冻结砂土的损伤试验研究.pdfVIP

第 3O卷 第2期 冰 川 冻 土 Vo【_3O No．2 2 0 0 8年4月 JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY 文章编号：1000—0240(2008)02—0306—07 冻结砂土的损伤试验研究 金 龙 ， 赖远明 ， 高志华 ， 李双洋 (1．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000 2．长安大学 建筑工程学院，陕西 西安 710061) 摘 要：任何数值的荷载，都会导致冻土内部冰体塑性流动和冰晶体在土体内的重新定向，以及土颗 粒的重新排列．这几方面的因素会使冻土产生微结构的损伤，同时表现出明显的各向异性．基于损伤 力学理论，推导出冻土的各向异性损伤变量的表达式，利用一6℃冻结砂土的常规三轴试验数据，获得 损伤变量的变化曲线。结果表明：损伤变量随应变的增大而增大，呈现出双曲线的变化规律；径向损 伤大于轴向损伤；围压有助于冻土结构的强化，减少冻土结构的损伤量．这些规律为利用损伤力学理 论建立冻土的损伤本构关系提供了依据． 关键词：冻结砂土；损伤；横观各向同性；变化规律 中图分类号：P642．14 文献标识码：A 量，建立了内变量演化方程及冻土蠕变的一般损伤 0 引言 理论．He Ping等u 2】基于各向同性损伤假设，依据 冻土是由岩土颗粒、冰、未冻水和空气组成复 热力学原理，并引用损伤力学理论，分析了冻土所 合介质，它与融土的本质区别是冻土中冰的存在， 具有的粘弹塑力学性质以及围压的强化弱化双重性 土冻结后强度将提高很多倍，其中主要依赖于冻土 质；李栋伟等L1卜H 以冻土试验为基础，提出了冻粘 粘聚力的大幅度提高，而冻土的粘聚力主要受冰控 土服从DP屈服准则的粘塑性损伤变量，研究了冻 制[I--2]．对冻土施加荷载后，将导致内部冰体的塑 土粘弹塑性损伤耦合本构关系． 性流动，冰晶体的重新定向，以及土颗粒的重新排 在荷载的作用下，土体将会发生微结构的损 列，从而使冰的粘聚力下降，在土体内将会产生微 伤L1 ，同时，会使冰晶体产生明显的各向异性，特 裂纹，随着荷载的增大，最终导致土体的破坏．这 别是在塑性状态L2]．因此，如何正确的选用损伤变 一 过程，可以看作是冻土体内部的损伤产生和发展 量，成为建立损伤本构模型的关键．本文试图通过 的过程． 分析冻结砂土的常规三轴试验数据，利用损伤力学 损伤理论，是将固体物理学、材料强度理论和 理论推导出冻结砂土的各向异性损伤变量的表达 连续介质力学统一起来研究材料的本构关系，解释 式，做出其变化规律曲线，为以后利用损伤力学理 材料的破坏机理，预估其剩余寿命_3 ]．国外一些 论建立冻土的损伤本构关系提供依据． 学者不断完善发展了损伤力学理论L5 ]，而目前国 1 试验描述及分析 内外对于土的损伤理论研究较少，沈珠江L8]和赵锡 宏等 。 做了一些这方面的研究．维亚洛夫等 o]在 本试验选用的土样为青藏线砂土，其颗粒成分 试验基础上引入了定性表征冻土微结构损伤的初步 如表 1．试验时将砂土击实到一定的干重度，制备 概念；苗天德等L1 在蠕变试验和微结构观测研究 成直径为61．8 mm，高度125 mm$Ji~f4，抽