关于冻区盐渍土水热耦合效应及对力学性能的影(2)

　　(3)取适量土样,测其初始含水量(10·61% ),按最优干密度(1·79 g/cm3)分层装入套管中,将加热器安装在试样套管底部,紧固并确保其表面与试样表面紧密结合;将温度水份传感器插入设定好的测试孔中,在试样上表面敷一层保鲜膜,防止水分散失。接好加热电源及各测试电缆后关闭模拟试验箱盖,调整好位移测量系统。开启制冷系统及加热器电源,调整制冷系统温度和加热器电源电压以便得到研究所需的模拟环境温度和温度梯度。试验时间为72小时,前12小时每1小时记录一组数据,其后每3小时记录数据一次。

　　2　试验结果分析

　　试验数据整理后见图3、图4。

　　图3中,在0 mm (表面至下0 mm,后略)处为模拟环境温度,除开始(0~2小时)由室温转变为模拟环境温度外,其曲线一直保持平稳(-10℃左右); 50 mm、100 mm、150 mm和200 mm曲线趋势大致相同,前12小时温度下降趋势较明显,其后曲线较平稳,达到稳态;由表面至底端同一时刻温度变化量逐步减小,说明试样温度梯度是随深度增加而减小的。

　　图4中,在25 mm处,含水量随时间增加而增加, 12小时左右后,基本保持不变( 13·1 %~13·5% ),较初始含水量(10·61 % )升高23·47% ~27·24%;在75mm处开始阶段(0~5小时)含水量有迅速下降趋势,随后(6~12小时)含水量逐步增加, 12小时后基本稳定(11·3 % ~11·6 % ),较初始含水量升高6·50 % ~9·33 %;在125 mm、175 mm和225 mm处曲线走势比较接近,即开始阶段(0~8小时)含水量逐步减少, 10小时左右后又稍微升高, 15小时后一直保持在9·6 % ~10·5 %之间,较初始含水量降低1·04% ~9·52%。

　　以上现象初析为:因外界环境温度迅速下降,接近外界环境一端(土样上表面附近)温度变化要先于远离外界环境端,试件会产生较大的温度梯度从而破坏了土体中的水量平衡,使其水份场发生重新分布,水份从土样的暖端向冷端迁移,进而土柱上层的含水量较冻结前有所提高,即为25mm和75mm二曲线所表现。除25 mm曲线外,其他曲线都有先降后升现象,初析为冻结初始阶段土样各层水份要向上迁移同时接受下层水份移入补给,由于水份迁移量与温度梯度有关,随梯度减小而减少[7], [8]。由图3可知温度梯度随土样深度增加而降低,从而导致某层土样在初始时段或出现水份来不及补给的现象(75 mm曲线迅速下降),或迁移量大于补给量,含水量逐步减少的现象。当温度场(见图3) 12小时左右稳定后,水份场在15小时左右达到稳定。

　　3　水热耦合效应对力学性能的影响

　　盐渍土的三相与非盐渍土不同,它的液相是盐溶液,固相包括土颗粒和结晶盐[9],冻区盐渍土还会有冰晶产生,因此温度场和水份场的变化盐渍土的工程性质有不确定性。本文以冻结强度为指标,将试验过后的土样分层进行无侧限抗压强度试验,研究水热耦合效应对土样力学性能的影响。

　　3·1　试验方法

　　将水热耦合试验的土样分为5层,汇集几次平行试验土样,每层土样放入保鲜袋中防止水份及盐份散失;试样为直径40 mm、高80 mm的圆柱体,每层土样的试样套入保鲜膜并按相应环境温度进行冷冻(见表2),时间24小时,同时另取水热耦合前土样,以作对比;试验采用GB4540 -84应变控制式静三轴剪切仪,将保温瓶内制备好的试样迅速放在加压板上进行试验。

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