论文部分内容阅读
准确掌握冻土的力学特征,对寒区工程的建设及运营维护具有重要意义。由于土质、外在环境的差异以及冻土力学性质的复杂性,不同学者对冻土弹性指标的选取、强度特征的描述及其本构模型的确定采用的方法并不统一。为了进一步深入研究冻土的这些力学特性,探讨其确定方法的合理性,本文选取了内蒙古和林地区的冻结黄土作为研究对象,进行了一系列三轴加载试验,研究了冻结和林黄土的变形、强度和本构模型等力学性质,主要研究内容与结论如下:(1)对冻结和林黄土进行了一系列不同温度与不同围压条件下的常规三轴压缩试验,得到了不同条件下冻结黄土的应力-应变曲线与体积应变曲线。试验结果表明:冻结黄土的应力-应变曲线表现为应变硬化型,与此对应的体积应变则总是随着轴向应变的增加先缩后胀。(2)采用两种不同方法确定了冻结和林黄土的弹性模量,发现初始切线模量E0和割线模量E0.5随温度的降低而增大,其中E0随温度的变化波动性更大。初始切线模量E0和割线模量E0.5随围压的变化规律大致可分为两个阶段,在低围压阶段E0和E0.5随围压的增加而增大,当围压增加到一定值时,E0和E0.5随着围压的进一步增加而减小,在这个变化过程中,E0与围压的关系表现出较大的离散性。(3)采用两种不同方法确定了冻结和林黄土的泊松比,发现在不同围压条件下,μ0和μ0.5都是随着温度的降低而减小的,μ0.5与温度的线性关系更强。不同温度条件下,μ0和μ0.5随着围压的增加先增大后减小,且由于冻结黄土试样是饱冰状态,这两种方式确定的泊松比值都比较小。(4)冻结和林黄土的强度先是随着围压的增加而增大,而当围压增大到一定值时,冻结黄土的强度随着围压的进一步增加而减小;冻结黄土的强度和屈服极限随着温度的降低而增大,与温度绝对值呈线性正相关关系;基于莫尔强度准则与包络线定理分析了冻结黄土的强度指标(粘聚力和内摩擦角),发现冻结黄土的粘聚力随着围压的增加而增大,而其内摩擦角随着围压的增加而减小。(5)研究冻结和林黄土的复杂变形特征,构建冻结黄土的弹塑性本构模型。针对现有本构模型难以准确描述冻土的复杂变形问题,直接根据试验数据来确定硬化定律,提出以塑性等值线作为冻结黄土的屈服面,采用相关联流动法则构建了考虑温度影响的冻结和林黄土弹塑性本构模型。