漠河多年冻土单轴抗压强度试验研究

于皓琳，徐学燕，董鉴峰，陈学敏

(1.哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090;2.黑龙江省电力勘察设计研究院哈尔滨150078)

冻土抗压强度是冻土的主要力学性质指标之一，它表示冻土压缩破坏特征，对于冻土地基基础设计与施工参数的确定有着重要的作用。国内外学者对冻土单轴抗压强度做过一些研究，如我国吴紫汪等人对西北冻结砂土、粉土进行了单轴抗压强度试验研究，得出砂土的强度与土温、含水量之间的关系［1－8］。黑龙江省漠河地区冻土抗压强度研究尚未见报道，本文选取漠河地区粉质黏土，研究其在含水量一定条件下，单轴抗压强度与土体温度的关系。

1 试验

1.1 试样制备

试验所用的土样系在黑龙江省漠河县东部的劲涛镇内多年冻土区钻探取样原状冻土，其物理性质描述如表1所示。

土样制成圆柱体，其直径、高度分别为102～132 mm、100～135 mm，高径比为 1.0～1.1，每层土样制备4件。

表1 土样物理性质描述

1.2 试验方案

将土样放入保温箱中，并一同放入冷冻柜冷冻，分别在 －2、－6、－10、－15℃恒温冷制24 h后，将其取出置于电子万能试验机上在恒变形速率下进行单轴无侧限抗压强度试验，试验过程中保持温度不变。

2 结果及分析

各层冻结土体在受压时，分别从试样顶部向下和从试样底部向上产生一条斜缝，沿斜截面发生剪切错动而破坏。冻土随温度的降低，脆性越来越明显。破坏形态如图1、图2所示。

图1 第②层冻土－10℃单轴抗压强度试验

图2 第③层冻土－10℃单轴抗压强度试验

各层冻土的单轴抗压强度试验数据见表2。

表2 各层冻土单轴抗压强度

对试验数据进行分析，得到各层冻土抗压强度与土温的关系曲线，如图3－图5所示。对试验数据进行回归得数据如表3所示。

图3 第②层冻土的单轴抗压强度与温度的关系

图4 第③层冻土的单轴抗压强度与温度的关系

图5 第④层冻土的单轴抗压强度与温度的关系

表3 各层冻土单轴抗压强度回归公式

冻土的单轴抗压强度随温度的下降而呈线性增大，这是因为随着温度的降低，冻土中未冻水转化为冰的数量增多，土骨架和冰的共同作用增大，其单轴抗压强度增大。

由回归分析的结果可以看出，第③层冻土随着温度的升高，其单轴抗压强度衰减最慢，土的力学性质优于第②、④层土，具有良好的工程特性。

随着温度的下降，冻土的脆性越来越强。冻土受压时产生的斜裂缝趋于明显。

含冰量大的第②层冻土承受荷载的时间大于其余二层土，这是因为冰的含量越大，体积增加越大，挤压土之间空隙越多，使得在温度基本不变的条件下承受荷载的时间增加。

在温度较高时，相同温度条件下，三种土层的强度相差较大，随着温度的降低，三种类型的冻土强度趋于接近，如图6所示。

图6 三层冻土的单轴抗压强度与温度的关系

3 结束语

冻土的单轴抗压强度随温度的下降而呈线性增大;随着温度的下降，冻土的脆性越来越强，冻土受压时产生的斜裂缝趋于明显;第③层冻土单轴抗压强度衰减最慢，具有良好的工程特性。

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