循環(huán)荷載作用下正融粉質(zhì)黏土強(qiáng)度特征與滯回環(huán)演化規(guī)律

崔宏環(huán)，王文濤，何靜云，王小敬，金成勇，徐 磊

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000； 2.河北省土木工程診斷、改造與抗災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 張家口 075000；3.北旺建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000)

中國(guó)多年凍土和季節(jié)性凍土區(qū)分布面積分別占國(guó)土面積的21.5%和53.5%[1]。在這些地區(qū)，土體每年至少要經(jīng)歷一次凍融循環(huán)作用[2-3]。凍結(jié)時(shí)，由于水分遷移，土體產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象[4-6]；融化時(shí)，由于土基下層未完全溶解，上層土體排水受限，使承載能力顯著降低，強(qiáng)度顯著弱化[7]。凍土作為由固體顆粒、冰、液態(tài)水、氣體組成的一種四相復(fù)合體，尤其是在凍土正融的過程中，四相體十分不穩(wěn)定，發(fā)生一系列翻漿冒泥、邊坡滑塌等凍害現(xiàn)象[8]。

循環(huán)加卸載作用是常見的一種受力形式，如人工凍結(jié)法施工的開挖支護(hù)過程、車輛荷載對(duì)路基下凍土的作用等[9]，肖福坤等[10]對(duì)煤樣進(jìn)行單軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線、彈性應(yīng)變能與滯回環(huán)面積關(guān)系等進(jìn)行了分析；高娟等[11]研究發(fā)現(xiàn)三軸循環(huán)剪切過程中損傷及壓融等力學(xué)性質(zhì)對(duì)凍結(jié)鹽漬土的強(qiáng)度及變形影響顯著；徐湘田等[12]開展了凍結(jié)黃土靜力條件下的三軸加卸載試驗(yàn)與單調(diào)加載對(duì)比試驗(yàn)，研究了兩種應(yīng)力路徑下凍結(jié)黃土的變形和損傷特性；詹可亮等[13]基于循環(huán)加卸載試驗(yàn)，得到了巖石的循環(huán)次數(shù)與滯回環(huán)的擬合公式。

也有少數(shù)學(xué)者對(duì)正融土進(jìn)行了一定的研究，竇帥[14]在無載條件下正融土剪切模量彎曲元試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，正融黏土和砂土的剪切模量隨溫度的升高而降低，兩者呈對(duì)數(shù)關(guān)系；王博等[15]研究發(fā)現(xiàn)高壓正融土-結(jié)構(gòu)接觸面剪切強(qiáng)度受法向壓力和解凍程度等因素影響顯著；杜艷[16]通過對(duì)正融土在無側(cè)限單軸動(dòng)力壓縮試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，頂板冷卻溫度和頂板融化溫度及外界荷載對(duì)溫度場(chǎng)、變形量等因素對(duì)動(dòng)應(yīng)力幅值影響顯著；劉琳[17]進(jìn)行了凍土的單軸無側(cè)限抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明：含水量、冷卻溫度、融化溫度是凍土強(qiáng)度弱化的重要影響因素；彭麗云等[18-19]通過無側(cè)限試驗(yàn)研究了含水率、冷卻溫度、融化溫度和動(dòng)應(yīng)力幅值對(duì)正融土樣的應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)度特性的影響，但只對(duì)正融土進(jìn)行了無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，不能體現(xiàn)路基土體真實(shí)的工作狀態(tài)。

基于上述分析，凍土正在融化過程的強(qiáng)度弱化被大多數(shù)學(xué)者忽略，尤其是正融土路基在循環(huán)荷載作用下的研究更是少之又少，因此本文對(duì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行正融土三軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)，對(duì)三軸循環(huán)荷載作用下正融粉質(zhì)黏土強(qiáng)度特征與滯回環(huán)演化規(guī)律進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試樣制備及物理性質(zhì)

(1)試驗(yàn)所用土樣取自河北省張承高速沿線，根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40—2007)[20]規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行基本物理性質(zhì)試驗(yàn)后，判定所取土樣為低液限粉質(zhì)黏土。本文采用電動(dòng)擊實(shí)儀，通過重型擊實(shí)法進(jìn)行試驗(yàn)，表1為擊實(shí)試驗(yàn)的參數(shù)。試驗(yàn)所得土樣主要的物理性質(zhì)指標(biāo)見表2。

