易碎冻土定义
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- 图3.11。(a)细粒土流变曲线和(b - c)体变形图:(b)弹性(胡克定律)，(c)弹塑性;(d)非线性弹性，(e)粘性(牛顿定律)，(/)粘塑性(宾汉姆定律)，(g)非线性粘性。
通常采用“信息速率”依赖关系。正如S.S. Vyalov(4)所指出的那样，这似乎更合理，因为弹性体和粘性体的变形图之间有相似之处(图3.11)，这使得粘性流动问题可以应用粘性理论和塑性理论，即前者是线性的，后者是非线性的。这些解，在适当的假设下，可以用它的速率s = de/dx来代替变形值s。
应力与定常流速之间的图形关系称为流变曲线，用牛顿或宾汉姆方程来描述(图3.11e,f)。然而，对于解冻和冻结的细粒土，流变曲线更为复杂(图3.1 la)。只有在超过临界crcr后，这种土壤才会以恒定速率开始流动。在达到这个极限之前，变形通常会减弱。当应力crcr 特定的冰胶结键和低温结构对冻土流变过程的发展至关重要。由于单个土壤颗粒或微团聚体相互之间的位移，冻土的变形发生在结合水的薄膜和将它们分开的冰包裹体中;这些薄膜和夹杂物实际上大多是强度较低的区域，即。冻土体内的“缺陷”。“缺陷”的进一步发展，并转变为微裂纹或局部位错区，应该在冻土破坏中起主要作用，并导致颗粒间和团聚体间的联系减弱，并降低某些部分的局部结构强度。 当冻土含冰量较高时，在不同变形类型(剪切、压缩、拉伸)的过程中，瞬时强度和长期强度均降低，达到冰的临界强度。因此，在位移、微位错或伸展带的冻土长期变形过程中，由于迁移的未冻水的供应和冰含量的增加，局部强度应随时间而减小。形成冰微纹的方向和土壤微团聚体沿位移面和微位错面重新定向也会导致冻土局部抗位错、抗拉或抗压能力的降低。这一过程导致了非衰减蠕变、流动或渐进蠕变等变形的发展，最终破坏了土壤的连续性和稳定性。换句话说，由于冻土强度的逐步降低，在时间上恒定的荷载会引起更大的变形。 在上述冻土缓慢变形过程中，与结构转变(弱化)过程同时发生的还有反过程和事件。其中包括结构缺陷的“愈合”、微裂缝的闭合、骨料间孔隙度和骨料孔隙度的减少、地面颗粒和骨料的重新排列和更密集的填充、纽带的重新建立以及更大的分子和胶结性等。这些过程的结合自然地导致冻土的加固和变形的减少。根据S.S. Vyalov, N.A. Tsytovich等研究者的研究，冻土中流变过程(蠕变和应力松弛)的产生和发展是由结构转变的两个并行反过程:加强和削弱决定的。如果加固占优势，则蠕变变形减弱。当弱化变形和强化变形相互补偿时，则变形以恒定速率连续发展(粘塑性流)。如果弱化压倒了强化，那么变形就会增长，不衰减(渐进)蠕变就会发展。 冻土在不同蠕变阶段的缓慢变形(蠕变)特征和机理不同(图3.10b)。在第一个不稳定阶段(衰减蠕变)，只能观察到冻土结构的微小变化，例如团聚体间孔隙度减小、空气被挤压、冰含量和水分的一定重新分配、结构中新旧形成的缺陷的愈合，以及由于地面颗粒和团聚体的位移和更密集的堆积，颗粒之间旧的联系恢复和新联系的出现。总的来说，冻土是加强和变形衰减。 变形的第二阶段在冻土中表现出较大的结构变化。骨料开始崩解成碎片，其基面开始向错位切向应力矢量方向或向压应力方向重新定向。这一过程降低了冻土对施加荷载的阻力。在冻土最薄弱的区域，结构粘结破坏增加，结构缺陷增加。