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孔令明张海兵沈春廷齐吉琳 《冰川冻土》2023,(3):1063-1079
冻土本构模型对于分析寒区岩土工程的安全和稳定性至关重要。低温吸力理论可以在物理层面解释温度对冻土力学特性产生影响的机理,且基于该理论所建立的冻土本构模型能实现融土和冻土本构关系的统一,所以近年来低温吸力理论受到越来越多的关注。本文首先通过分析饱和冻土中冰-水界面的表面张力作用,在低温吸力理论的基础上提出了低温粒间吸力的概念,并基于Clapeyron方程建立了低温粒间吸力与温度的关系式以及饱和冻土的有效应力公式。其次,针对多种类型的饱和冻土开展了温控侧限压缩试验和三轴剪切试验,发现低温粒间吸力对冻土力学特性的影响可以归结为其对冻土表观超固结性的影响,即冻土的表观超固结程度随低温粒间吸力的增大而增强。根据试验规律,建立了冻土表观前期固结压力和抗剪强度计算公式。最后,将以上所建立的冻土有效应力公式、前期固结压力公式和强度公式与超固结融土的统一硬化本构理论(即UH模型理论)结合,提出了一个新的冻土热力耦合弹塑性本构模型。使用该模型模拟冻土侧限压缩试验、单轴压缩试验和三轴剪切试验,发现其能合理描述冻土在不同温度和围压下的应力-应变关系,且计算结果与试验数据符合良好。 相似文献
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高温冻结砂土温度界限试验研究 总被引：1，自引：1，他引：0
由于高温冻土力学特性与融土相近,对其研究越来越多,然而迄今并没有一个广为接受的基于力学指标的明确定义。以冻结饱和标准砂为研究对象,利用三轴剪切试验和侧限压缩试验获得黏聚力、割线变形模量和压缩指数等力学指标,通过分析这些指标随温度变化的规律,试图从力学特性的角度对于高温冻结砂土给出一个明确的温度界限。研究发现,冻结砂土在-1.0℃到-0.5℃之间,黏聚力、割线变形模量和压缩指数等力学指标发生突变,因此,将-1.0℃定义为高温冻结砂土的温度界限,对涉及高温冻土的工程建设和维护具有重要的意义。 相似文献
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冻融循环下膨胀土物理力学特性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
处在季节性冻土区的膨胀土渠道极易受到冻融循环作用的影响,影响工程的稳定安全。为了探究冻融循环作用对膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为研究对象,开展了不同含水率条件下膨胀土试样的冻融循环试验,对经历不同冻融循环次数作用后的试样进行了变形测量、无侧限压缩试验和微细结构试验。结果表明,在冻融循环过程中含水率低的膨胀土体积变化规律表现为“冻缩融胀”,含水率高的膨胀土体积变化规律表现为“冻胀融缩”;冻融循环作用对膨胀土的应力应变曲线、强度和弹性模量有着显著的影响,尤其是第1次冻融循环作用;试样的含水率越高,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响越大;试样的面孔隙度和孔隙定向度的变化规律与力学参数的大致呈负相关,说明冻融循环作用下土体内部微细结构的变化直接影响着膨胀土的力学性质。 相似文献
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Burland于1990年提出重塑土的固有压缩特性,为定量评价天然沉积结构性黏性土的力学性质提供参考依据。通过对四种液限的重塑土进行大量的室内一维固结试验,重塑土样的初始含水率调整扩大为液限的0.7~2.0倍,探讨了初始含水率,液限对重塑土固有压缩特性的影响。结果表明:重塑土压缩曲线不仅与土的液限有关,还受初始含水率的影响; 在较低固结压力下,采用Burland引入的孔隙指数不能将不同初始含水率的重塑土压缩曲线归一化,但当固结压力超过约25kPa时,各种压缩曲线均可较好地归一化至重塑土的固有压缩曲线(ICL); 此外,重塑土固有压缩参数并非仅与土的液限有关,试验实测的结果显示出与Burland的固有压缩参数经验有一定的偏离,结合试验结果对其进行了修正。 相似文献
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高温-高含冰量冻结黏土强度试验研究 总被引：7，自引：4，他引：3
为研究高温-高含冰量冻土的强度特性,分别开展了不同温度、不同含水率的冻结黏土单轴无侧限抗压强度试验。分析了高温-高含冰量冻结黏土在单轴压缩试验过程中的破坏类型、应力-应变关系;单轴抗压强度与温度、含水率之间的关系以及饱和冻结黏土单轴抗压强度对温度的敏感性-含水率关系。研究结果表明：当温度低于-0.9 ℃时,高温-高含冰量冻结黏土存在最不利含水率,在相同的温度条件下,该含水率状态下冻土抗压强度最小;当温度高于-0.6 ℃时,高含冰量冻土随含水率的增加,单轴抗压强度增大。 相似文献