表1 重型擊實(shí)試驗(yàn)的參數(shù)

表2 土樣的物理性質(zhì)指標(biāo)

(2)制備試樣。試樣制備過程依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—1999)[21]和《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40—2007)[20]，將采集的土樣烘干后過2 mm篩，加水均勻攪拌配置成相應(yīng)含水率的散土體，在限制蒸發(fā)條件下保持12 h，使土中水分均勻。按照其含水率和干密度進(jìn)行計(jì)算，稱取相應(yīng)質(zhì)量的散土體裝入模具，制成直徑為61.8 mm、高度為125 mm的圓柱形試樣，完成后連同模具一起裝入保鮮袋進(jìn)行密封處理，放入聚乙烯泡沫板保證單向凍結(jié)，如圖1所示。然后放入高低溫交變箱，在相應(yīng)的凍結(jié)負(fù)溫下凍結(jié)12 h后取出。隨即脫模并套上乳膠套，裝入試驗(yàn)儀器，在相應(yīng)的融化溫度和圍壓下進(jìn)行正融土三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)。

圖1 裝有試樣的聚乙烯泡沫板Fig.1 Polyethylene foam plate with samples

1.2 試驗(yàn)方案

(1)考慮到正融土路基強(qiáng)度的影響因素主要包括土體本身和外部環(huán)境因素兩類，因此本文結(jié)合正融土路基和當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，選取了4種影響因素進(jìn)行全面試驗(yàn)，4種影響因素分別是含水率、圍壓、凍結(jié)負(fù)溫、融化溫度。其中含水率為9%、12%、15%，圍壓為20，50，80 kPa，凍結(jié)負(fù)溫為-5，-10，-15 ℃，融化溫度為6 ℃和12 ℃。

(2)本文所用的三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)方法具體步驟是：在某一圍壓下對(duì)試樣進(jìn)行三軸壓縮，當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到εa1時(shí)開始第一次卸載，卸載到偏差應(yīng)力為零(即σ1-σ3=0)，再加載到軸向應(yīng)變?yōu)棣臿2后開始第二次卸載，依此類推進(jìn)行N次循環(huán)，本文試驗(yàn)中前三次加卸載的軸向應(yīng)變差約為2%，后兩次加卸載的軸向應(yīng)變差約為3%，即達(dá)到2%、4%、6%、9%、12%的軸向應(yīng)變時(shí)卸載，每個(gè)圍壓下進(jìn)行5個(gè)加載-卸載-再加載循環(huán)，典型的試驗(yàn)曲線如圖2所示。

圖2 典型應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.2 Typical stress-strain curve

(3)試樣從高低溫交變箱取出裝入儀器約2 min左右，裝樣階段的融化量幾乎很小，試驗(yàn)只模擬裝入儀器后正融土的剪切過程，剪切和卸載速率為1.67×10-2mm/s，試樣軸向應(yīng)變達(dá)到15%時(shí)試驗(yàn)結(jié)束[21]。試驗(yàn)循環(huán)加卸載試驗(yàn)用時(shí)約為26 min，室內(nèi)環(huán)境下試樣芯部完全融化到試驗(yàn)溫度約30 min，試驗(yàn)條件基本滿足正融土剪切試驗(yàn)的正融過程。為對(duì)比循環(huán)荷載作用的影響，在與加卸載試驗(yàn)相同試驗(yàn)條件進(jìn)行了常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)采用的設(shè)備是由凍土三軸儀改造而成的高低溫三軸儀，儀器可以保證試驗(yàn)過程中融化溫度恒定不變。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 應(yīng)力應(yīng)變曲線

試驗(yàn)得到正融粉質(zhì)黏土常規(guī)及循環(huán)加卸載條件下的全過程應(yīng)力應(yīng)變曲線，限于篇幅只列出部分試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果。圖3為含水率9%、凍結(jié)負(fù)溫-5 ℃、融化溫度6 ℃各圍壓下應(yīng)力應(yīng)變曲線。

圖3 各圍壓下應(yīng)力應(yīng)變對(duì)比曲線Fig.3 Stress-strain correlation curve under the confining pressures

