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文章在动回弹模量实验的基础上，研究了冻融前后细颗粒土动力特征的改变情况，探索了物理状况、不同的应力状态以及反复的冻结与融化对动回弹模量的作用。结果表明：围压和压实度越高，土体的动回弹模量越大，而偏应力和含水率的增大则会出现相反的规律;含水率和围压对动回弹模量的作用效果要高于压实度和偏应力;冻融循环会破坏土体的结构，在第3次冻融前动回弹模量会出现较大程度的衰弱，随后趋于平缓。
路基土;动回弹模量;冻融循环
U416.03A150533
0 引言
路基土在长期车载作用下会发生疲劳破坏，从而会使路基稳定性和公路运营安全得不到保障。国内外专家和研究人员早就针对路基土的动力特征和永久应变做了大量的实验。而Seed[1]和Dragos[2]在大量实验的基础上提出了回弹模量的公式，阐明了路基的回弹特性。宋前进等[3]分析了孔隙比对粉土动力特征的作用，发现在固结围压不变时，粉土动力特性参数随孔隙比的增大而降低;在同等实验状况下，小孔隙比粉土的动剪切模量更大。臧濛[4]对动态荷载作用下湛江黏土的动力特性进行实验研究，结果发现黏土在动态荷载作用下表现出脆性破坏特征，固结压力对天然黏土动力特性的作用效果较大。邱欣等[4]和李志勇等[5]认为回弹模量因含水率和压实度的改变会出现较大范围的波动。
目前已有不少学者对动回弹模量及其相关要素做出大量研究。本文主要开展冻融条件下的室内动三轴实验，分析土的物理状况和应力特征对动回弹模量的作用。
1 实验材料及实验方案
1.1 土样
通过室内常规实验确定了土样的基本物理性质，如表1所示。
1.2 试件制备
首先将风干土过5 mm筛，然后进行击实实验，再按照所需压实度准备土料，加水拌和均匀后装袋密封12 h，试件制样使用液压机静压成型，试件直径为100 mm、高度为200 mm的圆柱体。以最佳含水率ω0、ω0±2%和压实度96%前提下制作试样来探讨含水率对回弹模量的作用规律，每组3个。
1.3 动三轴实验方法
本实验所用仪器为英国GDS动三轴测试系统，实验的加载波形荷载为频率为1 Hz的半正弦波，其中持载时间为0.1 s，间歇时间为0.9 s。考虑到我国道路的结构组成和荷载水平，本实验中选取4种不同的围压应力和4种不同的偏应力，实验所用加载序列如表2所示。取倒数5次回弹变形的平均值，按式（1）计算试件的回弹模量：
MR=σdεR（1）
式中：MR——回彈模量;
σd——偏应力，σd=σ1-σ3，σ1为竖向应力，σ3为围压应力;
εR——轴向回弹应变均值。
1.4 冻融循环实验方法
冻融循环实验选择在冻融箱内进行，1次循环包括1次冻结1次融化，共设置0～5次循环。冻结温度设置为-15 ℃，持续12 h，融化温度设置为15 ℃，同样持续12 h。
2 实验结果分析
2.1 含水率与回弹模量的关系
在96%压实度下，不同含水率（ω）对动回弹模量（MR）的作用结果如表3所示：可以看出土体MR受ω作用效果较大，ω的降低会导致MR的增大。在偏应力一定（60 kPa）时，以45 kPa围压为例，土体在ω0下的MR为125.30 MPa;当含水率为ω0-2%时，MR由125.30 MPa上升到140.53 MPa，增长了12.15%;当含水率为ω0+2%时，MR由125.30 MPa降低到103.23 MPa，减小了17.61%。ω的增加会使得土体的水膜厚度增大从而导致颗粒间的吸引力减小，起到了润滑的作用，应变量的增大使得土体的整体抗变形能力降低，因此MR出现了较大的降幅。
2.2 压实度与回弹模量的关系
最佳含水率状态下，不同压实度对动回弹模量（MR）的作用结果如表4所示：土体的压实度越高，MR越大。在偏应力一定（60 kPa）时，以45 kPa围压为例，96%压实度时土体的MR为125.30 MPa;当压实度为100%时，MR由125.30 MPa上升到135.51 MPa，增长了8.15%;当压实度为94%时，MR由125.30 MPa降低到112.69 MPa，减小了10.06%。当压实度降低，土体变得相对松散，土体的空隙变大，受到荷载作用时产生的变形量也较大，而压实度的增大使得土体的密实度也相应得到提高，抵抗荷载作用的能力得到提升。因此在道路施工过程中需要尽量提高土体的压实度。
