凍融循環(huán)作用對(duì)黃土力學(xué)性質(zhì)損傷的試驗(yàn)研究

龐旭卿，胡再強(qiáng)，劉寅，3

(1.西安理工大學(xué) 土建學(xué)院，陜西 西安 710048；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000；3. 中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

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凍融循環(huán)作用對(duì)黃土力學(xué)性質(zhì)損傷的試驗(yàn)研究

龐旭卿1，2，胡再強(qiáng)1，劉寅1，3

(1.西安理工大學(xué) 土建學(xué)院，陜西 西安 710048；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000；3. 中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

摘要:通過對(duì)陜西楊凌Q3黃土進(jìn)行不同初始含水量、不同低溫溫度及不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下的靜三軸剪切試驗(yàn)，揭示不同初始含水率、不同低溫溫度及不同凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)黃土力學(xué)性質(zhì)影響的過程與機(jī)理，基于極限平衡法建立凍融循環(huán)作用下強(qiáng)度參數(shù)的損傷模型。研究結(jié)果表明：黃土強(qiáng)度參數(shù)隨凍融循環(huán)產(chǎn)生劣化，黃土的黏聚力c開始時(shí)凍融循環(huán)劣化效應(yīng)強(qiáng)烈，在經(jīng)過5～7次凍融循環(huán)后，黏聚力達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，當(dāng)含水量很高時(shí)黏聚力下降不明顯，內(nèi)摩擦角φ隨凍融循環(huán)次數(shù)無明顯變化；建立的強(qiáng)度參數(shù)值隨凍融循環(huán)次數(shù)增加的損傷模型能夠很好地反映凍融循環(huán)作用下黃土抗剪強(qiáng)度的折減劣化規(guī)律，該損傷模型對(duì)凍融損傷作用下黃土地區(qū)的工程設(shè)計(jì)與施工具有指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：黃土；力學(xué)性質(zhì)；凍融循環(huán)；損傷模型

長期以來，凍脹和融沉一直是寒區(qū)工程凍害問題的主要問題，凍融災(zāi)害的存在與發(fā)展給凍土區(qū)環(huán)境與開發(fā)帶來極大影響[1-7]。大量工程案例表明[8-12]，在寒區(qū)進(jìn)行各種工程活動(dòng)，如管道施工、路基壓實(shí)、路塹開挖及邊坡處理等，土體都會(huì)受到凍融作用的影響，凍融作用是導(dǎo)致季節(jié)性凍土區(qū)構(gòu)筑物工程性質(zhì)劣化的重要原因之一。因此，在計(jì)算地基及路基的沉降變形和邊坡的穩(wěn)定性分析時(shí)，都需要考慮凍融作用下土體物理力學(xué)性質(zhì)的變化。國內(nèi)20世紀(jì)90年代左右才開展關(guān)于凍融循環(huán)的研究，雖起步較晚，但也取得了豐碩的成果。唐益群等[13-14]分別進(jìn)行了凍融作用下粉質(zhì)黏土、軟巖類材料的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究，韓春鵬等[15-16]分別研究了凍融作用下纖維土、水泥土強(qiáng)度變化規(guī)律。關(guān)于凍融作用對(duì)黃土力學(xué)性質(zhì)的影響，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過凍融作用后的土體抗剪強(qiáng)度有所降低，有人卻認(rèn)為抗剪強(qiáng)度經(jīng)過凍融作用之后有所增加，還有人研究發(fā)現(xiàn)凍融作用前后土的強(qiáng)度變化不大；土體在融化中，強(qiáng)度的衰減與土的類型有很大的關(guān)系[17-18]，宋春霞等[19]認(rèn)為凍融循環(huán)對(duì)不同干容重的土具有強(qiáng)化和弱化的雙重作用，倪萬魁等[20-22]認(rèn)為反復(fù)凍融下黃土抗剪強(qiáng)度有明顯的劣化現(xiàn)象，張輝等[23]認(rèn)為凍結(jié)溫度對(duì)不同含水率原狀土樣凍融后黏聚力與內(nèi)摩擦角的影響不顯著。本文以陜西楊凌Q3黃土為研究對(duì)象，通過對(duì)不同含水量的重塑黃土進(jìn)行不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下的三軸試驗(yàn)，研究不同含水量的黃土在凍融循環(huán)條件下的力學(xué)特性，從而為黃土地區(qū)工程建設(shè)中的凍融災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。

