Влияние температуры на динамические параметры алевритистых глин в сезонномерзлом регионе

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13141 (2023) Цитировать эту статью

206 Доступов

Подробности о метриках

Влияние температуры на динамические параметры алевритистых глин в сезонномерзлом регионе оценивали с помощью динамической трехосной тест-системы GDS. Проанализированы прочностные параметры, динамический модуль упругости, коэффициент демпфирования и другие динамические параметры образцов грунта в различных температурных условиях. Результаты показали, что параметры прочности на сдвиг (угол внутреннего трения и когезия) алевритовой глины под действием динамической нагрузки значительно увеличиваются с понижением температуры, а угол внутреннего трения резко увеличивается ниже 0 °С. Динамический модуль упругости увеличивался с понижением температуры и существенно изменялся в области фазового перехода лед-вода. Наклон кривой динамического растяжения образца грунта существенно увеличивался с понижением температуры. С понижением температуры коэффициент демпфирования снижается, а способность грунта поглощать сейсмические волны снижается. Результаты исследования предоставляют новые данные и информацию для руководства строительными проектами в сезонно замерзшем регионе.

Замерзшая почва широко распространена во всем мире и покрывает около 70% площади суши1. Мерзлые грунты можно разделить на кратковременномерзлые со временем промерзания от нескольких часов до полумесяца, многолетнемерзлые со временем промерзания от двух и более лет и сезонномерзлые со временем промерзания от полумесяца до полумесяца. несколько месяцев. Сезонномерзлые почвы и многолетнемерзлые почвы занимают около 23% площади суши2. Большая часть этих почв расположена в средних и высоких широтах северного и южного полушарий, в районах активной деятельности человека, относится к сезонномерзлой области. В последние годы из-за глобального потепления, вызванного экологическими изменениями, почва на некоторых территориях многолетней мерзлоты оттаяла, что привело к расширению сезонномерзлых почв. Поэтому крайне важно изучать механические параметры грунтов в сезонно-мерзлых регионах для обеспечения устойчивого строительства.

Изменения, происходящие в почвах, более сложны при приложении динамических, а не статических нагрузок. Возросли исследования мерзлых грунтов и количество объектов инженерного строительства в сезонномерзлых регионах. Анализ механических свойств сезонномерзлых грунтов приобретает особую актуальность, особенно в условиях динамических нагрузок. Большинство исследований динамики мерзлого грунта сосредоточено на прочности грунта, динамической взаимосвязи напряжения и деформации, характеристиках динамической ползучести, характеристиках сейсмического реагирования, динамических характеристиках свайных фундаментов и динамической реакции на нагрузки от поездов3. Динамические параметры грунтов мерзлых регионов имеют решающее значение при проектировании высотных зданий, мостов, портов, аэропортов, высокоскоростных железных дорог и незаменимы при численном моделировании. Поэтому необходим анализ динамических параметров сезонномерзлых грунтов.