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冻土前期固结压力的试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
前期固结压力 在土力学中占有重要的地位。对于融土, 是土受力历史的重要指标,与土的力学性质有着密切关系;对于冻土,由于冰和土颗粒骨架的联结使其具有一定的结构性,也应当具有类似前期固结压力的指标存在。以冻结青藏黏土为研究对象,对不同初始干重度和不同温度下的冻土试样进行 压缩试验,采用双对数法得到冻土的前期固结压力 。研究表明,这个指标尽管不同于融土前期固结压力的概念,但其对于冻土的力学性质同样具有重要意义。试验研究还发现,冻土前期固结压力与干重度和温度具有一定的关系。 相似文献
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许雷刘斯宏鲁洋宋迎俊杨齐 《岩土力学》2016,(S2):167-174
处在季节性冻土区的膨胀土渠道极易受到冻融循环作用的影响,影响工程的稳定安全。为了探究冻融循环作用对膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为研究对象,开展了不同含水率条件下膨胀土试样的冻融循环试验,对经历不同冻融循环次数作用后的试样进行了变形测量、无侧限压缩试验和微细结构试验。结果表明,在冻融循环过程中含水率低的膨胀土体积变化规律表现为"冻缩融胀",含水率高的膨胀土体积变化规律表现为"冻胀融缩";冻融循环作用对膨胀土的应力应变曲线、强度和弹性模量有着显著的影响,尤其是第1次冻融循环作用;试样的含水率越高,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响越大;试样的面孔隙度和孔隙定向度的变化规律与力学参数的大致呈负相关,说明冻融循环作用下土体内部微细结构的变化直接影响着膨胀土的力学性质。 相似文献
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膨胀土是一种特殊的黏土,具有明显的胀缩性和多裂隙性,在寒区渠道工程中极易诱发各种冻害。单轴压缩特性是冻土物理力学特性的重要分支,为研究冻结膨胀土的单轴压缩特性,开展了不同干密度和温度下冻结膨胀土单轴压缩试验。试验结果表明:随着干密度的增加,各温度工况下试样的应力-应变关系曲线均由弱应变软化转为应变硬化形态,且试验温度越高,曲线的软化特征越显著。不同温度工况下试样的破坏模式差异明显。当试验温度为-2℃时,试样破坏时其表面出现明显的局部坍塌与剥落,而-5℃、-10℃和-15℃工况下试样的最终破坏形态均为“鼓状”破坏,试样表面无明显的裂缝和剪切面。冻结膨胀土试样的单轴抗压强度随干密度的增加而线性增大,亦随温度的降低而增大,但在不同的温度区间内增幅不同,其变化幅度主要与试样内部含冰量密切相关。此外,试样的弹性模量随着干密度的增大和温度的降低均线性增大。 相似文献
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模拟人工冻结凿井状态下冻土强度特性研究 总被引：7，自引：2，他引：5
通过模拟人工冻结凿井中冻土冻结、受力的实际过程,对已冻结试样进行不同温度、不同初始围压状态下的减载试验研究.结果表明:温度和土层深度是影响深部冻土破坏强度和破坏应变的主要因素,当温度不变时,破坏强度和破坏应变随初始围压呈线性关系变化.破坏强度受温度的影响取决于初始围压,在低初始围压状态下,冻土的破坏强度受温度变化影响不明显,但随着初始围压增大即土层深度加深,破坏强度受温度的影响也逐渐明显.破坏应变随温度的降低而逐渐减小,且呈双曲线形变化,但当温度低于 - 7℃时,在不同初始围压下其破坏应变基本不随温度的变化而变化 相似文献
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季冻区草炭土的工程性质很差,具有高压缩性的同时蠕变特性明显,路基工后沉降量大。目前针对季冻区草炭土固结压缩蠕变特性的研究仍相对匮乏,亟需对其固结压缩及蠕变特性进行深入研究,为季冻区草炭土路基的沉降预测提供参数依据。选取吉林省敦化市江源镇典型季冻区草炭土为研究对象,通过一维固结压缩试验和一维固结蠕变试验,获得草炭土压缩系... 相似文献
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高温-高含冰量冻土压缩变形特性研究 总被引：11，自引：7，他引：4
高温-高含冰量冻土属于塑性冻土, 荷载作用下具有较强的压缩性.为了研究高温-高含冰量冻土的压缩变形特性, 采用恒温-变载的试验方法得到了不同温度(-0.3、 -0.5、 -0.7、 -1.0、 -1.5℃), 不同含水量(40%、 80%、 120%)条件下冻土试样的体积压缩系数.结果表明: 1)高温-高含冰量冻土具有极大的压缩性, 青藏黏土40%含水量试样在-0.3℃时的体积压缩系数可达0.328 MPa-1, 属于高压缩性土; 2)高温-高含冰量冻土在压缩过程中存在渗滤变形, 且主要发生于加载的初始阶段; 3)温度与含冰量是影响高温-高含冰量冻土压缩性的主要因素, 它们决定了冻土中体积未冻水的含量, 从而控制了冻土的压缩性; 4)在试验条件下, 高温-高含冰量冻土的压缩性随着温度的升高而增大, 随着含水量的增大而减小.高温时含水量对压缩性的影响比较显著, 低温时影响较小. 相似文献
