冻结作用下粉土-混凝土接触面抗拉强度试验研究

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0034

冻结作用下粉土-混凝土接触面抗拉强度试验研究

高晓静^,¹^,², 孙铁成^,¹^,², 李晓康¹^,², 廖一鸣¹^,²

1.石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室, 河北石家庄 050043

2.石家庄铁道大学土木工程学院, 河北石家庄 050043

Experimental study on tensile strength of silt-concrete interface under frost action

GAO Xiaojing^,¹^,², SUN Tiecheng^,¹^,², LI Xiaokang¹^,², LIAO Yiming¹^,²

1.State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043，China

2.School of Civil Engineering，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043，China

通讯作者: 孙铁成，教授，从事冻土力学、地下和岩土工程研究. E-mail： sjz_sti@stdu.edu.cn.

编委: 庞瑜

收稿日期: 2019-09-25 修回日期: 2020-01-06

基金资助:

河北省自然科学基金项目. E2015210006

Received: 2019-09-25 Revised: 2020-01-06

作者简介 About authors

高晓静（1995-），女，河北石家庄人，2016年在河北大学工商学院获学士学位，现为石家庄铁道大学在读硕士研究生，从事冻土力学、岩土工程研究.E-mail：Gxj050195@163.com , E-mail：Gxj050195@163.com

摘要

为探究冻结作用下土与结构接触面抗拉强度的影响因素及变化规律，开展了冻结状态下多种含水率、温度及干密度的粉土-混凝土接触面抗拉强度正交试验研究。试验结果表明：在试验温度下，粉土-混凝土接触面的冻结抗拉强度约为饱和黄土的1/10，粉质黏土的1/10 ~ 1/7；含水率对接触面的冻结抗拉强度影响最大，其次是温度、干密度；在试验含水率范围内，接触面的冻结抗拉强度与含水率正相关；温度降低会增大接触面冻结抗拉强度，在-2 ℃至-6 ℃，冻结抗拉强度迅速增长，在-6 ℃以后，冻结抗拉强度的增长速率显著减小。结果证明：低温、高含水率、低干密度条件下，接触面冻结抗拉强度达到最佳；三种因素对接触面冻结抗拉强度具有不同的影响程度，其中含水率、温度影响显著，干密度影响不显著；在试验含水率区间内，接触面冻结抗拉强度随含水率增长呈线性增长态势，且含水率、温度之间存在交互作用；随温度降低，存在一临界负温，接触面冻结抗拉强度由迅速增长转为缓慢增长。

关键词： 冻结作用 ; 粉土-混凝土接触面 ; 抗拉强度 ; 正交试验

Abstract

In order to explore the influencing factors and changing laws of the frozen tensile strength of soil-structure interface under freezing action， orthogonal test study on frozen tensile strength of silt-concrete interface under various moisture， temperature and dry density conditions was carried out by a self-developed test device. The test results show that under frost action， the tensile strength of silt-concrete interface is about 1/10 of the saturated loess， and 1/10 - 1/7 of the silty clay； the moisture has the greatest influence on the frozen interface tensile strength， followed by temperature and dry density. In the test moisture range， the interface tensile strength is positively correlated with the moisture. When temperature decreases， the interface frozen tensile strength increases rapidly between -2 ℃ and -6 ℃， and the growth rate decreases significantly after -6 ℃. The results show that the interface frozen tensile strength is optimal under low temperature， high moisture and low dry density； the test factors have different influence degree on the frozen tensile strength， and the water content and temperature have significant influence while the effect of dry density is not significant； in the test moisture range， the interface frozen tensile strength is positively correlated with the increase of moisture， and there is interaction between moisture and temperature； with the decrease of temperature， there is a critical negative temperature where interface frozen tensile strength changed from rapid growth to slow growth. The "critical negative temperature" phenomenon in the process that frozen interface tensile strength changes with temperature was discussed from the perspectives of unfrozen water content and moisture migration.

