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循环荷载作用下高温-高含冰量冻土特性试验研究
循环荷载作用下高温-高含冰量冻土特性试验研究
摘要
本文通过试验研究循环荷载作用下高温-高含冰量冻土的特性，考察了冻土受循环荷载（施加周期荷载）作用下的力学特性与热学特性变化规律。实验结果表明，随着循环荷载和温度的增加，土体强度明显下降，而土体岩石骨架变形加剧。此外，冻土的热学特性也发生了明显变化，冻结-融化过程变得更加复杂，其热传导系数随温度和含水率变化显著。研究成果对工程中高寒地区土体力学及热学行为研究有着重要的参考与提高。
关键词：冻土特性、循环荷载、高温-高含冰量
Abstract
Thispaperinvestigatesthecharacteristicsoffrozensoilundertheactionofcyclicloads,focusingonthechangesinmechanicalandthermalpropertiesoffrozensoilunderhightemperatureandhighicecontent.Theexperimentresultsshowthatwiththeincreaseofcyclicloadsandtemperature,thestrengthofsoildecreasesobviously,andthedeformationofsoilrockskeletonintensifies.Inaddition,thethermalpropertiesoffrozensoilalsoundergosignificantchanges,andthefreezing-meltingprocessbecomesmorecomplex,withthethermalconductivitycoefficientchangingsignificantlywithtemperatureandwatercontent.Theresearchresultsprovideimportantreferencesandimprovementsforstudyingthemechanicalandthermalbehaviorofsoilincoldregionsinengineering.
Keywords:frozensoilproperties,cyclicloads,hightemperatureandhighicecontent
1.引言
在工程中，高寒地区的土体力学与热学行为对于天然气输送管道、输电线路、公路桥梁等基础设施建设的设计和施工有着至关重要的作用。然而，在这些工程中，由于环境的恶劣，土体常常处于冻结状态，因而必须对冻土的性质和特性进行深入研究。
根据实测资料，循环荷载作用是造成冻土破坏的主要原因之一。因此，本文主要通过试验研究，探讨循环荷载作用下高温-高含冰量冻土的特性，对于揭示冻土受循环荷载作用下的力学特性和热学特性变化规律，具有较大的现实意义。
2.试验方法
2.1材料准备
本试验采用高岭土和蒸馏水制备冻土试样。试验样品的尺寸大小为100mm×100mm×50mm，质量为1.5kg。
2.2循环荷载试验
试验样品在试验仪器上冻结，并在-10℃下进行定荷载和循环荷载试验。定荷载试验采用单独加载方式，即施加一定荷载并持续一段时间。循环荷载试验采用周期荷载方式，即每加载一个荷重，便卸载并等待一段时间之后，再施加下一个荷重。循环荷载方式的周期为30秒，荷载范围为0.1kN到0.4kN。
2.3热学试验
试验样品的温度在0℃及其以上进行热学试验。通过热系数仪对试样温度的变化进行实时监测，并测量相应的导热系数数据。
3.实验结果
3.1力学特性变化
循环荷载作用下，土体的抗力明显降低。在循环荷载的作用下，试件的强度和刚度都有所下降，其中强度下降较为明显。此外，循环荷载作用下，土体岩石骨架的变形量也加剧。
3.2热学特性变化
冻土的热学特性随着温度和含水率的变化而变化，冻结-融化过程变得更加复杂。在温度超过0℃时，冻土的导热系数由于水的升华及基质解冻导致的连通性增加而显著变化。随着温度的升高和含水率的增加，冻土的导热系数也随之增长。
4.结论
冻土受循环荷载作用下的力学特性和热学特性都显著受到了影响。随着循环荷载和温度的增加，试件的强度和刚度均明显下降，冻土的热学特性也发生了明显变化。因此，在工程设计和施工中，必须充分考虑冻土的受力特性和热学特性变化规律，采取相应的处理措施，以保证工程的可靠性和安全性。
参考文献
[1]QuanminZhu,FumeiZhao,XingXu.Experimentalinvestigationonmechanicalandthermalpropertiesoffrozenloessundercycliclo