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| 辽西地区风积土的强度、冻融特性及其分形性质的研究 |
| 张树光 |
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STUDY ON THE LODGING ENVIRONMENT OF DYNAM-RELAXED ROCK MASS AT DALIUSHU OF HEISHAN GORGE ON YELLOW RIVER
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摘要 冻土在我国分布面积很广，其研究一直是学术界的一个热点问题，关于冻土的研究，多数是涉及黄土、砂土和粘土，而对风积土的研究目前开展的还不多。针对辽西地区广泛存在的风积土的特殊性进行了大量系统的研究，主要研究工作体现在以下几个方面：
(1) 系统地研究了辽西地区风积土的物理性质：风积土的颗粒成分中细颗粒为主要颗粒，其结构相对致密，浸水后不具有明显的湿陷性，初步推断风积土易发生冻胀，且其粒度分布具有明显的自相似性。
(2) 通过对不同冻结温度和不同初始含水量的单轴强度试验，得出风积土的破坏形式和冻风积土单轴状态的应力-应变曲线；通过不同冻结温度、不同围压下的三轴强度试验和三轴蠕变试验，在理论分析的基础上，回归得出了冻风积土的三轴本构关系和三轴蠕变方程。
(3) 利用SYC-2型非金属超声波检测仪设计了动态损伤监测系统，获得了冻风积土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量等物理参数与声波参数的关系；实现了对冻风积土损伤的动态监测；基于损伤和分形理论建立了损伤变量和分形维数随应力变化的数学经验表达式。
(4) 进行了风积土在不同冻结温度、含水量、干密度等条件下的水分迁移试验，建立了水热耦合条件下水分迁移的数学模型，获得了试样的温度分布规律。水分迁移过程的扫描电镜微观分析表明：水分的迁移加剧了土颗粒的不均匀分布和团聚现象，土颗粒的不均匀分布和团聚又促成了水分迁移通道的形成，更有利于水分迁移。从水分迁移试验可以看出：在靠近冷端的一定深度内，冻结后的含水量并没有持续增加，反而有减小的趋势，在此称之为人工冻结试验的“顶端效应”，这一点在数值计算中是无法考虑的。
(5) 自行设计了风积土在水分、温度和荷载作用下的冻融试验系统，进行了封闭和敞开系统的冻融试验，结果表明：外界水的补给使得冻胀量增加，冻胀过程中的周期性或循环性更加明显，幅值的变化也更显著；在有外加荷载的情况下，融沉量的变化在整个过程中相对较平稳，由于外荷载对融沉和土颗粒重新调整的促进作用，初期的融沉发展速度要较无外加荷载时快，但最终的融沉值要较无外加荷载时小。
(6) 通过理论研究和试验分析，得出风积土的冻胀曲线具有良好的自相似性，即提出冻胀曲线具有分形特征，并基于分形理论建立了冻胀曲线的分形优化方法和在非等温条件下风积土冻胀量的预测方法。
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| 关键词 ：
土力学,
风积土,
强度,
水分迁移,
冻融特征,
分形性质
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收稿日期: 2004-09-14
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