考虑冰晶胶结特性的冰-冻土界面力学特性

摘要：

寒区多年冻土斜坡内部存在的下卧冰层对多年冻土斜坡稳定有着重要影响.为探究冰-冻土界面力学特性对斜坡稳定的影响,该研究以冰-冻土界面为研究对象,在低温环境(-3℃)下开展了不同冻土初始孔隙比和含水率下的冰-冻土界面及对应的冰-土颗粒界面直接剪切试验,建立了考虑冰晶胶结特性的冰-冻土界面非线性弹性损伤模型,结合试验结果对模型进行了验证,并分析了界面在剪切过程中切线刚度的变化规律.结果表明:冰-土颗粒界面的剪切应力表现为应变硬化特性,而冰-冻土界面的剪应力在峰值强度之后迅速下降,表现为应变软化特性.冰-冻土界面结构系数峰值点对应的剪切位移随着含水率的增大而增大,当冻土初始孔隙比为 1.0、0.8和 0.6,冻土初始含水率从 14%增大至18%时剪切位移分别增大了 32.7%、41.3%和 52.1%.在-3℃下,冻土的初始含水率越大,则界面处的胶结冰越多,黏聚强度对界面的抗剪强度贡献也就越大.当结构系数达峰值点后,界面开始产生损伤,并随着剪切位移的增加进入加速损伤阶段.剪切过程中界面的切线刚度呈先增大后减小的趋势,在结构系数峰值点处为 0,之后切线刚度随着剪切位移的增加逐渐减小.此外,界面的峰值切线刚度随着法向应力的增大而增大,当冻土初始孔隙比 1.0、初始含水率为 18%,法向应力从 50 kPa增大至 200 kPa时,则界面的峰值切线刚度增加了 63.7%.在冰-冻土界面力学模型中考虑冰晶胶结特性更加合理,研究结果可为寒区斜坡稳定性分析提供参考.

关键词：剪应力、结构系数、非线性弹性模型、冰-冻土界面、损伤、切线刚度、低温直剪试验

所属期刊栏目：39

分类号：TU752(建筑施工)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;黑龙江省重点研发项目

在线出版日期：2023-11-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：114-124