冻土石混合体、冰石混合物和冻土在压、拉作用下的破坏特征对比

摘要

在寒区工程建设中了解冻混杂岩土材料,如冻土石混合体的力学性质是保证工程建设安全的前提条件。采用单轴压缩和巴西劈裂试验探讨纯冰、冰石混合物、冻土和冻土石混合体在不同冻结温度(-10℃,-20℃,-30℃)下的变形以及强度性质,同时借助显微成像技术观察试样内部的冰石、土石、冰土界面形态和受力开裂特征。试验得到以下结论:(1)在单轴压应力或劈裂拉应力作用下纯冰和冻土的破裂面相对平直;而冰石混合物和冻土石混合体的破裂面相对弯曲。(2)受块石形状的影响(外凸和内凹、锯齿边界),冰石混合物中可见对应的沿准确的冰石界面开裂和在界面附近冰体一侧开裂的2种裂缝类型;冻土石混合体中裂缝主要在冻土中和土石界面间发育。(3)试样的抗压和抗拉强度随冻结温度的降低呈现线性增加的趋势。随温度的降低冻土和冻土石混合体的压、拉强度增长速率要大于纯冰和冰石混合物的强度增长速率;各试样的压、拉强度比约为5。(4)在冻结温度为-10℃时,各试样的抗压、抗拉强度大小依次为冰石混合物>冻土石混合体>冻土>纯冰;然而在冻结温度为-30℃时,抗压强度大小依次为冻土>冻土石混合体>冰石混合物>纯冰,抗拉强度大小依次为:冻土石混合体>冻土>冰石混合物>纯冰。(5)冻土石混合体内部土石界面间除胶结冰的冻黏作用之外,还存在胶结冰的嵌入和互锁强化作用。在高含水量的冻土内部,土颗粒易溶于水中,在冰土界面土层一侧形成冰土混合交融层,该层强度大于纯冰强度,有效提高了冻土的强度。