侧限抗压强度影响因素的显著性检验

    Table  4.   Significance tests of unconfined compressive strength factors considering interactions

    方差来源 平方和 自由度 F 显著性
    含水率A 303 886.03 2 372.14 **
    冻结温度B 8 648.93 2 10.59 **
    冻融循环次数C 9 131.23 2 11.182 **
    AB 4 804.38 4 3.98 *
    AC 2 513.13 4 2.47
    BC 972.35 4 0.58
    误差 3 266.33 8
    总和 333 222.38 26
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    表  5  考虑交互作用时弹性模量影响因素的显著性检验

    Table  5.   Significance tests of elastic modulus factors considering interactions

    方差来源 平方和 自由度 F 显著性
    含水率A 640.18 2 110.40 **
    温度B 17.66 2 3.05
    冻融循环次数C 28.78 2 4.96 *
    AB 11.93 4 1.03
    AC 16.79 4 1.45
    BC 4.78 4 0.41
    误差 23.20 8
    总和 743.32 26
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    表  6  考虑交互作用时试样体积影响因素的显著性检验

    Table  6.   Significance tests of volume factors considering interactions

    方差来源 平方和 自由度 F 显著性
    含水率A 0.56 2 1.43
    冻结温度B 14.05 2 35.81 **
    冻融循环次数C 1.90 2 4.85 *
    AB 0.46 4 0.59
    AC 2.29 4 2.91 (*)
    BC 0.89 4 1.13
    误差 1.57 8
    总和 21.72 26
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-31
  • 刊出日期:  2017-04-01

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