2.3 应力状况与回弹模量的关系
在相同的实验状况下，应力的变化与动回弹模量（MR）的关系如表5所示。在围压相同时，偏应力的增加会使MR减小。以30 kPa的围压为例，偏应力从30 kPa增加到105 kPa时，MR分别降低了9.88 MPa、18.94 MPa和29.85 MPa，降幅分别为8.81%、16.89%和26.60%。当偏应力不变时，提高围压会增大土体的MR，并且不同围压状态下的增长幅度略有差异，整体近似于线性增长。以55 kPa的偏应力为例，将围压从15 kPa逐级提高到60 kPa，MR分别增加了21.97 MPa、34.91 MPa和51.63 MPa，增幅分别为27.34%、43.45%和64.26%。从中可以看出路基土的MR对围压和偏应力均有较强的敏感性。通过对比分析，可以推断出围压对MR的提升效果要高于偏应力的劣化效果。
2.4 冻融循环与回弹模量的关系
冻融次数对于路基土动回弹模量（MR）的作用关系如表6所示。经历过若干次冻融后，土体的MR均有所降低。在围压>15 kPa条件下，土体在3次冻融循环后，MR的降幅减小，并逐渐趋于稳定，这说明前3次的冻融作用对土体的破坏作用最大，MR的降幅最明显，之后的冻融循环过程中，土体的MR几乎不变。且在不同围压状态下受冻融循环的作用不同，低围压的情况下受冻融作用更加显著，以15 kPa围压为例，在5次循环后，MR下降了20.19 MPa，降幅为33.42%，在60 kPa围压时仅降低了8.99 MPa，降幅为8.36%，这是由于围压越大，土体的约束力也越强，围压对土体具有压密作用。 3 结语
本文基于动三轴实验，探讨含水率、压实度和应力对细颗粒土动回弹模量的作用，结果表明：
（1）含水率的降低会使动回弹模量增大，而含水率的增大则会出现相反的规律;压实度的提升会使动回弹模量增大。通过比较发现，含水率对动回弹模量的作用比压实度更大，在路基施工过程应严控含水率的变化，同时尽可能提高土体的压实度。
（2）围压不变，偏应力的增大会使土体的动回弹模量降低;当偏应力不变时，围压越大，动回弹模量越高。围压对土体动回弹模量的作用要高于偏应力。
（3）冻融次数越多，土体颗粒破碎越严重，动回弹模量越低。其中，在前3次冻融的动回弹模量衰减幅度最高，冻融循环的衰减率随围压的提高而降低，低围压的条件下动回弹模量衰减率最高。
[1]Seed H.B，Chan C.K，Lee C.E.Resilience characteristics of subgrade soils and their relation to fatigue failures in aspHalt pavements[A].Proceedings International Conference on Structural Design of AspHalt Pavement[C].University of Michigan，1962.
[2]Dragos A，Matthew W.W，Charles W.S.Harmonized resilient modulus test method for unbound pavement materials[A].82th Annual Meeting of Transportation Research Board [C].Washington，2003.
[3]宋前进，程 磊，贺为民.孔隙比对土体动力特性参数的影响——以豫东平原粉土为例[J].科学技术与工程，2021，21（7）：2 830-2 835.
[4]臧 濛，太 俊，汪为巍.循环荷载下结构性黏土的动力特性试验研究[J].科学技术与工程，2020，20（32）：13 348-13 354.
[5]邱 欣，錢劲松，张世洲.基于基质吸力的粘性路基土动回弹模量预估模型研究[J].水文地质工程地质，2011，38（3）：49-53.