1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1樣品的制備

試驗(yàn)樣品取自陜西楊凌，屬Q(mào)3黃土，土樣制備根據(jù) GB /T 50123-1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的

要求制樣，經(jīng)過擊實(shí)試驗(yàn)及顆粒分析試驗(yàn)后獲得土樣物理性質(zhì)指標(biāo)，圖1及表1分別為試驗(yàn)區(qū)原狀黃土的級(jí)配曲線與基本物理性質(zhì)指標(biāo)。

將所取土樣過2 mm篩用于制作試驗(yàn)土樣，將過篩的土用蒸餾水配成含水率為17%(接近天然含水量)、21%和飽和樣(用抽氣飽和的方法制成)。采用干密度控制土樣密實(shí)度，試樣的干密度取1.3 g/cm3，試樣的底面積為12.06 cm2，試樣高8 cm。

1.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分為兩大部分，不同低溫溫度條件下的三軸試驗(yàn)和不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下的三軸試驗(yàn)。

1)不同低溫試驗(yàn)。將不同含水量試樣組分別在恒溫條件-10，-5，0和5 ℃的試驗(yàn)冰箱中靜置48 h，靜置后對(duì)試樣進(jìn)行不固結(jié)不排水剪；溫度回彈試樣組重復(fù)進(jìn)行恒溫條件-10，-5和0 ℃下48 h的靜置，隨后將溫度調(diào)至5 ℃對(duì)試樣消融 24 h 后同樣進(jìn)行不固結(jié)不排水剪。溫度回彈組所得到的黃土強(qiáng)度回彈參數(shù)與之前靜置在5 ℃的試驗(yàn)組進(jìn)行比較。

2)凍融循環(huán)試驗(yàn)。對(duì)不同含水量試樣組進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn) (凍融循環(huán)凍結(jié)溫度為-10 ℃，融化溫度為10 ℃)，選取凍融周期為48 h (冷凍24 h，融化24 h)，分別進(jìn)行0，1，3，5，7，9和12次的凍融循環(huán)，隨后進(jìn)行固結(jié)排水剪。三軸試驗(yàn)獲得黃土的強(qiáng)度參數(shù)，從而比較不同凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)強(qiáng)度的影響。

圖1　土樣的粒度組成Fig.1 Soil sample size composition

相對(duì)密度液限/%塑限/%最優(yōu)含水率/%最大干密度/(g·cm-3)顆粒組成/mm>0.0750.075～0.005<0.0052.6828.717.5201.6216.562.820.7

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1不同低溫條件下黃土的強(qiáng)度參數(shù)變化

在不同低溫溫度條件下試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行溫度回彈對(duì)照組試驗(yàn)，試驗(yàn)強(qiáng)度參數(shù)黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ的變化趨勢(shì)見圖2～3。

圖2　黏聚力c劣化趨勢(shì)Fig.2 Deterioration trend graph of cohesion

由圖2可見，不同含水量黃土試樣在不同低溫凍結(jié)并溶解后試驗(yàn)所得黏聚力c都明顯降低，以17%含水量試樣的試驗(yàn)結(jié)果為例，由0 ℃回彈至5 ℃的試樣黏聚力43 kPa降至20 kPa，比5 ℃標(biāo)準(zhǔn)組的24 kPa劣化了4 kPa；由-5 ℃回彈至5 ℃的試樣黏聚力52 kPa降至18 kPa，比標(biāo)準(zhǔn)組劣化了6 kPa；由-10 ℃回彈至5 ℃的試樣黏聚力57 kPa降至17 kPa，比標(biāo)準(zhǔn)組劣化了7 kPa。試驗(yàn)結(jié)果表明，黃土的強(qiáng)度參數(shù)黏聚力c在凍融過程中產(chǎn)生明顯的劣化效應(yīng)。

圖3　內(nèi)摩擦角φ變化及劣化趨勢(shì)Fig.3 Deterioration trend graph of inner friction angel

由圖3可見，經(jīng)過凍結(jié)溶解過程后黃土試樣的內(nèi)摩擦角φ變化幅度較小，可視為在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，并無明顯規(guī)律性變化。波動(dòng)幅度在1°～2°范圍，在21%和飽和含水量試樣試驗(yàn)結(jié)果中內(nèi)摩擦角有略微降低的趨勢(shì)。