在这种情况下，加固土壤的结构的形成过程是次要的。这一变形阶段的主要作用是未冻水向位错或扩展应力集中区运移。在这一过程中，偏析的冰纹沿位错面(微位错面)或张力面，促进了材料的滑动或断裂，加速了流动过程，导致冻土对载荷的抗力逐渐有规律地降低，即地面以恒定速率单调松弛和变形。 最后，在足够长的载荷作用下，地面上产生了冰含量最大的区域，实际上是一个含有土壤包裹体的冰体，它的性质不是地面，而是冰。随着冻土结构的这种转变，其加固几乎不可能。因此，变形过程进入递进流动阶段，以土体稳定性的塑性损失为终点。 在分析冻土变形机理时，不仅要考虑荷载作用的时间范围，而且要考虑荷载作用的大小。例如，蠕变曲线(图3.10a)表明，随着施加载荷的增加，恒定变形率区域逐渐消失，进入渐进蠕变阶段。在高荷载作用下，冻土中未冻水的迁移和冰含量的再分布明显不显著。 如果我们忽略外部荷载作用下冻土的有限横向变形(三轴试验)或完全不可能横向变形(压缩)的情况，那么在所有其他情况下，即在位移、压缩和拉伸期间(具有自由横向变形)，地面的行为将具有许多类似的特征。在这种情况下，各种变形可以分为短暂的、长期的和破坏性的。在冻土的瞬时变形中，弹性变形具有最重要的实际意义，而在长期变形中，衰减蠕变和粘塑性流动(在一定条件下退化为渐进流动)从实际角度来看最重要。在破坏性变形中，脆性变形通常被认为是重要的，因为它破坏了冻土的连续性，从而发生不可接受的形状塑性变化，导致土壤承载力和稳定性的损失。这些变形与冻土抗外界荷载的能力密切相关，即抗压缩、拉伸、位错等(瞬时和长期)能力。 冻土的长期变形在理论(地质)和经济方面都具有特别重要的意义。这些变形是在自由变形条件下发生的，其中时间最长、最具实际意义的是恒定变形速率的沉降流或粘塑性流。压缩蠕变、位错蠕变和拉伸蠕变曲线总体上具有相似的特征(蠕变的三个阶段以及从一个阶段到下一个阶段的过渡都被清晰地描绘出来)，区别只是过程的定量性质。这些结论来自S.S. Vyalov(4)对冻土的实验数据(图3.12)，表明在位错和压缩情况下，从衰减蠕变到不衰减蠕变的转变发生在应力占冻土常规瞬时强度的25-50%，在载荷作用下的拉伸情况下，从衰减蠕变到不衰减蠕变的转变为cmom的8 - 10%。不稳定流动阶段可能持续数百小时或更长时间，粘塑性流动阶段可能持续数千小时，渐进流动阶段(直到破坏时刻)可能持续数小时至数百小时或更长时间，这取决于施加的载荷量。 实际上，构图的效果，低温结构冻土在长期变形中的性质(包括温度)是最令人感兴趣的。在非冻水和冰含量高、负温度高、具有聚合和冰-聚合接触类型的塑性冻结粘土中，稳定流动阶段可以持续很长时间，并在«0.1 - 0.5 cmom进入渐进或“长期”蠕变阶段。在含冰量和未冻水量低、负温度低、冰晶接触、混凝接触和冰-混凝接触的固体冻土中，变形衰减阶段为a AAmm一 AAmm 图3.12。冻土蠕变曲线(4):(a) -粉质粘土(沿t = -0.4°C冻结的圆柱形棒位错);(b) -砂质粉砂(t = - 10°C时剪切装置位错);(c) -砂质粉砂(t = - 20°c时单轴压缩);(d) -多矿物粘土矿(t = -20°C时单轴压缩)。A/i =变形，s =应变)。 图3.12。冻土蠕变曲线(4):(a) -粉质粘土(沿t = -0.4°C冻结的圆柱形棒位错);(b) -砂质粉砂(t = - 10°C时剪切装置位错);(c) -砂质粉砂(t = - 20°c时单轴压缩);(d) -多矿物粘土矿(t = -20°C时单轴压缩)。