[6]李志勇，董 城，邹静蓉，等.湘南地区红黏土动态回弹模量实验与预估模型研究[J].岩土力学，2015，36（7）：1 840-1 846.
路基土;动回弹模量;冻融循环
U416.03A150533
0 引言
路基土在长期车载作用下会发生疲劳破坏，从而会使路基稳定性和公路运营安全得不到保障。国内外专家和研究人员早就针对路基土的动力特征和永久应变做了大量的实验。而Seed[1]和Dragos[2]在大量实验的基础上提出了回弹模量的公式，阐明了路基的回弹特性。宋前进等[3]分析了孔隙比对粉土动力特征的作用，发现在固结围压不变时，粉土动力特性参数随孔隙比的增大而降低;在同等实验状况下，小孔隙比粉土的动剪切模量更大。臧濛[4]对动态荷载作用下湛江黏土的动力特性进行实验研究，结果发现黏土在动态荷载作用下表现出脆性破坏特征，固结压力对天然黏土动力特性的作用效果较大。邱欣等[4]和李志勇等[5]认为回弹模量因含水率和压实度的改变会出现较大范围的波动。
目前已有不少学者对动回弹模量及其相关要素做出大量研究。本文主要开展冻融条件下的室内动三轴实验，分析土的物理状况和应力特征对动回弹模量的作用。
1 实验材料及实验方案
1.1 土样
通过室内常规实验确定了土样的基本物理性质，如表1所示。
1.2 试件制备
首先将风干土过5 mm筛，然后进行击实实验，再按照所需压实度准备土料，加水拌和均匀后装袋密封12 h，试件制样使用液压机静压成型，试件直径为100 mm、高度为200 mm的圆柱体。以最佳含水率ω0、ω0±2%和压实度96%前提下制作试样来探讨含水率对回弹模量的作用规律，每组3个。
1.3 动三轴实验方法
本实验所用仪器为英国GDS动三轴测试系统，实验的加载波形荷载为频率为1 Hz的半正弦波，其中持载时间为0.1 s，间歇时间为0.9 s。考虑到我国道路的结构组成和荷载水平，本实验中选取4种不同的围压应力和4种不同的偏应力，实验所用加载序列如表2所示。取倒数5次回弹变形的平均值，按式（1）计算试件的回弹模量：
MR=σdεR（1）
式中：MR——回彈模量;
σd——偏应力，σd=σ1-σ3，σ1为竖向应力，σ3为围压应力;
εR——轴向回弹应变均值。
1.4 冻融循环实验方法
冻融循环实验选择在冻融箱内进行，1次循环包括1次冻结1次融化，共设置0～5次循环。冻结温度设置为-15 ℃，持续12 h，融化温度设置为15 ℃，同样持续12 h。
2 实验结果分析
2.1 含水率与回弹模量的关系
在96%压实度下，不同含水率（ω）对动回弹模量（MR）的作用结果如表3所示：可以看出土体MR受ω作用效果较大，ω的降低会导致MR的增大。在偏应力一定（60 kPa）时，以45 kPa围压为例，土体在ω0下的MR为125.30 MPa;当含水率为ω0-2%时，MR由125.30 MPa上升到140.53 MPa，增长了12.15%;当含水率为ω0+2%时，MR由125.30 MPa降低到103.23 MPa，减小了17.61%。ω的增加会使得土体的水膜厚度增大从而导致颗粒间的吸引力减小，起到了润滑的作用，应变量的增大使得土体的整体抗变形能力降低，因此MR出现了较大的降幅。
2.2 压实度与回弹模量的关系
最佳含水率状态下，不同压实度对动回弹模量（MR）的作用结果如表4所示：土体的压实度越高，MR越大。在偏应力一定（60 kPa）时，以45 kPa围压为例，96%压实度时土体的MR为125.30 MPa;当压实度为100%时，MR由125.30 MPa上升到135.51 MPa，增长了8.15%;当压实度为94%时，MR由125.30 MPa降低到112.69 MPa，减小了10.06%。当压实度降低，土体变得相对松散，土体的空隙变大，受到荷载作用时产生的变形量也较大，而压实度的增大使得土体的密实度也相应得到提高，抵抗荷载作用的能力得到提升。因此在道路施工过程中需要尽量提高土体的压实度。
2.3 应力状况与回弹模量的关系