2.2凍融循環(huán)條件下黃土的強(qiáng)度參數(shù)變化

從3組不同含水量的重塑黃土試樣經(jīng)過凍融循環(huán)在三軸試驗(yàn)條件下的總應(yīng)力摩爾圓，根據(jù)摩爾圓確定各凍融循環(huán)次數(shù)的c和φ繪出凍融循環(huán)試驗(yàn)中黏聚力c隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化曲線見圖4。

圖4　不同凍融循環(huán)次數(shù)黏聚力c變化趨勢(shì)Fig.4 Cohesion change curves of remolded loess under different freezing-thawing cycles

由圖4可見，初始含水量為17%和21%的試樣在1～5次凍融循環(huán)過程中黏聚力下降的幅度較大，含水量為17%的試樣c從48 kPa經(jīng)過5次凍融循環(huán)后降至30 kPa，含水量為21%試樣c從40 kPa經(jīng)過5次凍融循環(huán)后降至24 kPa。在到達(dá)5～7次凍融循環(huán)時(shí)趨于穩(wěn)定，含水量為17%試樣c值穩(wěn)定在25 kPa左右，含水量為21%的試樣c值穩(wěn)定在21 kPa左右。這是由于凍融循環(huán)對(duì)土結(jié)構(gòu)的破壞越來越強(qiáng)烈，黏聚力降到最低值也比較快，但在高含水率時(shí)由于未凍融時(shí)的水膜很厚，以至于其對(duì)土顆粒的潤滑作用大于凍融作用引起的黏聚力下降量，這時(shí)未凍融土的黏聚力比較低。

(a) 含水量為17%和21%試樣；(b) 飽和樣圖5　不同凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)摩擦角φ變化趨勢(shì)Fig.5 Inner friction angel change curves of remolded loess under different freezing-thawing cycles

由圖5可見，凍融循環(huán)對(duì)內(nèi)摩擦角φ的影響呈無規(guī)律的波浪型，浮動(dòng)范圍在 1°～2°左右，總體有略微變小的趨勢(shì)，可以認(rèn)為內(nèi)摩擦角隨凍融循環(huán)次數(shù)在長期范圍內(nèi)無明顯變化。

2.3低溫條件下黃土的應(yīng)力應(yīng)變特性

在三軸試驗(yàn)條件下以w=17%，w=21%重塑黃土試樣進(jìn)行不同低溫溫度的比較試驗(yàn)，應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖6～7。繪出5次和12次凍融循環(huán)2個(gè)有代表性階段中體積應(yīng)變隨圍壓及含水量的變化曲線見圖8～9。

圖6　-10 ℃凍結(jié)溫度下重塑黃土應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.6 Stress-strain curves of remolded loess under -10 ℃

圖7　-5 ℃凍結(jié)溫度下重塑黃土應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.7 Stress-strain curves of remolded loess under -5 ℃

由圖6～7可見，由于重塑土樣土體結(jié)構(gòu)性已經(jīng)破壞并在凍融過程中生成次生結(jié)構(gòu)，重塑黃土的應(yīng)力應(yīng)變曲線基本上為硬化型曲線；由于粒間的膠質(zhì)含水量越高越易溶解，不論在任何圍壓下，初始含水量越大，黃土的強(qiáng)度越低，溫度越低，冰晶的產(chǎn)生使土體內(nèi)部顆粒膠結(jié)力增大，而含水率越大，膠結(jié)力增量越大，黃土的強(qiáng)度越大。

由圖8～9可見,體積應(yīng)變?chǔ)舦同時(shí)受到固結(jié)圍壓和含水量的影響，固結(jié)圍壓越大，體積應(yīng)變?chǔ)舦越大，含水量越大，體積應(yīng)變?chǔ)舦也越大；固結(jié)圍壓對(duì)體積應(yīng)變?chǔ)舦的影響作用大于含水量對(duì)體積應(yīng)變?chǔ)舦的影響作用。

圖8　5次凍融循環(huán)重塑黃土體變曲線Fig.8 Volume change curves of remolded loess under 5 times of freezing-thawing cycles

