張立東 丁茹倩 何明偉 劉赫 岳鑫宇

摘要：寒區(qū)巖質(zhì)地基由于凍融作用，會對工程產(chǎn)生很大的災害。本文以寒區(qū)巖體為研究對象，對不同含水量的巖體，進行不同的凍融循環(huán)次數(shù)的損傷研究，得到了一定巖體的凍融損傷破壞規(guī)律，對寒區(qū)巖質(zhì)地基的設計和施工具有參考價值。

關(guān)鍵詞：凍融循環(huán);含水量;凍結(jié)溫度

1.引言

凍土在中國約占全國總面積的75%[1]。特別是對于東北高寒地區(qū)而言，建設相關(guān)工程過程中會產(chǎn)生地基巖土的凍漲、融沉等一系列災害問題，季節(jié)性凍土更會在凍融循環(huán)荷載作用下，產(chǎn)生巖石的裂隙、破碎等破壞，進而引起巖巖質(zhì)地基的強度降低、建筑物的不均勻沉降、甚至倒塌，對寒區(qū)工程安全構(gòu)成了威脅[2]。

2.實驗研究

2.1試樣的制備及儀器的選用

選用無裂痕的砂巖，根據(jù)巖土實驗規(guī)程，制成高100mm，直徑50mm的圓柱標準試件。采用哈爾濱學院凍土實驗室內(nèi)的全自動快速凍融循環(huán)試驗機對試樣進行多次凍融、WA-600B型萬能試驗機進行單軸抗壓強度實驗。

2.2 實驗數(shù)據(jù)分析

利用膠頭滴管，太平、烘干箱等設備，制備含水量為4%的巖石試樣。最低凍結(jié)溫度為-25℃，采用不同的凍融循環(huán)次數(shù)，并對損傷巖體進行抗壓強度實驗研究。分別進行了常溫條件下無損傷巖體的單軸抗壓強度實驗、將試塊放入凍融循環(huán)機循環(huán)5次、15次巖石的單軸抗壓強度。各次試驗的具體強度數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可以看出，在常溫無損傷狀態(tài)下，巖石的平均單軸抗壓強度為47.83Mpa。在凍融循環(huán)次數(shù)為5次時，巖石的單軸抗壓強度減少為33.93Mpa，減少了29%。隨著循環(huán)次數(shù)增加，抗壓強度進一步降低，當循環(huán)次數(shù)為15次時，巖石試件的單軸抗壓強度平均值減少為27.23Mpa，強度值降低了43%。

2.3 數(shù)據(jù)應用分析

為了進一步研究凍融循環(huán)作用下，巖石的破壞規(guī)律，本文采用線性回歸法，對實驗室數(shù)據(jù)進行分析。以不同循環(huán)次數(shù)為橫坐標，相應的抗壓強度平均值為縱坐標，得到了多年凍土作用下巖石的破壞規(guī)律。擬合曲線如圖1所示

由圖1曲線分布規(guī)律可以看出，寒區(qū)巖體抗壓強度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減少，減少的倍數(shù)為循環(huán)次數(shù)1.273倍。凍融循環(huán)次數(shù)可視為季節(jié)性凍土區(qū)的使用年限，所以對于本砂巖而言，隨著凍融年限的增加，巖質(zhì)地基的損傷程度逐年增強，抗壓強度降低，地基承載力減小，所以在實際工程中，需要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載，及時進行地基巖石的加固，防止由于地基巖石產(chǎn)生裂紋、碎裂等原因而致使建筑物沉降甚至破壞。

3.結(jié)論

根據(jù)凍融損傷實驗研究，可以初步得到如下結(jié)論：

（1）無裂痕砂巖的強度隨著凍融循環(huán)的次數(shù)增加而減少;

（2）在高寒情況下，抗壓強度降低值為循環(huán)次數(shù)的多倍數(shù);

（3）季節(jié)性凍融區(qū)巖石隨著使用年限的增加，破壞程度提高。

參考文獻

[1]吳洋.凍融循環(huán)下類巖石材料強度、損傷及蠕變特性研究[D].青島：青島科技大學，2018.

[2]賴明遠，劉松玉，鄧學鈞等.寒區(qū)大壩溫度場和滲流場耦合問題的非線性數(shù)值模擬[J].水利學報，2001（8）：26-31.

項目編號：202010234004