從圖3可以看出，不同圍壓條件下常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)與循環(huán)加卸載試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線整體趨勢(shì)基本相同。每次加卸載曲線不能完全重合，加載曲線始終在卸載曲線的上方，形成塑性滯回環(huán)。每次卸載完成后，土體都會(huì)產(chǎn)生一定程度的塑性變形，且隨循環(huán)次數(shù)增加，塑性變形逐漸增長(zhǎng)。但是經(jīng)歷循環(huán)加卸載的試樣強(qiáng)度較單調(diào)加載的試樣強(qiáng)度絕大多數(shù)均有降低的趨勢(shì)，這表明循環(huán)荷載作用會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生不利的影響，土體試樣經(jīng)歷反復(fù)的循環(huán)荷載，必然會(huì)造成土體內(nèi)部土顆粒骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生重新排列，每一次循環(huán)會(huì)產(chǎn)生了一定的塑性損傷，造成強(qiáng)度弱化的現(xiàn)象。

2.2 各因素強(qiáng)度特征

圖4為不同圍壓下應(yīng)力應(yīng)變曲線，由圖4可知，圍壓對(duì)正融土強(qiáng)度的影響明顯。隨著圍壓不斷增大，試樣強(qiáng)度有較大的提高。圍壓較小時(shí)土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型，在軸向應(yīng)變小于 15% 時(shí)就出現(xiàn)應(yīng)力峰值。隨著圍壓增大，向硬化破壞發(fā)展，無明顯峰值點(diǎn)。其原因是較低圍壓下土體破壞面上的正壓力較小，使由內(nèi)摩擦引起的抵抗破壞的能力較弱，主要依靠冰的膠結(jié)作用來抵抗形變與破壞，而且冰融化較慢，冰膠結(jié)的脆性破壞在應(yīng)力應(yīng)變曲線上則表現(xiàn)為軟化現(xiàn)象。

圖4 不同圍壓下應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.4 Stress-strain curves under different confining pressures

圖5為不同含水率下應(yīng)力應(yīng)變曲線，含水率對(duì)正融土強(qiáng)度的影響也比較明顯。峰值強(qiáng)度最大的仍為含水率9%的試樣，其次是含水率為12%，強(qiáng)度最小為含水率15%。主要由于在單向凍結(jié)的過程中，土樣未凍區(qū)的水分向冷端遷移，使得在試樣的頂端匯聚了水分并結(jié)成冰造成正融時(shí)強(qiáng)度的差異。

圖5 不同含水率下應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.5 Stress strain curve under the different moisture content

圖6為不同凍結(jié)負(fù)溫下應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以看出凍結(jié)負(fù)溫越低，土樣峰值強(qiáng)度越大，但是土體的殘余強(qiáng)度卻表現(xiàn)出相反的規(guī)律，凍結(jié)負(fù)溫越低時(shí)，殘余強(qiáng)度也越低。當(dāng)土體的含水率一定時(shí)，凍結(jié)負(fù)溫的變化不僅影響著土樣中含冰量的大小和冰晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且影響了土樣凍結(jié)速率和凍結(jié)過程中水分遷移的程度，而含冰量的高低又決定著冰晶體對(duì)土顆粒的膠結(jié)程度，從而影響了凍土的強(qiáng)度。

圖6 不同凍結(jié)負(fù)溫下應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.6 Stress-strain curves under different freezing negative temperatures

圖7為不同融化溫度下應(yīng)力應(yīng)變曲線，從中可以看出，土樣正融剪切過程中，融化溫度較低時(shí)，土樣一般表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度，有明顯峰值點(diǎn)，表現(xiàn)為脆性破壞；隨著融化的升高，試樣強(qiáng)度均略有下降，且無明顯的峰值點(diǎn)，表現(xiàn)為延性破壞，融化溫度影響前期峰值強(qiáng)度的出現(xiàn)，而對(duì)于殘余強(qiáng)度幾乎沒有太大影響。試驗(yàn)中融化溫度的差異造成了試樣的融化速度不同，融化溫度越低，土樣融化速度越慢，土樣還沒有進(jìn)行緩慢的融化排水固結(jié)就已經(jīng)發(fā)生了破壞，接近于凍土的破壞特征；隨著融化溫度的升高，土樣的融化排水固結(jié)速度明顯加快，表現(xiàn)出壓縮變形特性。隨著時(shí)間推移，不同溫度下融化程度慢慢趨于一致，因此殘余強(qiáng)度相差不大。

