为研究土体物理力学性质随温度变化规律，通过改进的大型温控直剪设备——FAST-1型，在准确控制温度变化且施加较大法向压力条件下，对西藏高原冻土区采集的土体重新制备并在不同温度下(15℃、5℃、-5℃、-15℃)进行直剪试验。剪切过程中测量土体的温度、抗剪强度、剪胀量、黏聚力和内摩擦角。试验结果表明：温度的改变可以使粉质黏土的力学性质产生较大的改变，负温条件下土体抗剪强度随着温度的降低而增加，正温条件下土体抗剪强度基本保持不变；负温条件下黏聚力在-15℃最高可达1.8 MPa,约为正温条件下土体黏聚力的900倍。内摩擦角呈现出两端温度变化大，中间温度变化小的趋势。由于温度对黏聚力和内摩擦角的影响，在负温条件下，剪切过程中剪切面比较粗糙造成土体的剪胀明显较大，最大可达2.5 mm,约是正温条件下的5倍。
为研究土体物理力学性质随温度变化规律，通过改进的大型温控直剪设备——FAST-1型，在准确控制温度变化且施加较大法向压力条件下，对西藏高原冻土区采集的土体重新制备并在不同温度下(15℃、5℃、-5℃、-15℃)进行直剪试验。剪切过程中测量土体的温度、抗剪强度、剪胀量、黏聚力和内摩擦角。试验结果表明：温度的改变可以使粉质黏土的力学性质产生较大的改变，负温条件下土体抗剪强度随着温度的降低而增加，正温条件下土体抗剪强度基本保持不变；负温条件下黏聚力在-15℃最高可达1.8 MPa,约为正温条件下土体黏聚力的900倍。内摩擦角呈现出两端温度变化大，中间温度变化小的趋势。由于温度对黏聚力和内摩擦角的影响，在负温条件下，剪切过程中剪切面比较粗糙造成土体的剪胀明显较大，最大可达2.5 mm,约是正温条件下的5倍。
为研究土体物理力学性质随温度变化规律，通过改进的大型温控直剪设备——FAST-1型，在准确控制温度变化且施加较大法向压力条件下，对西藏高原冻土区采集的土体重新制备并在不同温度下(15℃、5℃、-5℃、-15℃)进行直剪试验。剪切过程中测量土体的温度、抗剪强度、剪胀量、黏聚力和内摩擦角。试验结果表明：温度的改变可以使粉质黏土的力学性质产生较大的改变，负温条件下土体抗剪强度随着温度的降低而增加，正温条件下土体抗剪强度基本保持不变；负温条件下黏聚力在-15℃最高可达1.8 MPa,约为正温条件下土体黏聚力的900倍。内摩擦角呈现出两端温度变化大，中间温度变化小的趋势。由于温度对黏聚力和内摩擦角的影响，在负温条件下，剪切过程中剪切面比较粗糙造成土体的剪胀明显较大，最大可达2.5 mm,约是正温条件下的5倍。
为了解冻融循环引起的排土场散体物料剪切强度劣化规律,采用自主研发的大型直剪仪开展冻融循环作用下土石混合体的剪切试验,得到不同冻融循环次数下的排土场土石混合体剪切强度劣化曲线,并通过CT扫描分析不同冻融循环次数下土石混合体内部细观结构演化特征;最后,开展考虑冻融循环影响的排土场边坡稳定性分析。研究结果表明,在低法向压力下,散体物料的剪切应力-位移曲线主要呈现应变软化型,且在剪切过程中伴随剪胀行为;随着法向压力增大,曲线逐渐向应变硬化型转变,剪切过程中主要呈现剪切压缩行为;冻融循环次数增加,会使曲线应变硬化行为明显,逐渐弱化剪胀行为,内聚力和内摩擦角逐渐减小。当冻融循环次数达到15次时,内聚力和内摩擦角的减小量分别为18.45%和9.42%;冻融循环导致散体物料内部细颗粒冻胀挤压碎裂,致使细颗粒和孔隙间发生错位与重组;冻融循环引起的散体物料孔隙变化主要集中在前5次;当冻融循环次数达到15次时,排土场安全系数减小率约为7.6%。研究结果可为寒区排土场稳定性分析提供参考。
