岩土高山冻土的性质
介绍
Arenson et al。(2007)提出的岩土性质的概述冻土和许多因素会影响冻土力学响应的土壤。冰和高空气过剩的高冰内容内容是经常发现在山区的土壤环境中,本节将重点介绍土壤与这些属性。Andersland和Ladanyi(2004)或每(2004)提出全面概述的其余部分冻结土壤的光谱。一个额外的概述在冻土土工技术最新进展提出了Springman和Arenson (2008)。
解冻的含水量
而水在大气压力下冻结在0°C,水在土壤孔隙在稍微冷结冰温度是影响土骨架。矿物学、粒子大小和孔隙水化学可能影响冰点和解冻温度低于0度,含水量液体,解冻冰和水共存(安德森和泰斯,1972;鱼,1985;威廉姆斯,1967;威廉姆斯,1967 b)。在山地环境中与粗粒土的,一般没有孔隙水盐度、解冻的水的量控制在2°C是微不足道的。估计解冻含水量,史密斯和泰斯(1988)和泰斯et al .(1976)提出以下关系。
吴= a-9p,吴被定义为水的重量除以土壤干重百分比表达,9是温度在摄氏度表示为正数零度以下,土壤和和P参数。砾石材料发现在山地环境中典型值= 2.1,P = -0.408(例如史密斯和泰斯,1988)。
一般土壤强度的考虑
冻土的强度是由土壤颗粒之间的相互作用类似于解冻土壤和冰的胶结作用矩阵。然而,力量属性矩阵的强烈非线性和温度-以及荷载和变形
率的依赖。一般来说,冰的强度随温度降低。在温度接近熔化条件下,土壤颗粒的比表面积影响相变。因为解冻水影响活化能(例如。巴恩斯et al ., 1971;鱼,1985),采用阿伦尼乌斯的方法来考虑温度的变化将是无效的温度接近熔点和不同的方法(例如Hivon和百合花,1995)应该被使用。
当冰内容各不相同,一个小强度的增加是指出大约40%的体积冰内容(Arenson Springman, 2005 b;Goughnour Andersland, 1968)。然而,研究表明,土壤颗粒分散在脏冰改变了失效机理,因此强度略低于纯冰(Arenson Springman, 2005 b;胡克et al ., 1972;Yasufuku et al ., 2003)。固体颗粒之间的结构性障碍,发生膨胀体积冰含量减少,显著增加强度和减少蠕变变形。在高相对土壤密度、强度的增加在同一土壤解冻状态可以量化为凝聚力在零压力(例如Arenson et al ., 2004;nat et al ., 2008)。然而,在非常大的压力,icebonding失败,摧毁的粘性效应和强度冻结的材料将类似的强度相当于土壤解冻。
孔隙体积应变行为也有重要影响。体积超过10%的菌株被记录在三轴压缩试验的轴向蠕变应变20%样品的初始空气含量25%。实验工作在冰川冰含气泡显示气泡的平均数量单位体积和平均单轴抗压强度负相关(Gagnon作假,1995)。
失败的加载制度进一步的改变机制,因此冻土的强度。快速加载的冰丰富材料或冰导致脆性破坏,而低应变率引发延性反应由蠕变变形。Arenson和Springman(2005)礼物的示意图表示这种行为(图3)。
加载速度(应变率)
图3。示例响应的函数加载速率和冰的内容。
冻土强度参数变化显著的和特定的实验室调查建议为特定问题。冻土的解冻的力量可以用作下边界假设冰的胶结作用不再是现在和允许(解冻)地下水的影响。
地面特征
岩石和土壤基础
一般来说,岩石地基冻土没有不同于其他岩石基础。因此冻土基岩和岩石墙壁只存在一个额外的风险当他们贴合和裂缝性和这些不连续满冰块。直接剪切试验和离心机造型在被冰块覆盖关节暗示的方向倾斜的联合飞机是合适的,陡峭的稳定性,有节的岩石边坡是由冰维护(戴维斯et al ., 2001;戴维斯et al ., 2000)。安全系数降低随着温度的增加,冰的熔点。这个假设意味着,有节的岩石边坡稳定当没有冰的关节,也是稳定关节冰在低温时,随着冰变暖可能变得不稳定。流程可以归因于胶结冰的强度和刚度降低,因为它温暖和水的存在,可能会减少块之间的有效应力(Gunzel, 2008)。格鲁伯和Haeberli(2007)表明,敏感性增强的蠕变温暖的冰可能造成落石活动增加在高海拔在欧洲在2003年的夏天。
因为冰岩的存在关节控制岩石的强度,它是至关重要的报告除了常见的岩体分类(例如伯聂乌斯基,1989)。
基金会在冻土具有挑战性,因为地面的力学性能随着温度的变化,冰按上述内容和加载制度的变化。蠕变变形提出了特别的挑战,需要特别注意在设计,因为他们可以影响一个工程结构的使用可靠性。
因此重要的是要正确地报告地面冰条件在土壤和岩石分类。各种冻土的异质性土壤需要一个适当的样本量的确定体积冰的内容取决于最大粒径对土壤或岩石的non-fissured长度(图4)。
冻土的蠕变和岩石关节
一旦发生蠕变冰土壤中存在过剩。在一个密集的土壤只冻结孔,结构障碍抑制任何蠕变变形。然而,对于低粒子内容矩阵可以变形和蠕变发生。甚至薄冰层,如从种族隔离的冰和岩石关节,足以引发蠕变变形。重要的是冰透镜识别判断地面的易感性蠕变运动甚至在冰内容较低的土壤和岩石。
对各种冻土的蠕变规律和特性提出了Andersland和Ladanyi (2004)。蠕变参数含冰的土壤也可以在Arenson和Springman发现(2005年)。
材料
岩石
土壤
弗罗斯特的敏感性:
岩石
裂缝性 |
完整的 |
|
非裂缝的长度(NFL)
霜冻敏感
土壤
霜冻敏感
无霜 |
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决定维度: 非裂缝的长度(NFL) Max。粮食 样本大小: Vol.冰内容:
图4。确定样本容量和体积冰内容粒度直径的函数和non-fissured长度对土壤和岩石。 |
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