圖9　12次凍融循環(huán)重塑黃土體變曲線Fig.9 Volume change curves of remolded loess under 12 times of freezing-thawing cycles

2.4凍融循環(huán)作用下強(qiáng)度參數(shù)的損傷模型

針對(duì)強(qiáng)度參數(shù)c和φ的變化趨勢(shì)，建立強(qiáng)度參數(shù)值隨凍融循環(huán)次數(shù)增加的損傷模型，擬合抗剪強(qiáng)度參數(shù)c和φ隨凍融次數(shù)而損傷的函數(shù)。

分別定義黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ損傷系數(shù)如下：

(1)

(2)

其中：c0和φ0為未凍融樣的強(qiáng)度參數(shù)值；cn和φn為凍融循環(huán)n次試樣的參賭參數(shù)值。凍融循環(huán)試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c和φ損傷系數(shù)見表2和表3。

表2　凍融循環(huán)試驗(yàn)c強(qiáng)度損傷系數(shù)

表3　凍融循環(huán)試驗(yàn)φ強(qiáng)度損傷系數(shù)

根據(jù)表2和表3中的c和φ凍融循環(huán)損傷系數(shù)的平均值對(duì)凍融界面黃土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)隨凍融循環(huán)損傷系數(shù)進(jìn)行擬合，見圖10。

圖10　強(qiáng)度參數(shù)損傷系數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)變化曲線Fig.10 Damage coefficient change curves of strength parameters under different freezing-thawing cycles

基于廣義最小二乘法得到抗剪強(qiáng)度損傷系數(shù)的擬合曲線方程分別為：

Kc=0.865 1e-0.041 4n

(3)

Kφ=0.999 4e-0.003 1n

(4)

以上2個(gè)方程的確定，能夠很好地反映凍融循環(huán)作用下黃土抗剪強(qiáng)度的折減劣化規(guī)律，可以為相關(guān)的研究提供參考。

3結(jié)論

1)初始含水量越大，黃土顆粒間的膠質(zhì)越容易溶解，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)度降低；低溫條件下，溫度越低，冰晶的產(chǎn)生使土體內(nèi)部顆粒膠結(jié)力增大，含水率越大，膠結(jié)力增量越大，從而導(dǎo)致強(qiáng)度的增大。

2)在溫度回彈試驗(yàn)中，與不同低溫條件下黃土強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過凍結(jié)溶解過程的試樣強(qiáng)度有明顯的劣化效應(yīng)。

3)在凍融循環(huán)條件下黃土的黏聚力c在前幾次凍融循環(huán)劣化比較強(qiáng)烈，降低的幅度隨著含水量的增大而減小，當(dāng)含水量很高時(shí)，黏聚力下降不明顯。在經(jīng)過5～7次凍融循環(huán)后，黏聚力達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。內(nèi)摩擦角隨凍融循環(huán)次數(shù)無明顯變化。

4)通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了強(qiáng)度參數(shù)值隨凍融循環(huán)次數(shù)增加的損傷模型，該損傷模型能較好反映黃土在凍融循環(huán)作用下的損傷劣化規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

[1] Shoop S A, Bigl S R．Moisture migration during freeze and thaw of unsaturated soils: Modeling and large scale experiments[J].Cold Regions Science and Technology,1997,25(1):33-45.

[2] Yue Z R， Wang T L， Ma C， et al. Frost heave control of fine round gravel fillings in deep seasonal frozen regions[J]. Sciences in Cold and Arid Regions，2013，5(4)：425-432.

[3] Konrad J M. Freezing-induced water migration in compacted base-course materials[J]. Canadian Geotechnical Journal， 2008， 45(7)：895-909.

[4] Konrad J M，Lemieux N. Influence of fines on frost heave characteristics of a well-graded base-course material[J]. Canadian Geotechnical Journal，2005，42(2)：515-527.

[5] 董瑞琨,許兆義,楊成永.青藏高原凍融侵蝕動(dòng)力特征研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2000,14(4):12-16,42.

DONG Rui kun, XU Zhaoyi,YANG Chengyong. Dynamic and characteristic of freezing-thawing erosion on qinghai-tibet plateau [J]. Journal of Soil and Water Conservation,2000,14(4):12-16,42.

