岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 1065-1074.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0968

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑沉积角影响的冻结砂土单轴压缩试验研究

梁靖宇1,沈万涛1,路德春2,齐吉琳1   

  1. 1. 北京建筑大学 土木与交通工程学院,北京 102616;2. 北京工业大学 城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124
  • 收稿日期:2022-06-27 接受日期:2022-08-29 出版日期:2023-04-18 发布日期:2023-04-28
  • 通讯作者: 齐吉琳,男,1969年生,博士,教授,主要从事寒区岩土工程方面的研究。E-mail: jilinqi@bucea.edu.cn E-mail:liangjy@bucea.edu.cn
  • 作者简介:梁靖宇,男,1988年生,博士,副研究员,主要从事岩土工程特性及其本构理论方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.52108294,No.41972279,No.52025084);北京市博士后基金(No.2021-zz-116);北京建筑大学市属高校基本科研业务费专项资金资助(No.X21077)。

Uniaxial compression test of frozen sand considering the effect of the deposition angle

LIANG Jing-yu1, SHEN Wan-tao1, LU De-chun2, QI Ji-lin1   

  1. 1. School of Civil and Transportation Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China; 2. Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of Ministry of Education, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
  • Received:2022-06-27 Accepted:2022-08-29 Online:2023-04-18 Published:2023-04-28
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52108294, 41972279, 52025084), the Beijing Postdoctoral Research Foundation (2021-zz-116) and the Fundamental Research Funds for Beijing University of Civil Engineering and Architecture(X21077).

摘要: 寒区工程中的土颗粒在重力作用下沿优势方向沉积排列而形成横观各向同性冻土材料。不考虑沉积方向与荷载方向之间沉积角的影响可能会错误估计实际工程中冻土的变形特征与承载力。然而,现有文献尚未探究沉积角对冻土工程特性的影响。针对这一问题,开展了不同温度条件下沉积角对冻土单轴压缩变形与强度特性影响的试验研究。通过所研发的制样模具制备了具有4种不同沉积角δ 的冻土试样(δ = 0º、30º、60º和90º),在设定的4种不同温度T条件下(T = −5、−10、−15 ℃和−20 ℃)对具有不同沉积角δ 的冻土试样开展了单轴压缩试验,分析了T与δ 对冻土的变形模式、破坏特征以及单轴抗压强度的显著影响。根据冻土应力−应变曲线的归一化结果及其软化段斜率的变化规律,将冻土单轴压缩变形模式在T与δ 影响下分为变形模式I、II 和 III。根据结果可知,随着 T 降低以及δ  趋于60º,冻土的变形模式趋于由变形模式I 过渡到变形模式III,试样破坏模式由鼓胀的X形剪切带破坏趋于破坏范围较小的单剪切面破坏,而冻土单轴抗压强度随T降低而增大的同时,随δ 增加表现出先减小后增大的趋势。

关键词: 横观各向同性, 沉积角, 冻土, 单轴压缩试验, 力学特性

Abstract: Soil particles in cold regions are deposited and arranged along the dominant direction due to gravity, forming transversely isotropic frozen soils. Without considering the effect of the deposition angle between the deposition direction and the load direction, the deformation characteristics and bearing capacity of the actual geotechnical engineering in cold regions may be misestimated. However, the effect of deposition angle on the mechanical properties of frozen soil has not been explored in the existing literature. In response to this problem, the uniaxial compressive tests under different temperature conditions were carried out in this paper to examine the effect of deposition angle on the mechanical behaviors of frozen soil. With the developed sample preparation mould, frozen soil samples with four different deposition angles δ (δ = 0º, 30º, 60º and 90º) were prepared. Uniaxial compression tests on these frozen soil samples were carried out at four different temperature conditions T (T = −5, −10, −15 ℃ and −20 ℃). The significant effects of T and δ  on deformation mode, failure behaviors and uniaxial compressive strength of frozen soil are analyzed. The uniaxial compressive stress-strain curves of frozen soil at certain T and δ are normalized, and the slope variation rule of the softened section is also analyzed. According to the above analysis, the deformation modes of the frozen soil under the effect of T andδ  are divided into three deformation modes, i.e., I, II and III. According to the test results, it can be observed that as T decreases and δ  tends to 60º, the deformation mode of frozen soil tends to transition from deformation mode I to deformation mode III, and the failure model tends to transition from the expansion failure mode with the X-shaped shear band to the single shear plane failure mode with a smaller failure range. The uniaxial compressive strength of frozen soil increases with the decrease of T, and shows a trend of first decreasing and then increasing with the increase of δ .

Key words: transversely isotropy, deposition angle, frozen soil, uniaxial compression test, mechanical properties

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