易碎的冻土定义

图3.11。(一)细粒度的土壤和流变曲线(b - c)图变形的尸体:弹性(胡克定律),(b) (c)弹塑性;(d) non-linear-elastic (e)粘性(牛顿定律),(/)粘塑性的(宾汉定律),(g)非线性粘性)。

美信率”通常是应用的依赖。所指出的党卫军Vyalov(4),这似乎更加合理,因为有一个类比图变形的弹性和粘性的身体(图3.11),它允许应用程序粘度理论和塑性理论的粘性流动问题,前者即线性的和非线性的后者。这些解决方案,适当的假设,可以使用正式的变形值替换的速率年代= de / dx。

图形之间的依赖压力和稳定流动的速度称为流变曲线和被牛顿或宾厄姆的方程描述(图3.11 e, f)。然而,融化和冻结土壤细粒度的流变曲线更加复杂(图3.1拉)。这样的土壤在恒定流的速度超过临界crcr之后才开始。通常限制变形减弱。压力crcr < < 'cr时,流变曲线接近一条直线,即流在这段曲线发展常数最大粘度,称为Shvedov粘度:t] sh = (< 7 - < Jcr) / s = tan。当< r 'cr < <“^,出现另一个线性段冻土的流变曲线,在变形与常数最小粘度(流)时,称为宾厄姆粘度:t] h = (cr - < r怎样)/ E = tan“。因此,冻土的变形(流)在恒定速度有两个关键的粘度值,即f / sh粘度最高,这对应于一个几乎不受干扰的结构,和最低的rjb粘度,对应最终破坏土壤结构。

具体ice-cementing债券和低温材质和结构的基本发展的重要性在冻土流变过程。冻土由于变形位移个别土壤颗粒或微团聚体的相互关系发生在束缚水和冰的电影夹杂物划分;大多数的这些电影和夹杂物实际上是低强度的领域,即。“缺陷”冻土的身体。进一步发展的“缺陷”,他们转换为微裂隙或当地位错区,应该发挥主要作用在冻土破坏并导致削弱inter-particle interaggregate关系和当地一些地区结构强度较低。

在冻土当冰含量高,然后在不同类型的变形(剪切、压缩、扩展)瞬时和长期强度降低,达到临界强度的冰。因此,在长期变形位移的冻土地带,microdislocation或扩展,当地强度随时间应该减少由于迁移解冻的供应水和冰的增加内容。的方向形成冰microschlieren和土壤微团聚体的重新定位以及位移和microdislocation的飞机也导致减少阻力位错,紧张或压缩在当地冻土。这个过程会导致诸如unattenuating蠕变变形的发展,流或进步的蠕变,终止破坏土壤的连续性和稳定性。换句话说,一个负载恒定的时间会导致更大的变形由于冻土强度逐步减少。

并发进程的结构转变(削弱)缓慢变形冻土上面所描述的那样,counter-processes和事件发展。其中有“愈合”的结构性缺陷,微裂隙的关闭,减少interaggregate和总孔隙度、重排和密集的包装材料一样的粒子和聚合物,重建的关系和更大的分子和巩固附着力,等。这种组合的过程自然导致冻土的加强和减少变形。根据Vyalov轮n.a Tsytovich和其他研究人员的生成和发展流变过程(在冻土蠕变和应力松弛)是由两个并发counter-processes结构转换:加强和削弱。如果加强盛行,蠕变变形变弱。当削弱和加强变形是相互补偿,然后以恒定速率变形不断发展(粘塑性的流)。如果在加强削弱盛行,那么变形增加,unattenuating(进步)蠕变发展。

缓慢变形的特征和机制(蠕变)冻土是不同的在不同阶段的蠕变(图3.10 b)。在第一个不稳定阶段(衰减蠕变)只有很小的冻土结构的变化是观察,如inter-aggregate孔隙度较小,挤出空气,一定再分配的冰内容和水分,愈合的旧和新形成的结构缺陷,由于位移和密集的包装材料一样的粒子和聚合物,恢复旧的外观新粒子之间的关系。总的来说,冰冻的地面是加强和变形减弱。

