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含盐冻结粉质砂土三轴抗压强度试验研究

胡凯  
【摘要】:冻土力学作为冻土工程建设的基础,其发展进程决定于寒区国民经济开发的需求:开采有益的矿藏,发展运输业、民用和工业建筑以及其他方面的建设。在寒冷地区工程中的设计、施工和后期运营维护中,冻土的强度和变形特性给这些工程实际应用提供重要的理论基础。冻土的力学性质受含水量、气泡、颗粒大小、含盐量、有机质含量等内部因素和温度、应变速率、围压和应力应变历史等外部条件的影响。对冻土力学性质的研究主要分为试验研究和理论研究两大类。前者主要考察冻土体在不同试验条件下的强度和变形行为;后者为以弹塑性理论和蠕变理论为基础建立合理反映冻土体的力学行为的本构模型。然而,由于冻土自身性质的复杂性和外部条件的多样性,需要对冻土力学性质开展进一步的研究。本文先对天然含盐、经洗盐和配置不同硫酸钠盐分量(0.5%、1.5%、2.5%)的冻结粉质砂土,在温度-2℃、-4℃、-6-C,围压范围为0.3MPa-18MPa的条件下进行恒定应变控制加载速率的三轴压缩试验。得到试验曲线为应变软化型,将其分为线弹性阶段、塑性阶段和软化阶段,同时通过强度结果分析得到随着围压的增大,三轴抗压强度先增大后减小;随着温度降低,强度增大,且二者在双对数坐标中呈线性关系;随着硫酸钠含量的增大,强度先减小后增大。然后对掺入1%纳米二氧化硅含量的冻结粉质砂土进行温度-2℃,围压为0.3MPa-18MPa的恒定应变控制加载速率的三轴压缩试验。得到其试验曲线也为应变软化型,可以利用修正的Duncan-Chang双曲线模型很好的拟合其应力应变曲线;其强度相对于未掺纳米二氧化硅冻结粉质砂土有很大的提高;并对修正的Duncan-Chang双曲线模型求微分得到其初始弹性模量随围压的变化可以分为三个阶段。最后,根据上述的得到的试验结果,利用前人的研究成果和最小二乘法,分析天然含盐冻结粉质砂土和配置不同含盐量的冻结粉质砂土强度变化,得到指数型和二次抛物线强度准则,对其强度变化进行很好的预测。


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