海相沉积软土地区人工冻土强度特性试验研究

人工冻土的物理力学指标是地铁隧道工程冻结壁设计参数和开挖的依据。通过对宁波轨道交通一号线联络通道②～⑤海相沉积软土地层人工冻土的室内单轴抗压强度和抗剪强度试验,获得了冻结前后②～⑤土层的比热容、导热系数、内摩擦角和粘聚力的对比结果以及不同温度条件下冻土的极限抗压强度、弹性模量和泊松比结果。试验结果表明:②～⑤土层人工冻结土的物理力学指标较原状土有很大的提高,人工冻土极限抗压强度、弹性模量随温度的降低而增大,近似呈线性关系。各土层泊松比、温度的变化对冻土泊松比影响较小,随温度的降低有一定的减小。在-10℃条件下,冻结前淤泥质土、粘土层的内摩擦角和粘聚力有了大幅的提高,而③1砂土层的内摩擦角增幅较小。     

冻土的单轴抗压、抗拉强度特性试验研究

在寒区工程建筑物设计中,冻土的抗压、抗拉强度是两个重要的力学指标.在负温条件下,对粉质黏土、黄土和砂土进行单轴抗压和劈裂抗拉试验,研究冻土破坏时的破坏形态、破坏机理、应力-应变曲线和拉应力与径向位移关系曲线的形式,分析单轴抗压强度和劈裂抗拉强度的差异以及这两种强度随土质特性和温度的变化规律.试验结果表明：单轴载荷作用下试样破坏后呈鼓状,且表现为应变软化型塑性破坏特征;劈裂作用下产生沿直径向试样两侧延伸的裂缝,不同土质破坏后裂缝扩展的宽度和深度不同;冻土的抗压强度与抗拉强度均与负温存在很好的线性相关性,随温度的降低而增大;在相同温度条件下,冻土的抗压强度大于其抗拉强度;对于同一种冻土,其抗压强度的温度效应比抗拉强度的温度效应显著.本试验分析结果可为寒区工程的实际应用提供参考.     

高温-高含冰量冻结黏土强度试验研究

为研究高温-高含冰量冻土的强度特性,分别开展了不同温度、不同含水率的冻结黏土单轴无侧限抗压强度试验。分析了高温-高含冰量冻结黏土在单轴压缩试验过程中的破坏类型、应力-应变关系;单轴抗压强度与温度、含水率之间的关系以及饱和冻结黏土单轴抗压强度对温度的敏感性-含水率关系。研究结果表明：当温度低于-0.9 ℃时,高温-高含冰量冻结黏土存在最不利含水率,在相同的温度条件下,该含水率状态下冻土抗压强度最小;当温度高于-0.6 ℃时,高含冰量冻土随含水率的增加,单轴抗压强度增大。     

软土地区人工冻土无侧限瞬时抗压强度的试验研究

冻结法施工在上海隧道建设中(如隧道旁通道、地下泵房等的设计与施工)得到广泛应用,也曾引发过严重的地质灾害(如上海地铁4号线外滩段的地质灾害)。因此安全、经济、合理地将冻结法用于上海软土地区隧道建设中已经成为上海工程建设中的一个重要的研究课题。本文以上海复兴东路越江隧道旁通道冻结法施工中遇到的第⑥层粉质粘土及第⑦层粉细砂为研究对象,针对设计冻结壁重要强度参数无侧限瞬时抗压强度,进行了室内试验研究,揭示了两种土的冻结强度随温度的变化关系,同时研究了粉细砂的冻结强度随含水率的变化规律。     

深厚冲积层人工冻土蠕变参数的模糊遗传反演

冻土的蠕变特性对深井冻结法施工至关重要。针对某矿区人工冻土在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃下进行单轴抗压强度试验,发现冻土的抗压强度受冻结温度变化影响,两者间为线性反比例关系。通过小生境原理对传统的遗传算法作模糊随机改进,给出模糊遗传算法的步骤思路,进而运用该算法反演冻土蠕变模型中的参数值,获得各温度下的蠕变模型。试验结果表明：蠕变模型计算值在蠕变各阶段与试验值吻合较好,准确反映了冻土蠕变的整体规律。可见,模糊遗传算法能有效反演蠕变参数,较传统方法更符合工程实际。     