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人工冻结法是饱水砂层开挖过程中常用的止水和临时支护方法,通过冻土损伤特性研究为冻土力学特性和冻结体稳定性分析奠定基础。为研究冻结砂土的损伤力学特性,在-5℃下进行了不同中主应力系数的冻结砂土三维室内试验。从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Drucker-Prager强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了三维应力状态下冻结砂土损伤本构模型;在此基础上,讨论模型参数F0与m和中主应力系数的关系,对模型参数进行合理修正,建立中主应力系数影响下的冻结砂土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明:参数F0和m随着中主应力系数的增大呈现先减小后增大的趋势;参数F0反映了冻结砂土的强度特性,参数m代表了冻结砂土的延性及脆性特征,考虑中主应力系数影响的冻结砂土损伤本构模型能很好地模拟冻结砂土应力-应变全过程曲线。研究成果为人工冻结法工程设计提供一定的理论依据。移动阅读 相似文献
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在燕山中西段晚中生代岩体中的116个观测点中共采集到2 321组断层和破裂面滑动数据,利用Tensor软件进行古构造应力状态反演。将反演结果与区域构造变形及构造演化过程研究结果相结合,发现研究区在侏罗纪末-白垩纪初以来存在5期可识别的构造应力场:(1)晚侏罗世末-早白垩世初近N-S向挤压应力场(D1,148~127 Ma);(2)早白垩世NW-SE向挤压应力场(D2,143~127 Ma);(3)垂向挤压主导的多向水平伸展应力场(D3,120~110 Ma);(4)NE-SW向挤压(D4);(5)E-W向挤压的应力场(D5)。D1和D2可能分别与蒙古-鄂霍茨克洋消减关闭作用的远程构造效应,以及古太平洋板块向欧亚大陆板块下的俯冲作用有关,且这两大构造系统在该时期可能同时作用于燕山地区。D3期应力场可能反映源自壳下深部地幔活动引起的垂向挤压动力作用。D4、D5期应力场相对较弱,其动力学背景尚待今后研究进一步分析。本区古构造应力场研究结果表明,华北克拉通破坏峰期期间,主要的伸展作用并不完全符合西太平洋板块后撤主导的被动伸展裂谷模型,而是表现为深部地幔活动引起的垂向挤压作用主导的水平方向多向伸展。 相似文献
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In this paper, the author proposes a rotation of axes in the solution of slip line equations for determination of lateral earth pressure with the presence of seismic loading under general conditions. A general c–φ soil system under a general condition can be considered so that Kpγ, Kpc, Kpq, Kaγ, Kac and Kaq can all be determined. For passive pressure, Kpc is found to be much greater than Kpγ and the effect of seismic coefficient on passive pressure is relatively small as compared with the corresponding situation for active pressure. The use of iterative analysis is found to be useful for passive pressure determination but unimportant for active pressure determination. 相似文献
