于皓琳，徐學燕，董鑒峰，陳學敏

(1.哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院哈爾濱150090;2.黑龍江省電力勘察設計研究院哈爾濱150078)

凍土抗壓強度是凍土的主要力學性質(zhì)指標之一，它表示凍土壓縮破壞特征，對于凍土地基基礎設計與施工參數(shù)的確定有著重要的作用。國內(nèi)外學者對凍土單軸抗壓強度做過一些研究，如我國吳紫汪等人對西北凍結(jié)砂土、粉土進行了單軸抗壓強度試驗研究，得出砂土的強度與土溫、含水量之間的關系［1－8］。黑龍江省漠河地區(qū)凍土抗壓強度研究尚未見報道，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，單軸抗壓強度與土體溫度的關系。

1 試驗

1.1 試樣制備

試驗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機上在恒變形速率下進行單軸無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗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℃單軸抗壓強度試驗

圖2 第③層凍土－10℃單軸抗壓強度試驗

各層凍土的單軸抗壓強度試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 各層凍土單軸抗壓強度

對試驗數(shù)據(jù)進行分析，得到各層凍土抗壓強度與土溫的關系曲線，如圖3－圖5所示。對試驗數(shù)據(jù)進行回歸得數(shù)據(jù)如表3所示。

圖3 第②層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

圖4 第③層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

圖5 第④層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

表3 各層凍土單軸抗壓強度回歸公式

凍土的單軸抗壓強度隨溫度的下降而呈線性增大，這是因為隨著溫度的降低，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，其單軸抗壓強度衰減最慢，土的力學性質(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。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，這是因為冰的含量越大，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，三種土層的強度相差較大，隨著溫度的降低，三種類型的凍土強度趨于接近，如圖6所示。

圖6 三層凍土的單軸抗壓強度與溫度的關系

3 結(jié)束語

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

［1］吳紫汪，劉永智.凍土地基與工程建筑［M］.北京:海洋出版社，2005:91－100.

［2］吳紫汪，張家懿.凍土的強度與破壞特征［C］∥中國地理學會冰川凍土學術(shù)會議論文選集.蘭州:甘肅人民出版社，1983:275－280.

［3］吳紫汪，王雅卿，沈忠言，等.基礎與凍土間凍結(jié)強度的實驗研究［M］∥中國科學院蘭州冰川凍土研究所集刊第2號，北京:科學出版社，1981:129 －141.

［4］王春雷，謝強，姜崇喜.含鹽凍土無側(cè)限抗壓強度的試驗研究［J］.路基工程，2005(5):58－60.

［5］張俊兵，李海鵬，林傳年，等.飽和凍結(jié)粉土在常應變率下的單軸抗壓強度［J］.巖石力學與工程學報，2003，22(增 2):2865－2870.

［6］朱元林.凍結(jié)粉砂在常變形速度下的單軸抗壓強度［J］.冰川凍土，1986，8(4):365 －380.

［7］馬芹永.人工凍土單軸抗拉、抗壓強度的試驗研究［J］.巖土力學，1996，17(3):76 －81.

［8］吳紫汪，張家懿.凍土的強度與破壞特征［C］∥中國地理學會冰川凍土學術(shù)會議論文選集.蘭州:甘肅人民出版社，1983:284－287.