为了解冻融循环引起的排土场散体物料剪切强度劣化规律,采用自主研发的大型直剪仪开展冻融循环作用下土石混合体的剪切试验,得到不同冻融循环次数下的排土场土石混合体剪切强度劣化曲线,并通过CT扫描分析不同冻融循环次数下土石混合体内部细观结构演化特征;最后,开展考虑冻融循环影响的排土场边坡稳定性分析。研究结果表明,在低法向压力下,散体物料的剪切应力-位移曲线主要呈现应变软化型,且在剪切过程中伴随剪胀行为;随着法向压力增大,曲线逐渐向应变硬化型转变,剪切过程中主要呈现剪切压缩行为;冻融循环次数增加,会使曲线应变硬化行为明显,逐渐弱化剪胀行为,内聚力和内摩擦角逐渐减小。当冻融循环次数达到15次时,内聚力和内摩擦角的减小量分别为18.45%和9.42%;冻融循环导致散体物料内部细颗粒冻胀挤压碎裂,致使细颗粒和孔隙间发生错位与重组;冻融循环引起的散体物料孔隙变化主要集中在前5次;当冻融循环次数达到15次时,排土场安全系数减小率约为7.6%。研究结果可为寒区排土场稳定性分析提供参考。
为了解冻融循环引起的排土场散体物料剪切强度劣化规律,采用自主研发的大型直剪仪开展冻融循环作用下土石混合体的剪切试验,得到不同冻融循环次数下的排土场土石混合体剪切强度劣化曲线,并通过CT扫描分析不同冻融循环次数下土石混合体内部细观结构演化特征;最后,开展考虑冻融循环影响的排土场边坡稳定性分析。研究结果表明,在低法向压力下,散体物料的剪切应力-位移曲线主要呈现应变软化型,且在剪切过程中伴随剪胀行为;随着法向压力增大,曲线逐渐向应变硬化型转变,剪切过程中主要呈现剪切压缩行为;冻融循环次数增加,会使曲线应变硬化行为明显,逐渐弱化剪胀行为,内聚力和内摩擦角逐渐减小。当冻融循环次数达到15次时,内聚力和内摩擦角的减小量分别为18.45%和9.42%;冻融循环导致散体物料内部细颗粒冻胀挤压碎裂,致使细颗粒和孔隙间发生错位与重组;冻融循环引起的散体物料孔隙变化主要集中在前5次;当冻融循环次数达到15次时,排土场安全系数减小率约为7.6%。研究结果可为寒区排土场稳定性分析提供参考。
为从更多角度、更准确进行冻土接触面力学性能试验研究,对原冻土直剪仪进行多功能改进完善:对温度采集、位移测量、冻土盒装卸等装置进行改进,使冻土直剪仪能更好地满足冻土接触面力学性能试验要求;在原冻土直剪仪基础平台上集成冻土接触面冻结强度试验、冻土界面层力学特性试验模块,满足多功能试验要求;新功能开发采用模块化设计,注重各功能模块的兼容性和功能切换的方便性。试验结果表明改进后的冻土直剪仪能满足冻土接触面冻结强度、接触界面层力学特性等多功能试验要求,试验数据稳定可靠。
在天然冻土区和人工冻土工程中存在着大量冻土与结构物接触面问题,而目前尚无有关此类接触面剪切行为的试验研究手段。为此,研制了大型多功能冻土–结构接触面循环直剪系统DDJ—1,该系统性能优异:能实现0～-20℃范围内对接触面温度的精确控制;能精确施加常刚度、常位移、零法向应力和常应力4种法向边界条件;能够模拟多种粗糙度的接触面实现循环和单调两种剪切形式;能够观测接触带的破坏状态和厚度,同时可以测量接触带土体内部的剪切位移;应力施加、位移控制和温度调节精准。试验结果表明:该系统能准确地再现冻土与结构接触面的力学行为、变形行为,可为系统开展冻土–结构接触面的研究提供试验基础和重要思路。