冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

超声波法测定冻土动弹性力学参数试验研究

运用UVM -2型声速测定仪 ,测定了不同含水率的冻结砂土、冻结黄土和冻结黏土在不同温度下的超声波波速 (纵波波速和横波波速 ) ;根据弹性理论 ,利用所测得的超声波波速 ,计算了被测冻土试样的动弹性力学参数 (动弹性模量E、动剪切模量G和泊松比 μ)。计算结果表明 :冻土的动弹性模量和动剪切模量随着温度的降低而增加 ,它们之间的规律可用一个统一的方程来描述 ;冻土的动泊松比随着温度的降低而减小 ;在低含水率范围内的冻结黄土 ,其动弹性模量和动剪切模量随含水率的增加而增加 ,在高含水率范围内的冻结黏土 ,它们则随含水率的增加而减少 ;冻土的动泊松比随含水率的增加而增加。     

中国冻土力学研究50a回顾与展望

中国多年冻土和季节冻土面积分别占国土面积的 21.5% 和 53.5% 。在这些地区,地表层都被一层冬冻夏融的冻结–融化层覆盖,作为地基的冻结–融化层,在其冻融过程中土体性质受气温的变化直接影响着上部建筑物的稳定与安全,因此,在冻土地区进行水利工程、工业与民用建筑及交通运输工程的建设,就必须对冻土及其与工程建筑物相互作用的一系列工程冻土学理论和实践问题做出解答,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性、耐久性及经济合理性。简要回顾了中国冻土力学的创始和发展过程,阐述了冻土力学在强度与变形、本构模型研究、水热过程研究、冻土与结构物相互作用研究及冻土力学测试技术的发展等 5 个方面的成就,并根据冻土力学学科特点、工程建设对冻土力学发展的要求以及相关学科的发展趋势,展望了冻土力学未来的发展方向。     

青藏斜坡黏土冻融循环物理力学性质试验

 冻融过程使土体的结构、物理力学性质等发生变化,导致其工程性质恶化,影响线路稳定和列车的正常运行。为考察青藏铁路多年冻土区斜坡路基土体的长期稳定性,针对典型斜坡黏土在冻融循环条件下的主要物理力学性质,进行试验研究。试验结果表明：试样经历10次冻融后,其含水量、密度、黏聚力、内摩擦角等物理力学性质趋于稳定。土体冻融最终平衡状态与初始状态相关,其中初始干密度的影响尤为重要。随冻融循环过程增加,低密度土体的黏聚力有所提高,而高密度土体的黏聚力下降,内摩擦角变化较小。进行冻土斜坡路基稳定性分析时,建议取土体冻融平衡状态时的参数。     

深土冻土力学的研究现状与思考

人工冻结技术在深部地下工程施工中的广泛使用,使人们更加迫切地认识到对深土冻土力学研究的必要性。本文 通过分析目前国内外对深部岩土工程的认识,在前人对深土及深土冻土理解的基础上,考虑深土冻土形成过程的特殊性及受力特点,从新的角度给出了深土冻土及深土冻土力学的概念,阐述了深土冻土力学的主要研究内容。最后通过对深土冻土力学研究现状的分析,从深土冻土室内物理力学试验研究、大型模型模拟研究、理论模型研究以及工程应用等四个角度讨论了目前室内进行深土冻土力学研究所面临的主要问题。     

超声纵波测量冻土动弹性模量的试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质。本文运用普通纵波换能器测定了不同含水率的冻结粉质粘土在不同温度下的纵波和表面波速度,从而测定并计算冻土的动弹性模量和泊松比。其中表面波速度采用的是一种用接收波波峰相关散点回归来计算的新方案,能够有效排除边界和底面反射波的影响。试验和计算结果表明：冻结粉质粘土的泊松比随温度升高和含水率增加而增大;动弹性模量在试验含水率的范围内随含水率的增大而减小。     

