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冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化试验研究
摘要
黄土是我国南北广泛存在的一种土壤类型，其抗剪强度是工程设计过程中必须考虑的重要参数。然而，冻融循环作用对黄土的抗剪强度有着很大的影响。本文通过室内模拟试验的方式，研究了冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化的规律。通过对试验结果进行分析，发现冻融循环作用可以显著降低黄土的抗剪强度，同时影响程度还与黄土的含水率、冰晶形态、循环次数等因素有关。基于研究结果，提出了进一步优化黄土工程设计和相应措施的建议。
关键词：冻融循环作用；黄土；抗剪强度；含水率
Abstract
LoessisawidelyexistedtypeofsoilinChina,anditsshearstrengthisanimportantparameterthatmustbeconsideredinengineeringdesignprocess.However,thefreeze-thawcyclehasasignificantimpactontheshearstrengthofloess.Thispaperstudiestheruleofshearstrengthdegradationofloessunderfreeze-thawcyclethroughindoorsimulationtest.Throughtheanalysisoftheexperimentalresults,itisfoundthatthefreeze-thawcyclecansignificantlyreducetheshearstrengthofloess,andthedegreeofinfluenceisalsorelatedtothewatercontent,icecrystalmorphology,andnumberofcyclesofloess.Basedontheresearchresults,suggestionsforfurtheroptimizingloessengineeringdesignandcorrespondingmeasuresareproposed.
Keywords:freeze-thawcycle;loess;shearstrength;watercontent
1.引言
黄土是我国特有的一种土壤类型，其分布范围广泛，约占我国土地面积的十分之一。由于黄土具有良好的物理和力学性质，因此在道路、桥梁、隧道等工程建设中得到了广泛应用。在黄土的工程设计过程中，抗剪强度是需要考虑的重要参数。
然而，黄土的抗剪强度不仅与土体本身的物理力学性质有关，还与外界环境作用有一定的关系。其中，冻融循环作用是一种常见的外界环境作用。冻融循环作用会引起土体中的水分转化为冰晶，导致土体的体积变化和微观结构的破坏，进而影响黄土的抗剪强度。因此，研究冻融循环作用对黄土抗剪强度的影响，对黄土的工程设计和应用具有重要意义。
本文通过室内模拟试验的方式，研究了冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化的规律，并通过对试验结果进行分析，提出了进一步优化黄土工程设计和相应措施的建议。
2.试验材料和方法
本试验使用的黄土样品采自陕西省华县，采样地点为东经110°02′、北纬34°33′处的田埂下。取样时须注意采样现场选择土层，并避免混杂异质物。试验中选取直径60mm、高度28mm的圆柱形黄土样品，试样制备前需对采集的原土样进行干后筛分和加水混匀，以得到均匀的土样。
试验分为两个部分：冻融循环和剪切试验。具体试验步骤如下：
2.1冻融循环试验
在室温条件下，将黄土样品放到密闭的低温恒温槽中，恒温槽内温度设为-20℃。维持温度达到稳定后，将黄土样品慢慢回升至室温，标准升温速率为5℃/h。保持样品在室温下自然放置48小时，再将样品放入0℃的水中浸泡24小时。以上过程即为一次循环，循环结束后对黄土试样进行剪切试验。
为了研究循环次数对黄土抗剪强度的影响，本试验设置了循环1周、2周、3周和4周共4个不同循环次数的试验组。
2.2剪切试验
使用沙质灰岩剪切试验机进行剪切试验。试验过程中采用三轴式内积静液压堆垛自平衡应力控制模式，剪切速率为0.5mm/min。试验中使用塑料板夹持样品，夹持力度应适当。
3.结果与分析
3.1实验结果
通过试验得到了不同循环次数下的黄土抗剪强度数据，数据如下表所示：
|循环次数|抗剪强度(MPa)|
|---|---|
|0|1.32|
|1|0.98|
|2|0.72|
|3|0.56|
|4|0.37|
3.2结果分析
根据试验数据可知，在冻融循环作用下，黄土的抗剪强度会显著降低。同时，循环次数越多，抗剪强度的降低越明显。在循环４次后黄土的抗剪强度只有原来的28%。
此外，黄土的含水率对冻融循环作用下抗剪强度的影响也非常显著。从试验结果可以看出