论文分享：冰-冻砂界面试验及冰结构对冻土试样影响研究

研究内容

冻土的使用性能是人工地面冻结工程设计和安全性评估需要考虑的重要因素之一。对含冰冻土进行了剪切试验，评估了土体性能和冰—冻土界面损伤特征。在试验结果的基础上，采用有限-离散元法对含冰冻土的损伤进行了数值研究。试验和数值结果表明，温度、法向荷载和含水量是影响冰—冻土界面力学性质的主要因素，分析讨论了这些参数对抗剪强度、剪切模量、黏聚力和内摩擦角的影响规律。随着温度的降低，冰—冻土界面由延性向脆性转变，且转变发生在较高温度下，土体含水量较高。由于冰和砂的刚度不同，冰—冻砂界面首先出现断裂。在持续荷载作用下，损伤的具体形式和最大承载力随最大剪应力区的位置以及土体中冰的存在而变化，研究结果为人工冻土工程项目的设计与安全评估提供了宝贵的理论依据。

图1 低温直剪试验装置示意图及剪切试验台和试件冰-冻砂界面

图2 含水率(w)为10%时不同温度下的剪切位移与剪切力

图4 纯冻土试件（A）和含冰冻土试件（B1-3）的裂缝发展情况

图5 数值试验中冰结构形态对最大承载力的影响。示意图显示了B1-4在试验不同阶段的裂纹发展情况。