• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看

      ?

      凍融循環(huán)作用對路基粉質(zhì)粘土抗剪強度的影響分析

      2017-07-18 11:56:16
      湖南交通科技 2017年2期
      關(guān)鍵詞:黏聚力凍融循環(huán)摩擦角

      蔣 慎

      (湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 湖南 長沙 410004)

      凍融循環(huán)作用對路基粉質(zhì)粘土抗剪強度的影響分析

      蔣 慎

      (湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 湖南 長沙 410004)

      土的抗剪強度是反映土體對外界荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力的力學(xué)指標(biāo),分析土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性關(guān)鍵是研究土體內(nèi)部薄弱界面的抗剪強度。以湖南地區(qū)某路基工程為背景,主要研究了不同含水率的粉質(zhì)粘土在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的抗剪性能,得出凍融循環(huán)次數(shù)對土體抗剪性能的削弱規(guī)律。

      路基工程; 粉質(zhì)粘土; 凍融循環(huán); 抗剪強度

      0 引言

      土體在外荷載作用下,受到荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力,發(fā)生剪切變形,當(dāng)土體內(nèi)部所受的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強度時,土體就會沿著剪切作用面發(fā)生相對滑動,從而發(fā)生剪切破壞。此時,土體所能承受的最大剪應(yīng)力即土體的抗剪強度,它是由粘聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值兩個參數(shù)決定的,反映了土體對外界荷載產(chǎn)生剪應(yīng)力的極限抵抗能力。土體的剪切破壞是土體破壞的主要形式,所以抗剪強度這項力學(xué)指標(biāo)是研究土體力學(xué)性能的關(guān)鍵因素,也是分析邊坡穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)。然而國內(nèi)一些學(xué)者對此都有不同的研究,李琳[1]對3種不同塑性路基土剪切強度的影響,通過試驗,測定了不同凍融循環(huán)次數(shù)下3種土體的抗剪強度、粘聚力和內(nèi)摩阻力,進(jìn)行相關(guān)研究。許強等[2]對湖南黏土反復(fù)凍融循環(huán)后的強度試驗,分析了非飽和黏土在凍融循環(huán)作用下的強度變化特征,研究了非飽和狀態(tài)下不同含水量對強度和變形的影響規(guī)律,重點研究了凍融循環(huán)對抗剪強度的影響規(guī)律。李航等[3]為了研究凍融循環(huán)作用對路基邊坡穩(wěn)定性的影響,建立了路基變形場及應(yīng)力場的三維數(shù)值計算模型,并得出凍融循環(huán)作用次數(shù)與路基邊坡安全系數(shù)的關(guān)系。本文以湖南地區(qū)某路基工程中粉質(zhì)粘土為研究對象,由于湖南當(dāng)?shù)囟咀畹蜌鉁卦? ℃左右,所以在冬季路基施工過程中,土體往往會經(jīng)受凍融循環(huán)的破壞,所以研究凍融循環(huán)作用對粉質(zhì)粘土抗剪強度的影響規(guī)律是十分必要的,為冬季路基施工提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

      1 試驗原理及設(shè)計

      土體主要包括了顆粒狀固體、水分及氣3種物質(zhì),當(dāng)氣溫降低至0 ℃以下時,土體中的水分就會凍結(jié),并將顆粒狀固體膠結(jié)成整體,從而土體將變成凍土狀態(tài)。凍土是一種分散體系,主要是由固體顆粒、冰包裹顆粒、未結(jié)冰水分、氣態(tài)包裹體組成,它的結(jié)構(gòu)特征要比普通土體復(fù)雜得多,因此凍土的物理力學(xué)性質(zhì)相對于普通土體差別也很大。在土體凍結(jié)的過程中,土體中的自由水最先發(fā)生凍結(jié),形成冰晶體物質(zhì),緊接著弱結(jié)合水也開始發(fā)生凍結(jié),使得冰晶體物質(zhì)逐漸擴大,此時土體中的結(jié)合水膜也會相應(yīng)變薄,土顆粒之間的分子引力也相應(yīng)減小,同時由于水膜變薄體積變小,所以水膜中的離子濃度相對增大,導(dǎo)致了土體產(chǎn)生更多的滲透壓,同時土顆粒之間的分子引力也相應(yīng)減小,在兩者的共同作用下土體的體積發(fā)生膨脹,產(chǎn)生膠結(jié)凍脹力,直接影響土體的抗剪強度發(fā)生變化。當(dāng)溫度升高至0 ℃以上時,由于土體中冰晶體的融化,土體的體積開始縮小,在自身的重力作用下土體會固結(jié)排水產(chǎn)生一定的沉降,同時在土體內(nèi)部出現(xiàn)孔隙水壓力。本試驗取工程現(xiàn)場粉質(zhì)粘土作為試驗樣本,通過烘干后加定量的水制備5組不同含水率的試件(16%~24%,每組試件含水率遞增2%),每組試件為8個,分別經(jīng)歷1~8次凍融循環(huán),凍融的溫度范圍為-10~5 ℃,凍融循環(huán)的周期為24 h(凍結(jié)12 h,融化12 h)。將制成的試件分別在不同的垂直壓力下進(jìn)行抗剪強度試驗,得出不同含水率土體在凍融循環(huán)作用下抗剪強度的變化規(guī)律。

