基于正交設(shè)計(jì)的膨脹土凍融循環(huán)試驗(yàn)研究.pdf

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1、第2期水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)No．22017年4月HYDRO-SCIENCEANDENGINEERINGADr．2017DOI：10．16198／j．cnki．1009—640X．2017．02．007宋迎俊，許雷，魯洋，等．基于正交設(shè)計(jì)的膨脹土凍融循環(huán)試驗(yàn)研究[J]．水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2017(2)：51—58．(SONGYingjun，XULei，LuYang，ela1．Experimentalstudiesonfreeze—thawcyclesofexpansivesoilbasedonorthogonaldesign『J]．Hydro—ScienceandEngin

2、eering，2017(2)：5l一58．(inChinese))基于正交設(shè)計(jì)的膨脹土凍融循環(huán)試驗(yàn)研究宋迎俊1，許雷1，魯洋1，錢智宇2，張雨灼3，李劍萍1(1．河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京210098；2．揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225127；3．上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海200092)捅要：南水北調(diào)南陽段膨脹土位于季節(jié)性凍土區(qū)域，易受凍融循環(huán)的影響。以南陽膨脹土為研究對象，對不同含水率、凍結(jié)溫度、凍融循環(huán)次數(shù)的膨脹土試樣進(jìn)行變形測量和無側(cè)限壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含水率對膨脹土力學(xué)性質(zhì)影響較大，含水率越高，強(qiáng)度與彈性模量衰減量越大

3、；凍結(jié)溫度對試樣體積有較大影響，尤其是一10℃。根據(jù)顯著性分析理論，研究含水率、凍結(jié)溫度、凍融循環(huán)次數(shù)以及各因素問交互作用對膨脹土物理力學(xué)性質(zhì)影響的顯著性。結(jié)果表明，含水率對膨脹土力學(xué)性質(zhì)影響最明顯，含水率和凍結(jié)溫度問的交互作用對強(qiáng)度影響較為顯著；凍結(jié)溫度對膨脹土體積變化影響最大，含水率和凍融循環(huán)次數(shù)的交互作用對體積變化有一定影響。在研究凍融循環(huán)條件下膨脹土物理力學(xué)性質(zhì)時，不僅要考慮單一因素的影響，還應(yīng)綜合考慮各種因素交互作用的影響。關(guān)鍵詞：膨脹土；凍融循環(huán)；應(yīng)力應(yīng)變曲線；強(qiáng)度；彈性模量；體積變化；顯著性分析中圖分類號：TU443文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1009-64

4、0X(2017)02-0051-08膨脹土是一種富含大量蒙脫石、伊利石和高嶺土等強(qiáng)親水礦物質(zhì)的高塑性黏土¨j，具有強(qiáng)烈的脹縮變形特性，會給渠道等水利工程的建造帶來巨大危害¨也j。目前針對膨脹土的研究取得了較多成果，徐彬等[3]通過對不同裂隙開展程度的飽和膨脹土試樣進(jìn)行直剪和三軸試驗(yàn)，表明裂隙的開展使得膨脹土強(qiáng)度降低；呂海波等”-通過原狀膨脹土干濕循環(huán)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)膨脹土的抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增加而衰減，最終趨于穩(wěn)定；胡娜等∞1對重塑膨脹土進(jìn)行快剪及固結(jié)快剪試驗(yàn)，研究表明膨脹土的強(qiáng)度隨含水率的增加而減??；李兆宇等∽1通過凍結(jié)膨脹土三軸試驗(yàn)研究土體在不同溫度與圍壓下的應(yīng)力應(yīng)

5、變關(guān)系，表明凍結(jié)膨脹土的應(yīng)力應(yīng)變曲線為應(yīng)變硬化型，有明顯的彈塑性變形階段；魯洋等l列研究凍融循環(huán)后膨脹土的裂隙形態(tài)，并在分形維度概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量分析；許雷等舊。對經(jīng)歷凍融循環(huán)的膨脹土和非膨脹土進(jìn)行尺寸測量和直剪試驗(yàn)，表明凍融循環(huán)初期土體抗剪強(qiáng)度顯著降低，膨脹土與非膨脹土體積變化相反。但前人針對膨脹土的研究主要集中在裂隙、干濕循環(huán)、含水率等因素，很少去考慮凍融循環(huán)作用。南水北調(diào)中線工程大部分膨脹土渠道邊坡處于季節(jié)性凍土區(qū)，在高低溫交替環(huán)境下，土體內(nèi)部水分的凍結(jié)與融化使膨脹土不僅會發(fā)生凍融變形，還會發(fā)生脹縮變形，使得土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，影響膨脹土的物理力學(xué)性質(zhì)【9j。在

6、凍融循環(huán)作用下，膨脹土的物理力學(xué)性質(zhì)不僅與含水率、凍結(jié)溫度、凍融循環(huán)次數(shù)等因素有關(guān)，也可能與各因素間的交互作用相關(guān)。李順群等¨叫對凍土力學(xué)性質(zhì)影響因素的顯著性和因素間交互作用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明溫度、含水率和應(yīng)變速率對強(qiáng)度的影響存在明顯的交互作用；常丹等¨u通過粉砂常規(guī)靜三軸剪切試驗(yàn)，表明圍壓與凍融循環(huán)次數(shù)、凍結(jié)溫度與凍融循環(huán)次數(shù)問的交互作用對于粉砂的力學(xué)性質(zhì)的影響均比較明顯。然而關(guān)于膨脹土凍融循環(huán)交互作用的影響鮮有報(bào)道。收稿日期：2016—03—31基金項(xiàng)目：江蘇省普通高校研究生實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(SJZZl6_0082)作者簡介：宋迎俊(1993～)，男，江蘇泰州人

7、，碩士研究生，主要從事土工合成材料和特殊土研究。E—mail：syjhhu@163．con通信作者：魯洋(E·mail：luy@hhu．edu．cn)52水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)2017年4月本文以南陽膨脹土為研究對象，對不同含水率、凍結(jié)溫度、凍融循環(huán)次數(shù)條件下的試樣進(jìn)行無側(cè)限壓縮試驗(yàn)和變形測量，考慮這3種因素對膨脹土的應(yīng)力應(yīng)變曲線、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彈性模量和體積的影響，并根據(jù)顯著性分析理論，對各因素及其交互作用進(jìn)行顯著性分析。1試驗(yàn)概況及方案設(shè)計(jì)1．1試樣制備及方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)所用土料取自南水北調(diào)中線工程南陽段建設(shè)工地的膨脹土，呈棕黃色。根據(jù)相關(guān)規(guī)范¨2o進(jìn)行