菏泽矿区深部黏土层冻结土的力学性状试验研究

 对万福矿井400～700 m深度3个巨厚黏性土层取样进行冻土力学性状试验研究,获得如下结果：(1) 深部黏性土冻土的应力–应变曲线关系主要表现为应变硬化特点,达到峰值应力之前显现较大幅度的屈服形变;(2) 从－15 ℃,－20 ℃和－25 ℃三种对比温度的冻土力学性状看,温度对于冻土蠕变性的影响较对强度的影响更明显,－20 ℃是有效控制深部黏土冻结壁蠕变性的冻结状态界限值。经分析认为,深层黏土冻土力学性状及其与冻结温度的关系特点主要与层深部黏性土的含水性和结构性有关。试验土样处于半坚硬状态,所含水分以结合水为主。因结合水冻结温度要比重力水低得多,温度降低至－20 ℃以下,土中胶结冰含量会因结合水的冻结而明显增加,胶结冰和粒间摩擦力对于冻土强度的发挥程度趋于稳定,由此导致冻结土流变性的急速降低。     

金塘海底隧道人工冻土力学特性研究

为获取宁波至舟山铁路金塘海底隧道工程穿越的土层在人工冻结条件下的力学性质,勘察期间,在不同温度和不同含水率条件下,对选取的海底典型的粉质黏土和粉土地层重塑样品,开展了人工冻结条件下的单轴抗压强度试验。试验结果表明:人工冻土的力学性质受冻结温度的影响明显,冻结温度自-5℃降低至-20℃过程中,粉土层和粉质黏土层的人工冻土单轴抗压强度逐渐增大,其泊松比逐渐减小。含水率的不同对粉土层和粉质黏土层的力学性质有一定影响,粉土人工冻土的抗压强度在含水率为30%时最大,粉质黏土试样在含水率为34%时,其抗压强度最大。两种土层在人工冻结过程中均存在最优含水率,超过最优含水率时,人工冻土的强度将逐渐减低。研究成果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供参考。     

深部人工冻土物理力学特性研究现状概述

随着全球经济不断发展,各种资源需求量的增加使得地表面空间不够利用,于是人类开始了向更深的地下空间进行开发和利用。然而对于深部地下空间的开挖问题,首先要解决的就是在含水层和软弱土层的开挖技术问题。在现代的技术中,人工冻结法因为其本身所具有的优点而备受重视。深部人工冻结法施工中最为重要的一点就是对冻结壁的设计,冻结壁的强度和变形是决定深部人工冻结技术应用的成败关键。本文就人工冻土的基本概念做了叙述,同时还将深部人工冻土和浅部冻土相比较,以更好地说明深部人工冻土的特点,并对于在冻结壁的设计中需要了解的物理力学特性做出了概述。     

红层土筑路材料物理力学性质试验研究

红层土体在我国西部广泛分布,其力学性质不稳定,在筑路填筑中一般较慎用。文章主要结合某高速公路试验段进行了红层土筑路材料的物理力学性质试验研究,结果表明,在红层土中添加7％的水泥可以显著的增加土体的无侧向抗压强度,以及有效的减小膨胀率,水稳定性较好。     

冻结粘土纵、横波速与温度的关系

用UVM－2型声波仪和500kHz宽带超声换能器实测了在－1℃，－3℃，－5℃，－7℃，－10℃，－12℃，－15℃，17℃及－18℃等9个不同温度下冻结粘土的纵、横波速，对试验数据进行了分析，结果表明，冻结粘土的纵、横波速度随温度的降低而增大，当温度从0℃降至－4℃时，波速与温度呈线性关系，随着温度的继续降低，波速增加减慢。结合弹性理论，求出了冻结粘土的弹性模量及泊松比。     

地基剪切波速与抗剪强度的关系研究

地基土特性与其剪切波速密切相关。根据软粘土的非线性本构模型、莫尔-库仑强度准则及土动力学原理,建立了软粘土地基的抗剪强度与剪切波速的关系式。工程实例表明,该公式能有效地估算地基的抗剪强度,满足工程实际应用的要求。     

原状与重塑人工冻结粘土抗压强度特征 对比试验研究*

 在相同试验条件下分别对原状和重塑人工冻结粘土进行了单轴无侧限抗压试验。试验结果表明：原状与重塑冻结粘土的破坏特征不同，原状冻结粘土表现为脆性破坏特征，而重塑冻结粘土表现为塑性破坏特征。原状冻结粘土的抗压强度略低于重塑冻结粘土的抗压强度，而前者的弹性模量略高于后者。原状冻结粘土的破坏应变则明显小于重塑冻结粘土的破坏应变。     

