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摘 要

冻土作为一种特殊的土体在我国广泛分布，冻土对温度非常敏感，随着季节的变化冬季冻结成冰，而夏季融化，易产生冻融循环现象。冻土体在冻结融化过程后的力学性质会与未经冻融的土体有着很大的改变。所以，在冻区为保证工程的安全和稳定，要考虑土体的力学性质上发生的变化。在冻土地区，粉砂土和淤泥质粉质黏土受外界负温度作用下，土体水分迁移显着，由于温度的升高土中的冰渐渐融化为水，冻区铁路建设中产生不利的影响。本文用室内试验，两种土体为研究对象，分别进行淤泥质粉质黏土和粉砂的直剪试验，试验结果表明：剪切应力与垂直应力基本呈线型关系，且极限剪应力随着垂直应力的增加而增加。

关键词：冻融循环，力学性质，粉砂，淤泥质粉质黏土

Experimental Study on Influencing Factors of Mechanical Properties of Frozen Soil

Abstract

As a special soil, frozen soil is widely distributed in China. The frozen soil is very sensitive to temperature. It freezes into ice in winter with the change of season, and melts in summer, which is easy to produce freezing and thawing. The mechanical properties of frozen soil after freezing and melting process will be greatly changed with the unfrozen and fused soil. Therefore, in the frozen area to ensure the safety and stability of the project, it is necessary to consider the changes in the mechanical properties of the soil. In the permafrost regions, silty sand and silty silty clay are affected by external negative temperature, and the soil moisture migration is significant. Due to the increase of temperature, the ice in the soil gradually melts into water, which is unfavorable in the construction of railways in the frozen area. influences. In this paper, the indoor test, two soils are the research objects, and the direct shear tests of silty silty clay and silt are carried out respectively. The test results show that the shear stress and the vertical stress are basically linear, and the ultimate shear stress Increase in vertical stress.

Key words: Freeze-thaw cycles; Mechanical properties; Salty soil; Muddy soil

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2 研究意义 3

1.2 文献综述 5

1.2.1 冻土的主要特征指标 5

1.2.2 冻土力学性质影响的因素 7

1.3研究内容及技术路线图 8

1.3.1 研究内容 8

1.3.2 技术路线 9

第二章 试验方案设计 10

2.1 试验用土基本物理性质 10

2.1.1 密度 10

2.1.2含水率 10

2.1.3 颗粒分析 11

2.2 土样的制备 13

2.2.1 制样的过程与方法 13

2.2.2 试验冻结融化方式 13

2.3 直剪试验 14

第三章 试验结果及分析 15

3.1 基本物理性质分析 15

3.2冻融次数对抗剪强度的影响分析 17

3.2.1 淤泥质粉质黏土剪切试验结果分析 17

3.2.2 粉砂剪切试验结果分析 18

3.3抗剪强度指标分析 19

3.3.1 淤泥质粉质黏土剪切强度分析 19

3.3.2 粉砂剪切强度分析 20

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致谢 25

冻土力学性质影响因素的试验研究

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1研究背景

冻土的占地面积很大，中国总用地面积9634057平方公里 ，因而我国冻土区面积约占4817028.5平方公里以上，根据文献资料冻土主要分布于北京市，天津市，河北省，山西省，内蒙古自治区，甘肃和四川盆地北缘。有些地方冻土的深度可超过3m，比如说我国的东北部和吉林省西北部。

冻土指的是通常温度零摄氏度以下并且含有固体冰的多种岩石和土壤。在大自然里的冻土按照形成时间的长短可以分为三种类：它们是它们是永久冻土、季节性永久冻土和瞬时永久冻土。永久冻土也就是多年冻土是处于相对稳定状态，多年冻土是指持续多年冻结的土石层。土石层可分为两类上层和下层：上层每年到了夏季开始融化，到了冬季又冻结，称活动层，而长年在冻结状态下的是下层，称多年冻层。季节性冻土是指冬季冻结的表层，然后是所有夏季融化的土壤、季节性冻结层和季节性活动层。瞬时冻土是处于融化状态的土层。

冻土形成主要风化作用，基本上，物理风化占主导地位，而且进展缓慢。高寒冻土荒漠土粘土中氧化钾含量较高，其中的脱钾不深。矿物处于最早的风化阶段。在各种深度的永冻土层在永冻土区很常见。湿冻土广泛分布的地区，到了夏季，永冻层从上开始解冻，永冻层是间隔的，水渗透不是深，冻土层上方土层中的水分过饱和，因而形成了一个活跃层，和平时期的活动层厚度在0.6 m到4 m之间，如永冻层偏斜，就形成泥流。冬季，地表先冻结后，不存在冻结泥浆流，会产生压力，让泥浆流在地表软弱的地方喷出泥浆，这些导致泥浆喷泉积累在地表，形成为沼泽，由于下渗透性比较弱，泥浆流和泥浆喷泉与上层下层物质混合 ，让土壤剖面划分差异不明显，南缘深部处于多年冻土层中，水稍有渗透。在强点，剖面层次分明。由于干旱多年冻土分布区白天强烈的太阳辐射让地面的快速变暖，水发生蒸发，泥土的最高层融化。夜里表土冻结，下层水蒸气向表层移动并凝结，导致表层土含水量的增加，在反复进行着交替作用下干湿和冻融，促进表层土形成海绵状多孔结皮层。根据上所述，多年冻土形成年代短，原始土壤形成阶段的特征普遍出现。这样就形成了冻土。在气候环境和大的地区控制的情况下，各别的地形和地质，植被和地下水文等条件一样的对冻土的分布和发育还有冻土的特性都会起着控制作用。

一般冻土中的冰是冻土不可缺少的因素之一，因为决定冻土的性质。冻土中冰的数量、离析特征以及其它冻土颗粒之间的胶结程度影响着冻土的物理力学性质。由于冰的非均匀性，因而它的粘塑性变形主要发生在垂直于晶体长轴的方向上。我们应多注意冻土成分对冻土热物理力学性质的影响的影响，以及冻土中冰和未冻水的存在以及土壤负温度变化引起的冻土性质变化。

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