在相同的实验状况下，应力的变化与动回弹模量（MR）的关系如表5所示。在围压相同时，偏应力的增加会使MR减小。以30 kPa的围压为例，偏应力从30 kPa增加到105 kPa时，MR分别降低了9.88 MPa、18.94 MPa和29.85 MPa，降幅分别为8.81%、16.89%和26.60%。当偏应力不变时，提高围压会增大土体的MR，并且不同围压状态下的增长幅度略有差异，整体近似于线性增长。以55 kPa的偏应力为例，将围压从15 kPa逐级提高到60 kPa，MR分别增加了21.97 MPa、34.91 MPa和51.63 MPa，增幅分别为27.34%、43.45%和64.26%。从中可以看出路基土的MR对围压和偏应力均有较强的敏感性。通过对比分析，可以推断出围压对MR的提升效果要高于偏应力的劣化效果。
2.4 冻融循环与回弹模量的关系
冻融次数对于路基土动回弹模量（MR）的作用关系如表6所示。经历过若干次冻融后，土体的MR均有所降低。在围压>15 kPa条件下，土体在3次冻融循环后，MR的降幅减小，并逐渐趋于稳定，这说明前3次的冻融作用对土体的破坏作用最大，MR的降幅最明显，之后的冻融循环过程中，土体的MR几乎不变。且在不同围压状态下受冻融循环的作用不同，低围压的情况下受冻融作用更加显著，以15 kPa围压为例，在5次循环后，MR下降了20.19 MPa，降幅为33.42%，在60 kPa围压时仅降低了8.99 MPa，降幅为8.36%，这是由于围压越大，土体的约束力也越强，围压对土体具有压密作用。 3 结语
本文基于动三轴实验，探讨含水率、压实度和应力对细颗粒土动回弹模量的作用，结果表明：
（1）含水率的降低会使动回弹模量增大，而含水率的增大则会出现相反的规律;压实度的提升会使动回弹模量增大。通过比较发现，含水率对动回弹模量的作用比压实度更大，在路基施工过程应严控含水率的变化，同时尽可能提高土体的压实度。
（2）围压不变，偏应力的增大会使土体的动回弹模量降低;当偏应力不变时，围压越大，动回弹模量越高。围压对土体动回弹模量的作用要高于偏应力。
（3）冻融次数越多，土体颗粒破碎越严重，动回弹模量越低。其中，在前3次冻融的动回弹模量衰减幅度最高，冻融循环的衰减率随围压的提高而降低，低围压的条件下动回弹模量衰减率最高。
[1]Seed H.B，Chan C.K，Lee C.E.Resilience characteristics of subgrade soils and their relation to fatigue failures in aspHalt pavements[A].Proceedings International Conference on Structural Design of AspHalt Pavement[C].University of Michigan，1962.
[2]Dragos A，Matthew W.W，Charles W.S.Harmonized resilient modulus test method for unbound pavement materials[A].82th Annual Meeting of Transportation Research Board [C].Washington，2003.
[3]宋前进，程 磊，贺为民.孔隙比对土体动力特性参数的影响——以豫东平原粉土为例[J].科学技术与工程，2021，21（7）：2 830-2 835.
[4]臧 濛，太 俊，汪为巍.循环荷载下结构性黏土的动力特性试验研究[J].科学技术与工程，2020，20（32）：13 348-13 354.
[5]邱 欣，錢劲松，张世洲.基于基质吸力的粘性路基土动回弹模量预估模型研究[J].水文地质工程地质，2011，38（3）：49-53.
[6]李志勇，董 城，邹静蓉，等.湘南地区红黏土动态回弹模量实验与预估模型研究[J].岩土力学，2015，36（7）：1 840-1 846.