围压和负温对冻土强度和微结构的影响研究

摘要

围压和温度是影响冻土强度的两个重要指标,并最终决定冻土的微观结构。文中利用MTS应变式冻土三轴仪进行了3个围压水平(300,400,500 kPa)、3个负温水平(-5,-10,-15℃)共9个试样的强度试验,并根据莫尔-库仑破坏准则确定了不同条件下的抗剪强度参数。基于土微结构研究方法,对从不同围压和不同负温破坏试样上获得的样品进行了电镜扫描观察,利用Leica QWin图像分析软件提取到了11个孔隙体微结构参数和11个颗粒体微结构参数。在此基础上,基于统计学原理,对孔隙体微结构参数和颗粒体微结构参数进行了主成分分析。对微结构参数的研究表明,第1主成分代表了微观参数水平截距、垂直截距、周长、颗粒密度,可以反映孔隙71%和颗粒50%以上的信息,第2主成分主要代表微观参数的面积分数和面积填充,可以反映孔隙17%信息和颗粒36%左右的信息。另外,围压梯度(100 kPa)在恒负温下对冻土强度的影响要比负温梯度(5℃)在恒围压下对冻土强度影响大,其强度变化的比值约为4,并在此基础上得出围压与负温对冻土强度的影响关系。冻土微结构孔隙和颗粒参数同时受到围压和负温的影响,其主成分F1变化基本一致,而主成分F2变化趋势则相反。