干密度和温度对冻结膨胀土单轴压缩特性影响的试验研究北大核心CSCD

膨胀土是一种特殊的黏土,具有明显的胀缩性和多裂隙性,在寒区渠道工程中极易诱发各种冻害。单轴压缩特性是冻土物理力学特性的重要分支,为研究冻结膨胀土的单轴压缩特性,开展了不同干密度和温度下冻结膨胀土单轴压缩试验。试验结果表明:随着干密度的增加,各温度工况下试样的应力-应变关系曲线均由弱应变软化转为应变硬化形态,且试验温度越高,曲线的软化特征越显著。不同温度工况下试样的破坏模式差异明显。当试验温度为-2℃时,试样破坏时其表面出现明显的局部坍塌与剥落,而-5℃、-10℃和-15℃工况下试样的最终破坏形态均为“鼓状”破坏,试样表面无明显的裂缝和剪切面。冻结膨胀土试样的单轴抗压强度随干密度的增加而线性增大,亦随温度的降低而增大,但在不同的温度区间内增幅不同,其变化幅度主要与试样内部含冰量密切相关。此外,试样的弹性模量随着干密度的增大和温度的降低均线性增大。     

氯盐对水泥固化土应力应变特性影响分析

以人工制备的方法配制了不同氯盐含量的土样,并掺入不同含量的普通硅酸盐水泥对其进行固化处理。采用无侧限抗压强度试验对氯盐含量对水泥固化土的应力应变特征影响规律进行分析。试验结果表明:随着氯盐含量的增加,水泥固化土的无侧限抗压强度和变形模量降低,破坏应变随之增大,应力-应变关系曲线由脆性破坏向塑性破坏转化; 增加水泥用量可以减缓氯盐对水泥固化土的不良影响; 但水泥固化土变形模量与无侧限抗压强度的比值与氯盐含盐量大小无明显关系。     

上海人工冻结黏土单轴无侧限抗压强度试验研究

对3种不同含水率的上海冻结黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验。通过对试验数据的分析可知,单轴抗压强度受温度、加载速率、含水率及干密度等因素影响;温度越低、加载速率越大,冻土强度越高。得到了抗压强度与温度的指数函数模型参数和抗压强度与加载速率的幂函数模型参数,建立了以温度、加载速率、含水率（干密度）为变量的强度模型方程。通过正交试验分析得出,各因素对冻土抗压强度的影响程度由大到小依次为温度、加载速率、含水率。     

Shear strength characteristics of Irbid clayey soil mixed with iron filling and iron filling–cement mixture

Iron filling and iron filling–cement mixture were used to improve the shear strength characteristics of Irbid clayey soil. For this purpose, five types of Irbid clay soils were obtained and mixed with iron filling and iron filling–cement mixture at different percentages. Two sets of prepared samples were mixed with the admixture. The first set was prepared by mixing the soil samples with iron filling alone at 2.5, 5.0, 7.5, and 10% by dry weight of the soil. The second set was prepared by mixing with iron filling–cement mixture at equal ratio of the same percentages of the first set. An unconfined compression test was performed in this study to measure the shear strength properties of the soils. The test results showed that the increase in the percentages of the iron filling and iron filling–cement mixture up to 10% will result in increasing the maximum dry density of the soil and increase the unconfined compressive strength and the secant of modulus of elasticity of the clayey soil. Also, the addition of iron filling–cement mixture increased the unconfined compressive strength and secant modulus of elasticity of the clayey soil higher than the addition of iron filling alone.     

冻结盐渍砂土单轴强度特性研究

通过对兰州盐渍砂土重塑土添加不同量的盐分来模拟不同含盐量的盐渍土, 并对其进行单轴抗压试验, 分析其在不同含盐量、不同温度及不同速率的应变加载情况下, 冻结盐渍砂土的单轴抗压强度的变化规律, 重点讨论了盐分对土体力学参数的影响以及弹性模量与含盐量、温度的关系. 结果表明: 易溶盐含量的增加会导致单轴抗压强度逐渐降低, 试验温度越低抗压强度会越大; 应变加载速率的增加会增大土体的单轴抗压强度, 同时会缩短土体达到应力峰值的时间; 土体含盐量越大弹性模量越小, 温度越低弹性模量越大.     