A/i =变形，s =应变)。 通常占主导地位;它经常立即过渡(省略稳定流动阶段)到渐进流动阶段。渐进式变形在«0.5-0.7 amom的载荷下发展，持续相对较短的时间，并导致大部分易碎破坏。 冻土在恒速率粘塑性流动阶段的变形可以很好地反映在流变曲线上(s =f(a))\由粘度系数t决定。土壤中膜状未冻水的存在是冻土蠕变和黏度发展的决定因素。根据N.A. Tsytovich(20)，在f = - 0.8°C的实验中，Wtot«19%冻结砂质粉质材料的粘度系数为rj x 1.9 x 10nPa s;在冻结粘土中Wtot«28%，t]«0.9 x 10nPa s;这几乎比纯冰的粘度系数小一个数量级，纯冰的粘度系数在t x - 0°C时为rj x 1.2 x 10nPa s。显然，这些结果可以归因于这样一个事实:在相当大的相变区域，冻结粘土含有更多的未冻结水，这导致粘土比砂质淤泥和冰的流速更大。因此，当负温度下降时，冻土的粘度就会增加。在这种情况下，粘度系数不是冻土的常数，但它是变形过程的特征，基本上取决于土壤应力变形的历史和变形发展的性质，以及荷载的种类(压缩、错位、伸展、扭转)和荷载施加的方法(单轴、双轴或三轴试验)和加载条件。 冻土在压缩和三轴试验外荷载作用下的行为与自由横向变形条件下的行为有本质区别。例如，蠕变变形(没有横向膨胀的可能性)冻结的材料)在受压或在地面上有规律分布的连续荷载作用下，会不断衰减。然而，正如Brodskaya, Vyalov和Tsytovich所表明的，几乎所有的冻土，特别是高温或含冰量高的土壤，在荷载作用下随着时间的推移会经历相当大的压缩(致密化)。这是由于冻土中空孔、裂缝和其他缺陷的弹性变形和闭合造成的，也是由于冻土孔隙率较低的结果有机无机骨架，当未冻结的水和冰从冻土中排出时。实验研究表明，冻土的压实(固结)与几个极其复杂的物理化学过程的发展有着内在的联系。其中最重要的是冰向结合水的相变、未冻结水的迁移、土壤中冰含量的重新分配和微观结构的转变、地面颗粒及其团聚体的错位等。总体而言，传递到饱和冰地面的压力分布在矿物骨架、冰和未冻结的水之间，它们在荷载作用下随时间的变化表现不同。因此，冻土的固结和压缩在很大程度上取决于其组成、低温结构、含冰量、孔隙中冰的填充程度以及负温度和主动荷载(图3.13)。 图3.13。(a)冻土固结随时间变化曲线(b)同一冻土在- 3°C和-1.5°C条件下不同荷载(荷载增量为0.3 MPa)下的压缩值分别为1和2 -;3 - 5 -多矿物粘土:3 -冰饱和(G = 1);4 -加盐(Z = 1.5%)， 5 -不饱和加冰(G = 0.6)。 图3.13。(a)冻土固结随时间变化曲线(b)同一冻土在- 3°C和-1.5°C条件下不同荷载(荷载增量为0.3 MPa)下的压缩值分别为1和2 -;3 - 5 -多矿物粘土:3 -冰饱和(G = 1);4 -加盐(Z = 1.5%)， 5 -不饱和加冰(G = 0.6)。 未冻水的运移和从地面系统中排泄是冻土受压变形的重要原因;这一过程的结果是土壤中总水和冰含量减少。冻土中由于渗透迁移引起的压缩压实变形通常称为初始固结，因为假定在施加荷载后的初始阶段变形最大。随着时间的推移，其在冻土固结总(稳定)变形中的份额越来越小。总体上以渗流-迁移变形为主 继续阅读:低温结构的基本类型 这篇文章有用吗?