[6] 張中瓊,吳青柏,周兆葉. 多年凍土區(qū)凍融災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2012,21(2):142-149.

ZHANG Zhongqiong, WU Qingbai, ZHOU Zhaoye. Risk assessment of freeze thawing disaster in permafrost zone [J]. Journal of Natural Disasters,2012,21(2):142-149.

[7] 母劍橋,裴向軍,黃 勇,等. 凍融巖體力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2013,21(1):103-108.

MU Jianqiao, PEI Xiangjun, HUANG Yong, et al. Experiment research on mechanical characteristcs of rock with cycles of freeing-thawing action [J]. Journal of Engineering Geology,2013,21(1):103-108.

[8] 何瑞霞,金會(huì)軍,郝加前,等. 中俄輸油管道(漠河—烏爾其段)沿線凍土環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J]. 土木建筑與環(huán)境工程,2011,33(增刊2):128-134.

HE Renxia, JIN Huijun, HAO Jiaqian, et al. Impact assessment of permafrost environments along the China-Russia crude oil pipeline from Mo’he to Wu’erqi [J]. Journal of Civil , Architectural, & Environmental Engineering ,2011,33(Suppl 2):128-134.

[9] 張玉芝,杜彥良,孫寶臣,等. 季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路路基凍融變形規(guī)律研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,33(12):2546-2553.

ZHANG Yuzhi,DU Yanliang,SUN Baochen,et al. Roadbed deformation of high-speed railway duo to freezing-thawing process in seasonally frozen regions[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2014,33(12):2546-2553.

[10] 董昶宏,趙相卿. 青藏鐵路多年凍土區(qū)路基變形特征及影響因素分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2013(6):5-8.

DONG Changhong, ZHAO Xiangqing. Analysis on subgrade deformation features and influence factors in permafrost regions on qinghai-tibet railway [J]. Railway Standard Design, 2013(6):5-8.

[11] 黃濤, 張偉. 季節(jié)性凍土路基變形監(jiān)測(cè)及其穩(wěn)定性分析[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào),2014,27(2):70-72.

HUANG Tao, ZHANG Wei. Analysis on subgrade deformation features and influence factors in permafrost regions on qinghai-tibet railway [J]. Journal of Sichuan University of Science &Engineering, 2014,27(2):70-72.

[12] 喬國文,王運(yùn)生,楊新龍.凍融風(fēng)化邊坡巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)體系研究[J].巖土力學(xué),2015,36(2):515-522.

QIAO Guowen,WANG Yunsheng,YANG Xinlong. Study of rock mass quality evaluation system of freezing-thawing and weathering slopes [J]. Rock and Soil Mechanics,2015,36(2):515-522.

[13] 唐益群,沈 鋒,胡向東,等.上海地區(qū)凍融后暗綠色粉質(zhì)黏土動(dòng)本構(gòu)關(guān)系與微結(jié)構(gòu)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào),2005,27(11):1249-1252.

TANG Yiqun, SHEN Feng,HU Xiangdong,et al. Study on dynamic constitutive relation and microstructure of melted dark green silty soil in Shanghai[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005,27(11):1249-1252.

[14] 楊更社,周春華,田應(yīng)國,等.軟巖類材料凍融過程水熱遷移的實(shí)驗(yàn)研究初探[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(9):1765-1770.

YANG Gengshe,ZHOU Chunhua,TIAN Yingguo,et al. Primary experimenta study on moisture and heat transfer of soft rock material during its freezing and thawing [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(9):1765-1770.

[15] 韓春鵬,何鈺龍,申楊凡,等.凍融作用下纖維土抗剪強(qiáng)度影響因素試驗(yàn)研究[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2015,12(2):275-281.

HAN Chunpeng,HE Yulong,SHEN Yangfan,et al. Experimental study on factors of shear strength of fiber soils under the freeze-thaw cycle [J]. Journal of Railway Science and Engineering,2015,12(2):275-281.

[16] 鮑俊安,楊 平,彭玉龍.水泥土滲透性及強(qiáng)度與凍脹性關(guān)系研究[J]. 鐵道建筑,2013(2):60-62.

BAO Junan, YANG Ping,PENG Yulong. Study on the relationship between the soil permeability and strength and frost heaving [J]. Railway Engineering,2013(2):60-62.