第二阶段冻土的变形显示更大的结构性变化。聚合开始瓦解,落入片段,他们的基底飞机开始调整造成混乱的切向应力的方向向量或正常的压应力。这个过程的阻力降低冻土外加负载。破坏的结构性债券增加最弱的地区的冻土和结构性缺陷增加。在这种情况下,结构的生成过程,加强土壤下属。变形的主要角色在这个阶段属于解冻水迁移到脱臼或扩展应力集中的区域。在这个过程中,隔离的冰纹影,躺在飞机的位错(microdislocation)或紧张,鼓励滑动或断裂的材料和加速流动过程,从而逐步减少和定期的冻土电阻负载,即单调的放松和地面变形以恒定速率。

最后,一个足够长的应用程序负载创建地区地面最大冰内容,事实上一个冰的身体的属性而不是地面土壤夹杂物和冰。这种转换的冻土结构加强成为几乎不可能的。因此,变形过程通过渐进的阶段流终止用塑料稳定的土壤流失。

不仅负载效应的时期,而且其价值时,应该总是考虑冻土变形机理的分析。例如,蠕变曲线(图3.10)表明,随着外加负载的增加的面积恒定应变率逐渐消失被转化为进步的蠕变阶段。在高负载的影响在冻土解冻水迁移和冰内容再分配显然是微不足道的。

如果我们漠视有限的情况下,横向变形(三轴试验)或完全不可能横向变形(压缩)的冻土在外部载荷的作用下,地面的行为在所有其他情况下,即在位移、压缩和扩展(免费横向变形),将有很多相似的特性。各种各样的变形可能在这种情况下分为瞬时、长期和破坏性。冻土的瞬时变形弹性变形最实用的意义,和长期变形衰减蠕变和粘塑性的流动,在一定条件下退化成进步的流,从实用的角度来看是最重要的。在破坏性变形脆性变形通常被认为是重要的,因为他们破坏冻土的连续性,因此不可接受的塑料的形状发生变化,导致土壤的承载力和稳定性的丧失。这些变形密切相关的冻土抵制外部负载的能力,即电阻(瞬时和长期)压缩、扩展位错等。

冻土的长期变形是特别重要的在这两个理论(地质)和经济方面。这些变形发展自由变形的条件下,其中最长和最实际的意义是解决和恒应变率或粘塑性的流。蠕变曲线的压缩过程中,位错和扩展在整个一个类似的角色(所有三个阶段的蠕变和转换从一个阶段到下一个明确列出),区别只在于过程的定量属性。这些结论来自实验数据获得的党卫军Vyalov(4)冻土(图3.12),表明,在混乱和压缩的情况下,从衰减过渡到unattenuating蠕变发生在应力占25 - 50%的conventional-momentary冻土的强度,在载荷下的扩展,8 cmom的10%。不稳定流动阶段可以开发几个数百小时,期间长,舞台上的粘塑性的数千小时的流动,和进步的阶段流(直到毁灭的时刻)从几个到几百个小时,取决于外加负载的数量。

出于实用目的,成分的影响,低温结构和属性(包括冻土的温度)对长期变形是最大的利益。塑料冻粘质土壤解冻内容高的水和冰,负温度过高和aggrega-tional ice-aggregational类型的联系人,稳定流阶段可以持续很长一段时间,它进入的阶段进展或“世俗”在«0.1 - 0.5 cmom蠕变。固体冰和较低的冻土解冻含水量、负温度低,ice-crystalline,凝固和ice-coagulation联系人、衰减变形阶段

AAmm一

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图3.12。冻土蠕变曲线(4):(一)——粉质粘土(位错沿着圆柱杆冻结在t = -0.4°C);(b) -砂质粉土(设备上剪切位错在t = - 10°C);(c) -砂质粉土(单轴压缩t = - 20°c);(d) -多矿物粘土(单轴压缩在t = -20°C)。A / i =变形s =应变)。