冻土三轴流变特性试验研究与冻结壁厚度的确定

利用冻粘土试件进行了三轴蠕变试验，从而获得了复杂应力状态下的蠕变曲线。根据试验结果，建立了非线性蠕变方程来描述不同温度下冻粘土的蠕变特性。通过回归分析，得到了冻粘土蠕变参数的数值。根据冻土的流变理论，探讨了塑粘区的扩展规律，最后推导出了冻结壁厚度计算公式。同时，又进一步探讨了防止冻结管断裂的有效途径。     

岩石弹性模量与弹性波速的关系

根据应力波传播速度,用Hooke介质模型推算岩石的弹性模量,所得数值远大于静态模量。用双组分Hooke介质混合物模型说明了产生这种差异的机理,给出了包含细结构尺度、相界面尺度、相界面状态等的内的波长、弹性模型量与弹性波速的关系式。     

水泥土疲劳损伤特性的超声波速试验研究

对在单轴动荷载作用下水泥土超声波波速的变化规律进行试验研究,试验过程中发现穿透水泥土试件自由面的波速随着荷载作用次数的增加发生了明显的衰减。基于超声波速定义的水泥土损伤变量,并建立了水泥土疲劳累积损伤的演化方程。该方程表明水泥土的疲劳损伤在动荷载作用下发生了明显的3阶段变化,即波速的初始迅速衰减、稳定衰减与临近破坏的急速衰减3个阶段。最后提出在实际工程中运用超声波无损检测法是评价水泥土疲劳损伤与结构耐久性的一般方法。     

非饱和膨胀土抗剪强度的试验研究

膨胀土是一种特殊的非饱和土，经典的土力学理论在膨胀土问题中己显得无能为力。因此，用非饱和土力学理论来研究膨胀土问题在理论和实际两方面都具有重大意义。在非饱和土抗剪强度理论中，吸力的量测在工程实际中仍没有一种简单易行的方法。基于这种实际情况，试图通过其他间接的途径来代替吸力的量测，以确定非饱和土的吸附强度。对于膨胀土这种典型的非饱和土，膨胀力是其很重要的性质之一，它的大小受含水量的影响很大；另一方面，膨胀土的抗剪强度也随含水量的变化而不断地变化。进行了大量的膨胀力试验和抗剪强度试验，以确定膨胀土的膨胀力与吸附强度是否有一定的关系。通过对黑山土和梅山土的重塑试样试验得到的试验数据分析发现：膨胀力和含水量之间存在良好指数关系；粘聚力的对数和内摩擦角均随含水量的增大线性减小；非饱和膨胀土的吸附强度与膨胀力之间存在较好的线性关系，并在此基础上优化了非饱和膨胀土抗剪强度公式。     

潮间带原位剪切波速特性探讨及应用分析

探讨适用于近海及潮间带场区的剪切波速原位测试方法,针对黄海小洋口潮间带,进行剪切波速的原位测试,分析剪切波速的变化规律及其与土体参数的统计关系,并建立复合关系进行剪切波速预测分析,同时基于剪切波速测试成果进行应用分析。研究结果如下：通过经适性对比,近海及潮间带剪切波速测试采用单孔悬挂式方法较为适宜;剪切波速与测点深度呈相关性较好幂函数关系,按土层的统计关系分析,幂函数及其误差包络线基本反映了规律性;与土体物理力学参数的统计关系呈相关性较好幂函数或线性关系;基于测试资料,建立剪切波速 、孔隙比e、密度 及有效自重应力 的复合关系,通过计算对比分析,按此方法可以取得良好的剪切波速预测结果,亦可进行相关指标的预测分析;通过原位测试资料,进行场地土类划分对比、动参数规律性分析及地震液化判定分析,可为工程勘测、设计人员提供参考。     

缓冲/回填材料的热损伤与纵波速度关系研究

采用岩石力学试验系统、超声波检测仪、扫描电镜等设备对缓冲/回填材料在25℃～300℃范围内的力学特性和纵波速度进行研究。结果表明:在200℃以前,缓冲/回填材料的应力–应变曲线斜率、单轴强度随温度的上升而呈增大趋势;200℃～300℃的应力–应变曲线斜率、单轴强度随温度升高都有不同程度的降低。缓冲/回填材料的平均纵波速度在25℃～100℃时呈增大趋势,在100℃～300℃呈减小趋势。因此,纵波波速与单轴强度相关性与缓冲/回填材料的特性不同。