我国冻土力学地研究现状.pdfVIP

我国冻土力学的研究现状1) 李宁’，埔 程国拣‘ 陈飞熊+ ·(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程目隶重点实验室，兰州730000) +(西安理工大学岩土所．西安，10蚪8) 提要 从冻结土的宏观力学性质、正冻土中的水、热迁移理论、正冻土的水热力耦合模型四个 方面较全面的分析综述了国内冻土力学的发展历史、研究现状与我国冻土力学研究中存在的问 露． 引芋一勘茕降取撼堋雠乳…硼久 引言 八 从崔托维奇的第一部“冻土力学”问世以来，冻土力学的研究走过了一条漫长崎岖的发展 道路。从早期直接服务于寒区工程设计的简单的唯象学上的冻土宏观力学性质的研究，到七、 八十年代探索冻害原因的冻土细观机制实验研究；从对冻结土力学性质的研究到更切合实际 工程需要的正冻土、正融土力学性质的研究；从只针对冻土骨架固相的力学性质的试验研究， 到考虑了冻土中固、液、气多相多孔介质的力学响应的研究：从只研究冻土的力学性质．到 开始研究冻土的水、热、力耦合机理；从了解冻土和利用冻土到主动地对冻土进行改造。从 被动的冻土体(路基、边坡、围岩等)稳定性可估到主动的可控。冻土力学的发展似可从以 下几个层次论述。 l 冻土的宏观力学性质的研究现状 受寒区工程建设的迫切需要．冻土的宏观力学性质的研究发展迅速。笔者将冻土力学按 研究内容分成两类：即应用冻土力学与实验冻土力学。以室内实验为主的实验冻土力学从50 年代到∞年代．陆续系统地对冻土在不同负温、不同土性、不同初始含水量、不同荷载下的 强度与变形性质进行了实验研究，并提出了相应的实验拟合数学力学模型。其中．在不同研 究点上的代表性进展可大致归纳如下：吴紫汪、马巍对不同围压下冻土的三轴抗剪强度特性 做了系统实验研究，指出冻土的抗剪强度随围压增大而增大，与普通融土的强度性质相同， 但当围压大于某一极限值后，围压的继续增大则加速了空隙冰的压融，降低了冻土的粒间联 结强度．导致冻土弱化：朱元林、何平等对冻结粉土在往返荷载作用下的变形特性及不同动 载频率下冻土的强度特性进行了实验研究，发现冻结粉土在振动荷载作用下的破坏应变基本 与围压无关，其平均值约为相同条件下静载蠕变破坏应变的一半．冻土在振动荷载作用下的 蠕变破坏准则与静载下具有相同的形式，冻土在振动荷载作用下颗粒发生了明显的定向排列， 这是导致蠕交强度和破坏应变减小的主要原因；李洪升等对冻土的断裂特性进行了较系统的 实验研究。发现在一2℃～一lO℃温度范围内，置Ⅱc随温度的降低呈线性递增，在50N／s～100NA 加荷速率范围内，置¨c与加荷速率基本无关。盛煜等进行了冻土在变载和变温条件下的蠕变 实验研究后指出冻土在变应力过程中的蠕变破坏时间基本符合破损度线性累加原理，结合冻 土的长期强度曲线即可得到冻土在变应力过程中的长期破坏时间准则。俞祁浩耕等还对冻土 的抗冲击强度进行了试验研究。 为了进一步了解冻土的破坏机理与蠕变机制，苗天德等人根据冻土蠕变过程中微结构变 1)国家白端科学基金(N019772093)与中科院院长基金联音资助项目 2)西安理工夫学岩土所教授．1998年^造中科院“百^计划”．移至中科院寒隧旱区与环境工程研究所珠土工程国家重点实验宣 化的电镜观测结果．提出了冻土蠕变的微结构损伤理论；用冻土中含冰量、颗粒定向因子及 面积损伤因子等表征微结构变化的内变量函数构造了冻土蠕变耗散势：进而提出了冻土蠕变 的损伤演化方程。 2正冻土中的热质迁移理论研究 正冻土中的热质迁移根据其传导机理可分为热质的直接迁移与间接迁移。直接迁移主要 是在温度势作用下以热传导方式进行。有二个重要问题至今没能很好解决。一是冻土的复杂 的热传导系数的变化规律问题。冻土的土性、组构、相对密度、初始含水量、未冻水含量显 然与其熟传导系数有直接关系：研究人员正在持续不断地努力寻求一种描述冻土的热传导性 质变化机理与范围的综合理论模型来表述冻土的这种多相、多孔介质的热传导性质，以改变 传统的分别研究冻土中各独立相物质的热传导性来估算冻土的热传导性的半经验方法；然而 大部分已进行的实验均是在远远低于土中水冰点的低温下进行的．无法反映正冻土中水分相 变潜热和水分迁移引起的显热变化特性。 苗天德等在混合物理论基础上提出了正冻土中水热迁移耦台模型，推导出正冻土中考虑 未冻水迁移影响的非