图3.12。冻土蠕变曲线(4):(一)——粉质粘土(位错沿着圆柱杆冻结在t = -0.4°C);(b) -砂质粉土(设备上剪切位错在t = - 10°C);(c) -砂质粉土(单轴压缩t = - 20°c);(d) -多矿物粘土(单轴压缩在t = -20°C)。A / i =变形s =应变)。

通常占主导地位;它经常凌日立即(省略稳定流阶段)进步流阶段。进步在加载一个«0.5 - -0.7 amom变形发展,持续相对较短的时间和结果主要是脆性破坏。

冻土的变形与恒速阶段的粘塑性流动时可以追踪在流变曲线(s = f (a)) \这是由粘度系数t]。电影的出现解冻的水在土壤中是一个决定性因素在冻土蠕变的发展和粘度。根据附加说明Tsytovich(20),在实验在f = - 0.8°C,冻砂质粉砂质材料的粘度系数Wtot«rj x 1.9 x 10 npa年代19%;Wtot«冻粘土和28%,t]«0.9 x 10 npa s;这几乎是一个数量级小于纯冰的粘度系数,在t x - 0°C是rj x 1.2 x 10 npa。这些结果,显然,归因于这样一个事实:在该地区相当大的相变冻结粘土含有更多的水解冻,导致更大的流量相比,粘土砂质粉土和冰。出于这个原因,负温度下降,粘度的冻土。在这种情况下,冻土的粘度系数不是常数而是变形过程的特点,基本上都依赖以前的历史土壤的应力变形和变形的发展,的本质和类型的负载(压缩、位错、扩展扭力),加载应用程序的方法(单轴,diaxial或三轴测试)和加载条件。

冻土的行为在压缩和外部负载下三轴测试本质上不同于他们的行为条件下自由的横向变形。例如,蠕变变形(没有横向扩张的可能性冻结的材料)总是会衰减的影响下在压缩或定期持续负载分布在地面。如图所示,然而,由Brodskaya Vyalov Tsytovich,几乎所有的冻土,特别是土壤在高温或高含冰量,经历相当大的压缩载荷(致密化)时间。由于发生弹性形变和关闭空孔、裂纹和其它缺陷冻土和结果的低孔隙度有机无机骨架,解冻的水和冰是冻土撤离。实验研究表明,压实(整合)的冻土的发展本质上是与一些极其复杂的物理化学过程。最重要的是相变的冰变成结合水,迁移的水解冻,重新分配的冰含量的土壤和转换的微观结构,位错的粒子和聚合物,等。总的来说,压力传送给地面ice-saturated矿物骨架之间的分布,冰和水解冻,不同负载下的时间。因此,冻土的巩固和压缩很大程度上取决于他们的组成、低温结构、冰内容,与冰的充填程度毛孔,负温度和有效负载(图3.13)。

图3.13。(a)曲线的冻土的整合时间(b)压缩相同的冻土对各种载荷(负载增量为0.3 MPa): 1和2 -温度- 3°C和-1.5°C,分别;3 - 5 -多矿物粘土:3 - ice-saturated (G = 1);4 - (Z = 1.5%),加入的盐5 -不饱和与冰(G = 0.6)。

图3.13。(a)曲线的冻土的整合时间(b)压缩相同的冻土对各种载荷(负载增量为0.3 MPa): 1和2 -温度- 3°C和-1.5°C,分别;3 - 5 -多矿物粘土:3 - ice-saturated (G = 1);4 - (Z = 1.5%),加入的盐5 -不饱和与冰(G = 0.6)。

从地面交通解冻的水和疏散系统发挥重要作用在冻土压缩下的变形;由于这个过程总土壤水和冰含量减少。冻土的变形压缩压缩由于seepage-migration冻土中通常被称为初始整合,因为它假定变形后的最初阶段是最大的应用程序的负载。在时间的推移,其份额的总变形(稳定)冻土的整合变得越来越少。总的来说,seepage-migrational变形最大

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