圖7 不同融化溫度下應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.7 Stress-strain curves under different melting temperatures

3 滯回環(huán)演化規(guī)律

3.1 滯回環(huán)回彈模量

研究正融土循環(huán)加卸載過程中彈性模量的演化規(guī)律時(shí)，需要借助其應(yīng)力-應(yīng)變曲線來確定各個(gè)滯回環(huán)的等效彈性模量。滯回環(huán)回彈模量可以通過計(jì)算滯回環(huán)斜率得到，其數(shù)值大小表征了土樣剛度，即抵抗變形的能力[11]。取各試驗(yàn)因素不同水平下的回彈模量，繪制其與加卸載循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。

圖8為不同圍壓、融化溫度、凍結(jié)負(fù)溫、含水率條件下，滯回環(huán)回彈模量隨循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，滯回環(huán)回彈模量均呈現(xiàn)不同程度的降低。經(jīng)過5次循環(huán)后，模量最小降幅為10%左右，最大降幅達(dá)25%。表明試樣隨著循環(huán)次數(shù)的增加，抵抗變形的能力越來越弱，逐漸破壞。

圖8 滯回環(huán)回彈模量演化規(guī)律Fig.8 Evolution law of elastic modulus of hysteresis loop

隨著圍壓的增大，滯回環(huán)回彈模量的損失量逐漸減小，并且回彈模量降低速率最大處向右推移，表明圍壓在一定程度限制了試樣的橫向變形，增強(qiáng)了試樣抵抗變形的能力，但隨著應(yīng)力繼續(xù)增大，圍壓不足以抵抗變形，使得回彈模量降低明顯且向圖像右側(cè)移動(dòng)(圖8a)。

在6 ℃融化時(shí)，回彈模量呈二次拋物線降低，在12 ℃時(shí)降低速率明顯加快，土體在融化過程中，12 ℃較6攝氏度融化略快。在外荷載作用下，液態(tài)水融化較快且較多，造成強(qiáng)度顯著弱化，回彈模量顯著下降。試驗(yàn)中融化溫度越低，土樣融化速度越慢，土樣可以進(jìn)行一定程度上緩慢的融化排水固結(jié)，模量變化正是土體由硬到軟漸變的過程(圖8b)。

不同凍結(jié)負(fù)溫差異主要體現(xiàn)在第二次荷載時(shí)，模量最大值為-15 ℃，最小為-5 ℃，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，不同凍結(jié)負(fù)溫的差異逐漸減小。考慮為凍結(jié)負(fù)溫越低，融化時(shí)，前期土體溫度也較低，表現(xiàn)出較大的剛度，隨著融化過程繼續(xù)進(jìn)行，不同凍結(jié)負(fù)溫下土體融化的溫度差越來越小，數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為回彈模量的差值也相差不大(圖8c)。

不同含水率下回彈模量差異較大，含水率為9%時(shí)模量較大，然后依次是12%和15%，這也與前述不同含水率下強(qiáng)度的差異相吻合，9%時(shí)強(qiáng)度最大。隨著循環(huán)次數(shù)的增大和融化的進(jìn)行，土體不同含水率狀態(tài)下回彈模量的下降趨勢(shì)基本一致，并且在4次循環(huán)后下降速率顯著放緩(圖8d)。

3.2 損傷特征

導(dǎo)致材料力學(xué)性能劣化的微觀結(jié)構(gòu)的變化被稱為損傷，損傷變量是度量材料損傷程度的工具。Rabotonov最早根據(jù)有效承載面積定義了以下形式的損傷變量：

(1)

式中：S——試樣初始截面面積；

可知，D=0時(shí)對(duì)應(yīng)于材料的無損狀態(tài)，D=1時(shí)對(duì)應(yīng)完全損傷狀態(tài)，即可描述材料的損傷行為。實(shí)際中，由于受損后的的有效面積不易準(zhǔn)確計(jì)算和測(cè)量，很難用上式定義損傷[12]。一種常用的非直接測(cè)量方法是根據(jù)材料彈性模量的劣化來計(jì)算材料的損傷，損傷變量的公式如下:

(2)

