取自煤矿井检孔的原状黏土,加工成准50 mm×100 mm标准试样,先分别在-5℃、-10℃、-15℃下进行单轴压缩试验获得单轴极限抗压强度,然后进行-5℃、-10℃、-15℃下蠕变荷载分别为0.3σs、0.5σs的单轴蠕变试验,最后将蠕变试验后的试样进行单轴压缩试验。结果表明:随着温度的降低,原状黏土的单轴抗压强度不断提高;原状黏土经受长期荷载后的单轴抗压强度有所降低,在-5℃降幅最大达到15%,且都是塑性破坏方式。

取自甘肃溏家河井筒的砂质粘土,配制NaCl含量为1%,含水率、含砂率不同的试样。研究了-15℃条件下含砂率和含水率对于砂土单轴强度的影响。结果表明:随着含水率的增加,砂土的单轴强度先增大,到达峰值后开始减小;随着含砂率的增加,砂土的单轴强度减小,较低含水率试样的单轴强度减幅大于较高含水率的,在含水率为10%时减幅为74.4%,在含水率为20%时减幅为56.6%。通过定义单轴强度影响因子,得出含砂率是影响人工冻结砂土的单轴强度的主要因素、含水率是次要因素的结论。

通过对泥浆制样法制备的冻结粉质砂土的单轴压缩试验,系统地研究了冻结砂土在一个宽泛应变率以及含水率范围内的单轴压缩破坏应变特性和线弹模量特性。结果表明:随着应变率的增加,当含水率为12.0%,破坏应变逐渐增大;当含水率在16.7%24.0%范围内时,破坏应变先增大后减小;当含水率大于等于30.6%时,破坏应变逐渐减小,3种情况下破坏应变最终都逐渐趋于稳定。破坏应变随含水率增加而先急剧增大到一个最大值,然后急剧减小,当含水率超过41.5%时,基本趋于冰的破坏应变。线弹模量先随着应变率的增大而非线性增大到一个最大值,然后应变率的继续增大使线弹模量逐渐减小,线弹模量与应变率的关系满足二次抛物函数规律。在温度为-2.0℃,应变率小于4.67×10-3 s-1的条件下,线弹模量随着含水率的增大而非线性增大,直至最后趋于冰的线弹模量;而在大于等于该应变率的条件下,随着含水率的增大,线弹模量先增大到一个最大值,然后减小趋于冰的线弹模量。当温度为-5.0℃时,类似的应变率临界值为1.00×10-2 s-1。

通过不同温度、不同加载应力作用下冻结兰州黄土、黏土、砂质黏土的蠕变试验,分析了蠕变曲线、初始应变、流变起始应变与流变起始时间、破坏应变与破坏时间及相对蠕变指标.结果表明:3种土质冻土的蠕变曲线变化规律大致相同,加载过程中,应变非线性增加,且加载应力越大、温度越高,初始应变越大;流变起始时间与破坏时间都与加载应力、温度有密切关系,加载应力越大、温度越高,越先出现流变和破坏.对于相同的土质,加载应力和温度对流变起始应变、破坏应变的影响不大;对于不同土质的初始应变、流变起始应变和破坏应变,都是黏土最大、砂质黏土次之、兰州黄土最小.3种土质冻土的初始加载段和非稳定蠕变段所占的时间较短,但产生的应变却较大;同时,温度越高,相对流变时间越短、相对破坏时间越长,说明非稳定蠕变阶段所占的时间随温度的升高而变短、稳定蠕变阶段所占的时间随温度的升高而变长.

对-1℃的冻土试样在频率为3,5,8 Hz的循环荷载下进行了单轴压缩试验,探讨了冻土在循环荷载下的累积变形和动强度。结果表明:循环荷载作用下冻土的累积变形大小由加载的最大动应力大小决定,同一频率下加载的最大动应力越大,相同循环次数时的累积应变越大;根据加载的最大动应力的大小,累积应变与循环次数的关系曲线可表现为破坏型、稳定型和过渡型3种形态之一。加载频率对冻土累积应变的影响规律复杂,且受加载的最大动应力影响;当最大动应力较小时,频率的影响不明显;当最大动应力比较适中时,大体上频率越高,累积应变越大;当最大动应力比较大时,频率越高,累积应变越小。在3%,5%和10%的破坏应变下,频率为8 Hz时冻土的动强度最大,而3 Hz和5 Hz的动强度比较接近。

通过模拟人工冻结凿井中冻土冻结、受力的实际过程 ,对已冻结试样进行不同温度、不同初始围压状态下的减载试验研究 .结果表明 :温度和土层深度是影响深部冻土破坏强度和破坏应变的主要因素 ,当温度不变时 ,破坏强度和破坏应变随初始围压呈线性关系变化 .破坏强度受温度的影响取决于初始围压 ,在低初始围压状态下 ,冻土的破坏强度受温度变化影响不明显 ,但随着初始围压增大即土层深度加深 ,破坏强度受温度的影响也逐渐明显 .破坏应变随温度的降低而逐渐减小 ,且呈双曲线形变化 ,但当温度低于 - 7℃时 ,在不同初始围压下其破坏应变基本不随温度的变化而变化