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冻结岩石的变形破坏特性是冻结法施工过程中的基础力学问题,在荷载作用下不同冻结温度岩石的力学特性和变形特征差异性较大,严重影响冻结壁的安全与稳定。因此,研究冻结岩石的损伤本构关系,对指导冻结法设计与施工具有重要意义。为分析荷载作用下冻结岩石变形破坏的全过程,采用Weibull分布描述岩石材料的非均质性,基于Drucker-Prager破坏准则,建立三轴应力状态下岩石损伤本构模型,结合冻结砂岩三轴压缩试验,重点分析本构关系中均质度系数m、平均强度F0与冻结温度和围压的变化关系,对损伤本构方程进行修正,并基于此模型研究冻结砂岩的损伤演化规律。结果表明:在相同围压下,随着冻结温度的降低,砂岩峰值强度显著增大,峰值应变减小,压密阶段逐渐减弱,弹性变形阶段斜率增加,岩石脆性破坏特征明显。在相同冻结温度下,均质度系数m和平均强度F0随围压升高无显著变化,而随着冻结温度的降低,m和F0分别呈现指数增长和线性增长,说明随着冻结温度的降低,砂岩冻结越充分,内部自由水冻结成冰占比及冰体强度增长幅度越大,尤其在0~–10℃内提升效果显著,冻结作用提高了砂岩的均质性和平均强度。基于不同冻结温度砂岩的力学特性和变形规律,对不同冻结温度砂岩的损伤本构方程进行了修正。依据修正本构模型研究发现,损伤演化曲线能够很好地反映冻结砂岩压缩试验的压密、线弹性、屈服变形及应变软化各阶段的变形特征,验证了模型的合理性。研究结果为低温环境下岩石力学特性研究及地下冻结工程设计施工提供有益的参考。 相似文献
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Comparative study of the kinetics and mechanisms of dissolution of carbonate minerals 总被引：9，自引：0，他引：9
The influence of pH on the rate of dissolution of various carbonates (calcite, aragonite, witherite, magnesite and dolomite) has been investigated at 25°C using a continuous fluidized bed reactor. The general rate dependence on pH observed for the simple carbonates is very similar and is in agreement with the results observed for calcite and aragonite by L.N. Plummer and coworkers. However, the rate of dissolution of magnesite is approximately four orders of magnitude lower than calcite.
For simple carbonates, the elementary steps involved in the dissolution reaction are:
where M represents the metal ion which can be Ca, Mg and Ba. According to the stoichiometry of the three reaction steps and the thermodynamic constraints, the total forward and backward rates can be expressed as:
Rf=k1aH+k2aH2CO3*+K3
rb=k-1aM2+aHCO3-+k-2aHCO3-+k-3aM2+aCO32-
The rate constants (k1, k2, k3 and k−3) determined with our experimental results for calcite, aragonite and witherite show that the dissolution rates are similar for these three minerals and that the nature of the cations does not play a significant role. The good agreement between the Ksp calculated from the measured k3/k−3 ratio and the theromodynamic value suggests that our dissolution mechanism is coherent.
The rate dependence on pH of the dissolution of dolomite obeys a fractional order at low pH's and confirms previously published observations therein. However, the two-step reaction mechanism proposed does not explain the fractional reaction order observed, which is likely due to a more complex surface reaction. 相似文献