В последние годы многие эксперты и ученые исследовали динамические свойства мерзлых грунтов, предоставив информативные результаты исследований. Чжао и др.4 обнаружили, что при приложении динамической нагрузки к замерзшему грунту поры закрываются под давлением, увеличивая прочность и динамический модуль упругости. Давление вызывало смещение частиц грунта и разрушение связей с образованием трещин, что ослабляло грунт и снижало динамический модуль упругости. Чжу и др.5,6 провели динамические трехосные испытания на ползучесть замороженного лёсса в Ланьчжоу при различных окружных давлениях. Они предложили модель ползучести и обсудили значимость параметров модели и влияние изменений значений параметров. Ву и др.7 изучили механические свойства реконструированного замороженного лёсса Ланьчжоу с помощью динамических трехосных испытаний и исследовали динамические свойства мерзлого грунта при сейсмической нагрузке. Гидель и др.8 использовали динамическое трехосное испытательное устройство для изучения характеристик динамического отклика крупнозернистых грунтов при различных статических напряжениях прогиба. Они вывели эмпирическое уравнение, описывающее связь между совокупной пластической деформацией, величиной напряжения и числом вибраций динамической нагрузки. Чжоу и др.9 создали модель внутренней структуры для определения влияния температуры и скорости деформации на динамическое напряжение-деформацию грунта. Винсон и др.10 провели испытания смоделированной сейсмической нагрузкой на мерзлых песчаных грунтах, чтобы оценить влияние температуры на динамический модуль упругости и коэффициент демпфирования. Чжан и др.11 использовали динамическое трехосное испытательное устройство для изучения влияния температуры на динамические параметры илистой глины. Результаты показали, что изменение температуры оказывает большее влияние на динамический модуль сдвига и меньшее влияние на коэффициенты напряжения-деформации и динамического демпфирования ниже, чем выше точки замерзания. Цзяо и др.12 провели испытания на мерзлом грунте при -1 °C. и проанализировали петли гистерезиса при динамической нагрузке. Было обнаружено, что площадь петель гистерезиса увеличивается с увеличением максимального динамического напряжения, что указывает на увеличение диссипации энергии и большее повреждение образца. Ли и др.13 проанализировали взаимосвязь между динамическими параметрами мерзлых грунтов и влияющими факторами с помощью низкотемпературных динамических трехосных испытаний. Vision et al.14,15 изучали влияние температур замерзания на измельченные почвы и обнаружили, что динамический модуль упругости положительно коррелирует с содержанием воды при низких температурах замерзания и отрицательно коррелирует при высоких температурах замерзания. Линг и др.16 на основе низкотемпературных динамических трехосных испытаний пришли к выводу, что максимальный динамический модуль сдвига мерзлых грунтов значительно увеличивается с уменьшением отрицательных температур, увеличивается с увеличением давления и уменьшается с увеличением частоты вибрации. Коэффициент динамического модуля сдвига увеличивался с увеличением частоты вибрации на первой стадии нагружения17. Сюй и др.18 провели трехосные испытания на замороженной и незамерзшей илистой глине Генхэ и обнаружили, что кривая напряжения-деформации илистой глины менялась от размягчения к затвердеванию по мере увеличения всестороннего давления и температуры и уменьшения уплотнения. Чжао и др.19 провели низкотемпературное циклическое динамическое трехосное испытание на замерзшем илистом грунте дорожного полотна на Цинхай-Тибетском нагорье. Они проанализировали динамические свойства грунта при различных температурах замерзания, начальной влажности, степени уплотнения и условиях горючего давления. Было замечено, что динамический модуль сдвига увеличивается с уменьшением температуры замерзания, увеличением содержания влаги и увеличением степени уплотнения и давления уплотнения. Цзя и др.20 изучали потери энергии и динамические свойства мерзлых грунтов при радиальной динамической нагрузке, используя испытания на радиальное ударное сжатие. Они обнаружили, что динамические механические свойства мерзлых грунтов, подвергнутых радиальной динамической нагрузке, тесно связаны со скоростью деформации и температурой. Цю и др.21 проанализировали карбонатные засоленные почвы в холодных регионах, используя тесты в помещении и другие методы, учитывая влияние различного количества циклов замораживания-оттаивания и содержания соли на прочность на сдвиг. Результаты испытаний показали, что прочность на сдвиг карбонатных засоленных почв и количество циклов замораживания-оттаивания обратно коррелируют с содержанием солей. Лиджит и др.22 исследовали влияние объемного содержания льда, скорости сдвига и вертикального напряжения на свойства прочности на сдвиг замороженного мелкого песка, используя улучшенное, недорогое устройство с камерой прямого сдвига с контролируемой температурой. Результаты экспериментов показали, что сцепление, модуль линии разреза и угол расширения при сдвиге увеличиваются с увеличением скорости сдвига и объемного содержания льда. Однако монографии по динамике мерзлых грунтов не опубликовано, а исследования мерзлых грунтов находятся на начальной стадии, особенно динамики сезонномерзлых грунтов. Большинство исследований были сосредоточены на конкретных почвах, таких как лесс, и использовали реконструированные почвы, тогда как относительно немногие исследования изучали параметры динамики широко распространенных илистых глин.