式中：E——試樣無損狀態(tài)時(shí)的彈性模量；

本文基于材料劣化造成損傷的本質(zhì)采用式(2)描述正融土的損傷特征。根據(jù)正融土的三軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)，取前文滯回環(huán)回彈模量為各受損狀態(tài)時(shí)的彈性模量，還需要確定正融土無損狀態(tài)時(shí)的彈性模量，圖3表明，第一次卸載和加載曲線基本重合，因此取第一次循環(huán)的回彈模量作為無損狀態(tài)的彈性模量[12]。表3為各循環(huán)次數(shù)下的回彈模量。

圖9為正融土損傷變量隨循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律，由圖9可知，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，循環(huán)次數(shù)與損傷變量呈正相關(guān)，不同的因素影響下，也表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)。主要由于正融土融化過程的進(jìn)行，土體逐漸變軟，使得土體損傷增大。如圖9a所示，小圍壓下?lián)p傷較快，發(fā)生在1，2次循環(huán)左右，中高圍壓狀態(tài)主要集中在3，4次循環(huán)。分析認(rèn)為，圍壓越大，前期抵抗變形能力較強(qiáng)，到達(dá)峰值強(qiáng)度的時(shí)間較慢，抑制了損傷發(fā)展。由圖9b可看出，不同融化溫度時(shí)，損傷差異較大，溫度越高，損傷明顯越大，差異正是因?yàn)樵嚇尤诨俣鹊牟煌?，土體同一時(shí)間段的剛度差異較大，土體融化較快的土體先一步變軟，造成損傷較大。由圖9c可知，凍結(jié)負(fù)溫對(duì)正融土的損傷影響主要體現(xiàn)在中間循環(huán)次數(shù)上差異較大，初始和末尾循環(huán)時(shí)損傷比較接近，這也與不同溫度土體正融時(shí)的溫度隨時(shí)間的變化相吻合，溫度差異主要在前中期，損傷變化規(guī)律與溫度較為一致。由圖9d可知，含水率越高時(shí)，土體的損傷越明顯，15%含水率的損傷明顯高于中低含水率。分析認(rèn)為，含水率較大時(shí)，凍結(jié)時(shí)土體上部有大量?jī)鼋Y(jié)水，正融過程水分大量融化，破環(huán)了土體的結(jié)構(gòu)性，強(qiáng)度明顯弱化，損傷量也隨之較大。

表3 各循環(huán)次數(shù)下的回彈模量Table 3 Resilience modulus under each cycle number

圖9 正融土損傷變量隨循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律Fig.9 Melting law of the soil damage variable along with the development of the cycles

3.3 耗散能與損傷變量

圖10為試件在循環(huán)加卸載過程中的滯回環(huán)曲線，可以看出，當(dāng)加載至某一應(yīng)力水平再卸載，卸載曲線不沿著加載的路徑，而是低于原來的加載曲線。由此可認(rèn)為，試件吸收的能量(外載荷對(duì)試件所做的功)轉(zhuǎn)化為三個(gè)部分：一部分是試件耗散能，另一部分是試件產(chǎn)生的塑性變形能，最后一部分以彈性應(yīng)變能的形式積聚在試件里，卸載時(shí)可釋放出來。加載曲線下的面積是試件吸收的能量，卸載曲線下的面積是試件釋放的彈性能，滯回環(huán)的面積則代表了試件的損傷能，也稱為耗散能。試件的加卸載曲線按照O→A→B→C→D→E→B→F的順序變化，其中曲線BC-DEB所圍成的面積即為一次加卸載的滯回環(huán)面積。通過對(duì)加卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線的積分，可以依次求出每個(gè)滯回環(huán)的面積。

從圖11可以看出，試樣的耗散能隨著循環(huán)次數(shù)呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)，總體呈現(xiàn)前期緩慢增長(zhǎng)，剛度較大，抵抗變形能力較強(qiáng)，耗散能較小，中期隨著水分慢慢融化，土體變軟，變形增大，耗散能增長(zhǎng)迅速，中后期當(dāng)土樣強(qiáng)度達(dá)到峰值點(diǎn)時(shí)，由于土的壓密，大量能量被轉(zhuǎn)化成塑性能儲(chǔ)存起來，土體內(nèi)部的耗散能增速放緩；耗散能對(duì)圍壓、融化溫度、含水率敏感性較大，對(duì)凍結(jié)負(fù)溫敏感性較小。