试件形状对冻结粉土抗压强度影响的试验研究

在不同温度和应变率条件下,分别对圆柱体和正方体冻结粉土进行了单轴抗压强度试验,分析比较了二者的应力-应变关系、抗压强度及破坏应变.结果发现:单轴压缩下正方体与圆柱体冻结粉土的力学性质存在差异.正方体冻结粉土的应力-应变曲线有明显的弹性屈服点,屈服点后曲线呈线性硬化,而圆柱体冻结粉土的应力-应变曲线无明显弹性屈服,全应力-应变曲线呈抛物线型.相同温度和应变率条件下,圆柱体试样的应变软化程度比正方体试样大.相同试验条件下正方体冻结粉土的抗压强度及破坏应变大于圆柱体的抗压强度和破坏应变,二者抗压强度及破坏应变的差异程度与温度和应变率无关.研究结果可为冻结壁的设计提供重要依据和参考.     

气泡混合轻质土干湿循环和硫酸钠耐久性试验研究

采用水泥和地聚合物作为固化剂制备气泡混合轻质土,测试水泥轻质土（LCSC）和地聚合物轻质土（LGSC）在干湿循环和硫酸钠长期浸泡环境下的无侧限抗压强度和质量变化率,并相互进行对比,分析干湿循环级数和硫酸钠浸泡环境对其强度特性的影响规律。结果表明,标准养护地聚合物轻质土强度约为水泥轻质土的2倍;干湿循环后地聚合物轻质土强度随干湿循环级数衰减较快且破坏程度逐渐增大,水泥轻质土强度未出现明显衰减,与水泥轻质土相比,地聚合物轻质土抗干湿能力较差;硫酸钠溶液浸泡120 d后,地聚合物轻质土强度出现小幅下降,约为标准养护28 d试样的80%;水泥轻质土出现开裂破坏,与水泥轻质土相比,地聚合物轻质土抗硫酸钠侵蚀能力较强。     

截齿滚动掘进冻土过程的影响因素数值模拟研究

为了解决竖井冻土开挖难度大、人工挖掘效率低的问题,研究发明了一种新型重力式竖井掘进机,该掘进机利用截齿连续滚动向下、行走式掘进冻土,在竖井冻土掘进中具有较好的适应性,而截齿侵入深度是影响掘进冻土效率的重要因素。先采用三维软件建模,通过霍普金森压杆冲击试验,结合HJC压缩损伤模型原始参数,优化得到冻土本构模型参数;再利用有限元分析软件耦合,模拟截齿在不同侵入深度下滚动掘进冻土,得到冻土在不同凹陷破坏深度下的截齿三向力、冻土应力和应变的变化规律,便于直观研究截齿掘进冻土过程,寻求最优截齿侵入深度。仿真结果表明：随着截齿侵入深度增加,截齿三向力变大,冻土凹陷面积扩大,冻土应力向下无边界扩展递减;冻土与截齿接触区域应力、应变最大,远离截齿作用时冻土区域的应力、应变逐渐递减,其变化规律与截齿连续滚动掘进冻土特征相关;当冻土单轴抗压强度为9 MPa时,截齿滚动掘进冻土过程存在最优截齿侵入深度,为4 cm,此时冻土破坏特征明显,截齿滚动掘进冻土效率最高且能耗低。     

人工冻土围压SHPB试验与冲击压缩特性分析

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）,以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16 ℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明：在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16 ℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12 ℃和-16 ℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。     

月球极区冻结模拟月壤物理力学特性研究

近年来越来越多的探测结果表明,月球极区永久阴影区月壤中存在水冰。水是人类赖以生存的化学物质,也是理解月球独特的形成与演化过程的关键环节。因此,各航天大国均将月球极区作为探月工程的重要目标。冻结月壤的导热系数和单轴抗压强度是月球极区原位探测取样的基础和关键参数。本研究采用低温试验研究了冻结模拟月壤的导热系数和单轴抗压强度。结果表明：冻结模拟月壤导热系数随含水率增大而线性增大,冻结模拟月壤的导热系数为0.2~1.3 W?m^-1?K^-1。冻结模拟月壤单轴压缩过程中发生脆性破坏,5%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为5 MPa,10%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为13 MPa。在初始加载阶段,干密度相同、含水率不同的冻结模拟月壤试样因微裂纹压密导致的应变量基本相同;在线弹性阶段,冻结模拟月壤有效弹性模量随含水率增大而增大,其主要原因是含水率增大使得月壤颗粒间的冻结强度增大;在破坏阶段,含水率较高的冻结模拟月壤表现出脆性破坏特征,含水率较低的冻结模拟月壤表现出更显著的塑性特征。研究结果将为月球永久阴影区水冰探测方案制定、探测器研制等提供基础的科学数据支撑。     