      2 試驗結(jié)果

      凍融試驗結(jié)果見表1。

      表1 凍融試驗結(jié)果記錄表

      續(xù)表1 凍融試驗結(jié)果記錄表

      3 試驗結(jié)果分析

      3.1 不同含水率條件下不同凍融循環(huán)次數(shù)的土體黏聚力與內(nèi)摩擦角變化

      從圖1中可以看出,在不同的含水率條件下,黏聚力隨凍融次數(shù)增加而減小,且其減小的速率逐漸減小。凍融8次以后,其黏聚力大約減小38%。而其內(nèi)摩擦角隨凍融次數(shù)增加而增大。土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角出現(xiàn)上述這種變化規(guī)律的主要原因是由于土體在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后,土體結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞,使得土顆粒之間的膠結(jié)力和咬合作用減小,所以導(dǎo)致黏聚力減?。涣硪环矫?,由于凍融循環(huán)使得體積減小,孔隙率減少,土體變得更加密實,所以土顆粒之間的接觸增多,從而導(dǎo)致內(nèi)摩擦角變大。同時由于凍融循環(huán)過程中土體結(jié)構(gòu)離散化,土顆粒之間的排列方式更加不規(guī)則,這也會導(dǎo)致內(nèi)摩擦角的增大。

      圖1 不同凍融次數(shù)對黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響

      3.2 凍融循環(huán)次數(shù)對抗剪強度的影響

      從圖2中可以看出,在不同含水率條件下,土體的抗剪強度隨凍融次數(shù)的增加而減小,并且含水率越高的土體凍融循環(huán)后相對應(yīng)的抗剪強度越小。土體的抗剪強度出現(xiàn)上述這種變化規(guī)律的主要原因是由于土體在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后,黏聚力基本呈線性減小的趨勢,內(nèi)摩擦角雖然有所增大但幅度較小。根據(jù)庫倫定律τ=σtanφ+c可知,抗剪強度是由黏聚力c和內(nèi)摩擦角兩個參數(shù)決定的,由于黏聚力c值的減小幅度大于tanφ值的增大幅度,所以在總體上看土體的抗剪強度隨凍融次數(shù)的增加而呈減小的趨勢。另一方面,當(dāng)土體含水率較高時,在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后土體的體積變化更明顯,導(dǎo)致顆粒間的黏聚力更小,所以含水率越高的土體凍融循環(huán)后相對應(yīng)的抗剪強度越小。

      圖2 不同含水率及凍融次數(shù)對抗剪強度影響

      3.3 不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下不同含水率的土體黏聚力與內(nèi)摩擦角的變化

      從圖3中可以看出在不同凍融次數(shù)條件下,隨著含水率的增加,土體黏聚力和內(nèi)摩擦角都有不同程度的減小,隨凍融次數(shù)增加內(nèi)摩擦角減小的幅度相對粘聚力減小的幅度小。土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角出現(xiàn)上述這種變化規(guī)律的主要原因是由于土體的凍融循環(huán)主要是土體中水分的凍脹和融沉過程,當(dāng)土體含水率較高時,土體在凍融循環(huán)后結(jié)構(gòu)破壞得更嚴(yán)重,體積變化更明顯,所以在不同凍融次數(shù)條件下,隨著含水率的增加,土體黏聚力和內(nèi)摩擦角都有不同程度的減小。

