含水率對凍結沙土強度的影響

吳 明 穎

(安徽理工大學，安徽 淮南 232000)

0 引言

強度作為凍結沙土的重要力學特性之一，是各國學者研究凍土的主要研究對象與研究熱點。朱元林等人通過研究不同種類凍土的無側限抗壓強度與溫度、加載速率及含水率等因素的關系，對凍土強度與上述影響因素關系的預測[1-5]。王春雷等人通過研究表面凍土無側限抗壓強度隨含水率的增大而增大[6]。肖海斌等對高含水率凍土進行實驗分析，結果表明存在某值當含水率超過時，強度隨著含水率的增加逐漸降低[7]。蔡正銀等人則對凍土無側限抗壓強度與含鹽量及含水率的關系進行了試驗研究[8]。

本文分別對凍結沙土進行不同含水率單軸抗壓強度試驗，進而得出含水率對凍結沙土抗壓強度的影響趨勢的結論。

1 單軸抗壓強度試驗

1.1 試樣制備

按《人工凍土力學性能試驗》要求，試樣尺寸按規范要求選擇的是50 mm×100 mm，外形尺寸誤差小于1.0%，試樣兩端平行度誤差不大于0.5 mm。采用某礦沙土進行重塑試驗。其具體參數見表1。

表1 標準砂試驗參數

本文試驗試樣共分兩大組：一組取含水量為控制變量，分別取含水率為8%，10%和12%的沙土進行試驗；另一組取含鹽量為控制變量，在含水率為10%的情況下，取含鹽量分別為0.25%，0.5%及0.75%的沙土進行試驗。每含水率或含鹽量梯度試驗取三個試樣進行。

1.2 試驗方法

本文采用了安徽理工大學自行研制的WDT-100凍土性能試驗機。試驗采用控制應變速率加載方式來加載。試驗過程如下：首先設置凍土性能試驗機參數，將試驗溫度及停止條件等設置完畢；將試樣放入并恒溫2 h后進行試驗。當試樣應力值下降或軸向應變達到20%以上時停止試驗。根據計算機繪制的應力應變曲線取其峰值為單軸抗壓強度。試驗溫度為-10 ℃。

2 試驗結果與分析

凍結沙土在不同含水率條件下應力應變關系如圖1所示。

根據圖1d),凍結沙土在不同含水率條件下其強度隨著含水率的增大而增大。但其增大速率則逐漸降低，直至為零，即到達某一峰值。然而由于凍結沙土試樣制備過程中其含水率無法超過14%，故此試驗無法確定其到達峰值之后走向。

3 結語

通過不同含水率的凍結沙土試驗研究，得到如下主要結論：

1)凍結沙土單軸抗壓強度隨含水率的增大而逐漸增大，但并不是無限增大的，會存在某一峰值。

2)凍結沙土單軸抗壓強度雖然隨著含水率的增大而增大，但其增長速率卻是隨含水率增大而減小，故而存在峰值。然而由于沙土飽和的原因，無法研究其增長后的發展趨向，這也正是本文后續的研究工作。