[17] Ogata N，Kataoka T，Komiya A． Effect of freezing- thawing on the mechanical properties of soil[C]// Proceedings of 4th Inter-national Symposium on Ground Freezing． Rotterdam，the Neth-erlands: A．A．Balkema，1985: 201-207.

[18] Bondarenko G L，Sadovsky A V．Water content effect of the thawing clay soils on shear strength[C]// Proceedings of the 7th International Symposium on Ground Freezing．Rotterdam，the Netherlands: A．A．Balkema，1991: 123-127.

[19] 宋春霞,齊吉琳,劉奉銀凍融作用對(duì)蘭州黃土力學(xué)性質(zhì)的影響[J]. 巖土力學(xué),2008,29(4):1077-1086.

SONG Chunxia, QI Jilin, LIU Fengyin. Influence of freeze-thaw on mechanical properties of Lanzhou loess [J]. Rock and Soil Mechanics,2008,29(4):1077-1086.

[20] 倪萬魁,師華強(qiáng). 凍融循環(huán)作用對(duì)黃土微結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的影響[J]. 冰川凍土,2014,36(4):922-927.

NI Wankui, SHI Huaqiang.Influence of freezing- thawing cycles on micro- structure and shear strength of loess [J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2014,36(4):922-927.

[21] 劉寅．凍融循環(huán)作用對(duì)黃土力學(xué)性質(zhì)損傷的試驗(yàn)研究[D]. 西安：西安理工大學(xué)，2013.

LIU Yin. Experiment Research on loess mechanics property and damage under the action of freeze-thawing cycles[D].Xi’an：Xi’an University of Technology,2013.

[22] 董曉宏．凍融作用下黃土工程性質(zhì)劣化特性研究[D]. 西安:西北農(nóng)林科技大學(xué),2010.

DONG Xiaohong.Study on the deterioration of engineering properties of loess under freezing-thawing cycles [D].Xi’an: Northwest A&F University, 2010.

[23] 張 輝,王鐵行,羅 揚(yáng). 非飽和原狀黃土凍融強(qiáng)度研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,43(4):210-222.

ZHAGN Hui,WANG Tiehang,LUO Yang. Freezing-thawing strength of unsaturated undisturbed loess [J]. Journal of Railway Science and Engineering,2015,43(4):210-222.

Experimental study on mechanics properties damage to the loess under the freeze-thaw cyclePANG Xuqing1，2，HU Zaiqiang1，LIU Yin1，3

(1.School of Civil Engineering and Architecture，Xi’an University of Technology，Xi’an 710048，China；2.Shanxi Railway Institute，Weinan 714000，China；3.China Power Xibei Engineering Corporation Limited，Xi’an 710065，China)

Abstract:Based on freeze-thaw cycle test, the low temperature rebound test and the tri-axial shear test were conducted on Shaanxi Yangling Q3 loess under the replenishment conditions. Besides, the process and the mechanism of effects on mechanical properties of loess by initial water content and difference low temperature and freeze-thaw cycle was revealed, and the damage model of strength parameters is established under the effect of freeze-thaw cycle. The research shows that strength parameters of loess show signs of deterioration with the freeze-thaw cycle. The cohesion of loess has significant degradation effect at the beginning of the freeze-thaw cycle, and cohesive force reached a steady value after 5～7 times freeze-thaw cycle. Besides, cohesion of decline is not obvious when the moisture content is very high, and the change of angle of internal friction is not obvious with the freeze-thaw cycle. The values of strength parameter of the damage model can be well reflected by the increase of the number of freeze-thaw cycles and the shear strength of shear strength of loess under the action of freezing and thawing cycles, which can provide data for engineering design and construction in loess area from freeze-thaw damage.

Key words：loess; mechanical properties; freeze-thaw cycle; damage model

中圖分類號(hào)：TU43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-7029(2016)04-0669-06

通訊作者：龐旭卿(1976-)，男，陜西華陰人，副教授，博士研究生，從事巖土工程及地質(zhì)災(zāi)害防治方面的教學(xué)與研究；E-mail：pangxuqing@126.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50778152)；陜西省渭南市科研發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2015KYJ-3-2)；陜鐵院科研基金資助項(xiàng)目(2015-09)

收稿日期：2015-07-24