有机质含量对水泥土强度影响的室内定量研究

采用对盐城泻湖相软土掺入不同含量的有机质作为试料土,进行了大量的水泥加固室内试验。对试验结果进行了分析,提出了不同有机质含量软土水泥加固后的室内无侧限抗压强度的预测公式,同时建立了不同有机质含量的试料土经水泥加固后的室内强度比与有机质含量之间的定量关系,该定量关系式可以有效地对有机质含量在5.5 %～17.5 %的水泥加固后的无侧限抗压强度进行定量的预测。     

初始含冰量对冻结粉质砂土变形与强度的影响

基于一系列同一温度、不同初始含冰量和应变率条件下的高含冰冻结粉质砂土的单轴压缩试验,开展了高含冰量对冻结粉质砂土变形行为和强度特性的初步研究。结果表明：随着试样中初始含冰量的增加,冻结粉质砂土的塑性增强,当初始含冰量超过210.1%后,应力-应变曲线趋近于冰的特性,可用修正的Duncan-Chang双曲线模型较好地描述其单轴压缩应力-应变关系;当应变率为0.083×10-3 s-1和0.467×10-3 s-1时,其初始切线模量呈非线性增大,但当应变率为0.667×10-3 s-1时,初始切线模量增大到一最大值之后转而减小,并且影响程度与应变率大小有关;当初始含冰量从32.9%增加到304.0%,冻结粉质砂土强度也是先非线性增大,然后逐渐趋于稳定,两者可用对数函数关系很好地描述。其研究结果可为开展高含冰冻土区路基的稳定性评价提供基础。     

击实黏土单轴拉伸特性试验研究

为研究土的拉伸特性,对击实黏土进行直接拉伸试验。试验表明,不同抗拉强度的击实黏土具有不同的拉伸应力-应变曲线型式,即应变软化型、应变硬化型和应变强化型;在试验涉及的干密度和含水率范围内,击实黏土的抗拉强度随干密度的增加而增加,随含水率的增加而减小,且具有较好的线性关系;拉伸速率对击实黏土的抗拉强度和应力-应变曲线的型式也有明显影响,对同一干密度和含水率的土样,低拉伸速率测得的抗拉强度往往较小,且应力-应变曲线为软化型,而较高的拉伸速率测得的抗拉强度较大,且应力-应变曲线为强化型。     

A Solution to the Problem of Predicting the Suitability of Silty–clayey Materials for Cement-stabilization

Major geotechnical problems in construction involving silty–clayey soils are due to their low strength, durability and high compressibility of soft soils, and the swell–shrink nature of the overconsolidated swelling soils. Confronted with these problems, a suitable ground improvement technique is needed, for deep excavations in soft clays, for stability, durability and deformation control. Cement-stabilization is one of the alternatives. An increase in strength and durability, reduction in deformability are the main aims of this method. Conventional cement-stabilization methods are used mainly for surface treatment. However, the use of cement has recently been extended to a greater depth in which cement columns were installed to act as a type of soil reinforcement (deep cement–soil mixing and cement jet grouting). In situ engineering properties of these silty–clayey soils are often variable and difficult to predict. For this reason cement-stabilization methods have a basic target to control the aforementioned engineering properties of these clays so that the properties of a silty–clayey soil become more like the properties of a soft rock such as clayey shale or lightly cemented sandstone. So cement-stabilization of these soils is essential to control their engineering properties and to predict their engineering behaviour for construction. In an effort to predict, classify and study the suitability of silty–clayey soils for cement-stabilization both slaking and unconfined compressive strength tests were carried out on clayey–sand mixtures consisted of two types of clays, kaolin and bentonite. Finally diagrams were prepared to study the variation of slaking and strength due to compaction, curing time and cement percentage and also to predict areas of efficient cement-stabilization.     

固结过程对冻土应力-应变特性的影响

选用四种不同固结方式,并在－５０℃条件下,对冻结砂土样进行三轴压缩试验,试验发现固结过程对冻土的强度与变表有明显影响。经历Ｋ０ＤＣＦ的冻土其强度最大,友坏变形最小,经历ＦＣ的试样强度最小,破坏变形最大;经历ＥＤＣＦ和ＥＵＤＣＦ的产介于中间。