      圖3 不同含水率對黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響

      4 結(jié)論

      1) 凍融循環(huán)作用改變土體力學(xué)性質(zhì)的主要原因是改變土的結(jié)構(gòu)性,即破壞了土顆粒間的聯(lián)結(jié)力,使土顆粒得以重新排列。土體在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后,土體結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞,使得土顆粒之間的膠結(jié)力和咬合作用減小,所以黏聚力隨凍融次數(shù)增加而減?。挥捎趦鋈谘h(huán)使得體積減小,孔隙率減少,土體變得更加密實,所以土顆粒之間的接觸增多,同時由于凍融循環(huán)過程中土體結(jié)構(gòu)離散化,土顆粒之間的排列方式更加不規(guī)則,導(dǎo)致內(nèi)摩擦角隨凍融次數(shù)增加而增大。

      2) 土體在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后,黏聚力基本呈線性減小的趨勢,內(nèi)摩擦角雖然有所增大但幅度較小。根據(jù)庫倫定律τ=σtanφ+c可知,抗剪強度是由黏聚力c和內(nèi)摩擦角兩個參數(shù)決定的,由于黏聚力c值的減小幅度大于tanφ值的增大幅度,所以在總體上看土體的抗剪強度隨凍融次數(shù)的增加而減小。

      3) 土體的凍融循環(huán)主要是土體中水分的凍脹和融沉過程,當(dāng)土體含水率較高時,土體在凍融循環(huán)后結(jié)構(gòu)破壞得更嚴(yán)重,體積變化更明顯,所以在不同凍融次數(shù)條件下,隨著含水率的增加,土體黏聚力和內(nèi)摩擦角均有不同程度的減小。

      [1] 李琳.凍融循環(huán)對路基土剪切強度的影響研究[J].湖南交通科技, 2015, 41(2):28-30.

      [2] 許強,吳禮舟,張蓮花.凍融循環(huán)作用下非飽和黏土的抗剪強度試驗[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(自科版), 2011, 38(3):334-338.

      [3] 王麗黎,高志華,金龍,等.凍融循環(huán)對含碎石黏土抗剪強度參數(shù)的影響研究[J].路基工程, 2016(3):108-112.

      [4] 王大雁,馬巍,常小曉,等.凍融循環(huán)作用對青藏粘土物理力學(xué)性質(zhì)的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2005, 24(23):4313-4319.

      [5] 馮勇,何建新,劉亮,等.凍融循環(huán)作用下細(xì)粒土抗剪強度特性試驗研究[J].冰川凍土, 2008, 30(6):1013-1017.

      [6] 吳志琴. 凍融循環(huán)作用對粉質(zhì)粘土抗剪強度指標(biāo)影響的研究[D].哈爾濱:黑龍江大學(xué), 2012.

      [7] 徐學(xué)燕,丁靖康.凍融界面土體的長期抗剪強度指標(biāo)確定[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報, 1992(3):37-42.

      [8] 葛琪.基于凍融界面強度損傷的季凍區(qū)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究[D].長春:吉林大學(xué), 2010.

      1008-844X(2017)02-0059-04

      U 412.22+1

      A

      猜你喜歡
      黏聚力凍融循環(huán)摩擦角
      季凍黃土地區(qū)框錨邊坡預(yù)應(yīng)力錨桿內(nèi)力計算方法
      應(yīng)用摩擦角,巧解動力學(xué)問題
      更正
      重慶建筑(2021年3期)2021-03-31 15:47:34
      借助摩擦角 快解勻速運動問題
      凍融循環(huán)作用下土質(zhì)河堤的穩(wěn)定性分析
      持載和凍融循環(huán)對鋼筋混凝土粘結(jié)性能的影響
      黏聚力強度對滑面作用的差異分析
      科技視界(2016年7期)2016-04-01 20:15:33
      摩擦角在平衡問題中的應(yīng)用
      華北積雪凍融循環(huán)微波輻射特征研究
      遙感信息(2015年3期)2015-12-13 07:26:52
      用摩擦角巧解靜力學(xué)問題
      酒泉市| 华宁县| 城固县| 得荣县| 莱州市| 龙州县| 旌德县| 城口县| 呼图壁县| 洛宁县| 营山县| 万州区| 灵武市| 临江市| 河津市| 汝城县| 正蓝旗| 乡城县| 民乐县| 泰安市| 淮安市| 来安县| 宜兴市| 汉沽区| 神农架林区| 泾源县| 楚雄市| 西充县| 肇东市| 项城市| 桃江县| 花莲县| 彭山县| 神池县| 哈密市| 凌云县| 九寨沟县| 都匀市| 武定县| 获嘉县| 新建县|