圖10 滯回環(huán)曲線Fig.10 Hysteresis loop curve

圖11 耗散能演化規(guī)律Fig.11 Evolution law of dissipated energy

圖12 不同含水率下?lián)p傷變量與耗散能變化規(guī)律Fig.12 Variation rules of the damage variables and dissipated energy under different moisture content

通過兩兩對(duì)比圖9中損傷變量與圖11耗散能變化規(guī)律，以圖12含水率為例進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)損傷變量與耗散能的變化隨著循環(huán)次數(shù)的增加，總體趨勢(shì)是相同的，但更加顯而易見的，損傷變量與耗散能存在此消彼長(zhǎng)的相關(guān)性，損傷變量整體較高的試樣卻表現(xiàn)出較低的耗散能，損傷變量較低的試樣卻表現(xiàn)出較高的耗散能。不難發(fā)現(xiàn)，損傷變量表現(xiàn)為某次循環(huán)下土體的裂縫以及壓密，通過土體的塑性形變表現(xiàn)出來，對(duì)應(yīng)的是塑性形變能；而耗散能相當(dāng)于循環(huán)荷載下土樣內(nèi)部空隙的閉合、土體結(jié)構(gòu)及土壤顆粒的損傷破壞過程中外力所做的功，代表著土體靠自身消除機(jī)械振動(dòng)的能力[11]；二者與彈性能共同構(gòu)成了試件吸收的總能量，當(dāng)總能量一定時(shí)，其中一個(gè)能量的變化，必定會(huì)引起其他能量與其相反的量變。加卸載過程中，較高的損傷變量說明土樣發(fā)生了較大塑性變形，則土體依靠自身消除外力的能力變?nèi)?，產(chǎn)生的耗散能反而較低，這與試驗(yàn)結(jié)果也相吻合。

4 結(jié)論

(1)每次加卸載曲線不能完全重合，加載曲線始終在卸載曲線的上方，形成塑性滯回環(huán)，經(jīng)歷循環(huán)加卸載的試樣強(qiáng)度較單調(diào)加載的試樣強(qiáng)度絕大多數(shù)均有降低的趨勢(shì)，每一次循環(huán)會(huì)產(chǎn)生了一定的塑性損傷，造成強(qiáng)度弱化的現(xiàn)象。

(2)圍壓增大，試樣強(qiáng)度提高，圍壓較小時(shí)土樣呈軟化型，圍壓增大，向硬化破壞發(fā)展，無明顯峰值點(diǎn)；峰值強(qiáng)度隨含水率的增大下降顯著；凍結(jié)負(fù)溫和融化溫度主要影響正融土樣的前期強(qiáng)度，負(fù)溫和融化溫度越低，前期強(qiáng)度越高，隨時(shí)間推移影響減弱。

(3)隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，滯回環(huán)回彈模量均呈現(xiàn)不同程度的降低，經(jīng)過5次循環(huán)后，模量最小降幅為10%左右，最大降幅達(dá)到25%。試樣隨著循環(huán)次數(shù)的增加，抵抗變形能力越來越弱，逐漸破壞，各因素下演化規(guī)律與強(qiáng)度特征規(guī)律基本對(duì)應(yīng)。

(4)用滯回環(huán)回彈模量定義了損傷變量，損傷變量與循環(huán)次數(shù)呈正相關(guān)，不同因素影響下，損傷變量增長(zhǎng)表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，區(qū)別在于損傷快速發(fā)展和緩慢發(fā)展時(shí)對(duì)應(yīng)循環(huán)次數(shù)上的差異。

(5)試樣的耗散能隨著循環(huán)次數(shù)呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)，總體呈現(xiàn)前期緩慢增長(zhǎng)、中期增長(zhǎng)迅速、后期增速有所放緩的規(guī)律，耗散能對(duì)圍壓、融化溫度、含水率敏感性較大，對(duì)凍結(jié)負(fù)溫敏感性較小。損傷變量與耗散能存在一定此消彼長(zhǎng)的相關(guān)性，損傷變量整體較高的試樣表現(xiàn)出較低的耗散能，損傷變量較低的試樣卻表現(xiàn)出較高的耗散能。