Keywords： frost action ; tensile strength ; silt-concrete interface ; orthogonal test

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本文引用格式

高晓静, 孙铁成, 李晓康, 廖一鸣. 冻结作用下粉土-混凝土接触面抗拉强度试验研究[J]. 冰川冻土, 2020, 42(2): 499-507 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0034

GAO Xiaojing, SUN Tiecheng, LI Xiaokang, LIAO Yiming. Experimental study on tensile strength of silt-concrete interface under frost action[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2020, 42(2): 499-507 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0034

0 引言

中国国土面积约有53.5%的地区属于季节冻土区^［1］，季节冻土是指寒季冻结暖季全部融化的土层^［2］。对于季节冻土来说，冻胀破坏是该地区建筑物破坏的主要原因^［3］。寒区桩基础的存在会使原有冻土的冻胀受到限制，从而导致冻土对桩基础产生切向冻胀力，造成桩基产生冻拔现象，危害着寒区构筑物的稳定性^［4-5］。如何选取及控制切向冻胀力是冻土区桩基础实践中亟待解决的问题^［6］。

截面为上小下大的斜面基础，对削弱切向冻胀力的作用较为明显^［7］，其在桩基础中的表现形式为锥形桩。相对于其他异型桩，锥形桩具有从根本上削减切向冻胀力的作用^［8-10］。目前，专家学者们普遍认为，在土体冻胀过程中，锥形桩基础受到的力可分解为沿基础斜边方向的切向冻胀力和沿基础斜边法线方向的正压力。随着冻深发展，正压力逐渐转变为拉力，当其达到抗拉强度极限时，桩侧将与土体产生裂隙，从而使切向冻胀力无法作用到桩身，进而桩身冻拔得以控制^［7］。因此，桩-土抗拉强度是锥形桩切向冻胀力发展的控制因素之一。

目前，学者们对于冻土抗拉强度测试的必要性已经形成共识^［11］，也取得了一些进展。沈忠言等^［12-16］总结了国内外冻土抗拉强度试验方法，采用径向压裂法进行了冻土的抗拉强度研究。彭万巍^［17］对饱和冻结黄土进行抗拉强度试验，分析了冻土极限抗拉强度随应变率和温度变化的响应规律。陈有亮等^［18］得出冻土在拉应力作用下的破坏模式为脆性断裂，抗拉强度随加载速率的增加而增加，其受拉时的强度及变形能力均小于受压时。胡坤等^［19］对青藏高原高温冻土进行巴西劈裂试验，发现高温冻土抗拉强度随温度降低而增大，且增长速率先快后慢，并提出了抗拉强度随温度变化的拟合函数。Akagawa等^［20］通过改进试验装置进行冻土抗拉强度试验，并建立了土体冻结后抗拉强度显著增大的模型，认为孔隙冰结构对冻土抗拉强度有主要贡献。Zhou等^［21］针对高温冻土抗拉强度进行一系列试验研究，发现孔隙冰含量及孔隙冰强度决定了冻土的抗拉强度，其对冻土的抗拉强度贡献约为95%。Zhao等^［22］进行了冻土抗拉强度与冻温及含水率关系的试验研究，建立了抗拉强度与冻结温度和含水率之间的数学模型。

在冻土与结构冻结抗拉强度方面，丁靖康等^［23］指出，冻土与基础界面间的冰胶结黏连导致冻土与基础间存在冻结抗拉强度，其值与含水量、温度、荷载作用时间、基础材料及表面粗糙程度有关。然而，关于冻土与结构接触面冻结抗拉强度影响因素及变化规律的进一步研究，则鲜有报道。

桩基础与冻土的抗拉强度作为锥形桩切向冻胀力消失的控制值，在冻结作用下锥形桩-土相互作用研究中具有重要意义。本文采用自行设计的试验装置对冻结作用下粉土-混凝土接触面进行抗拉强度试验，研究冻结作用下土与结构接触面冻结抗拉强度的影响因素及变化规律，以便为冻结作用下桩-土相互作用模型的建立和切向冻胀力的计算提供参数，并基于试验结果讨论了锥形桩设计中切向冻胀力的取值与防控问题。

1 试样制备和试验方法

1.1　试样制备及试验装置

粉土具有较强的冻胀敏感性，这一特征可凸显试验各因素对接触面抗拉强度的作用效果，便于定量分析各因素影响程度及其主次关系。因此，试样采用粉土制备，其基本物理性质参数见表1。

表1 土样基本物理性质参数

Table 1 Basic physical properties of the soil samples

土类	塑限/%	液限/%	最优含水率/%	最大干密度 /（g·cm^-3）	冻结温度/℃	不同粒径粒度分布/%
土类	塑限/%	液限/%	最优含水率/%	最大干密度 /（g·cm^-3）	冻结温度/℃	>1 mm	1 ~ 0.25 mm	0.25 ~ 0.075 mm	<0.075 mm
粉土	15.9	23.4	16.5	1.9	-0.23	3.18	19.93	21.72	55.17

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本试验采用直径61.8 mm、高10.0 mm的圆柱形水泥砂浆试块模拟混凝土结构，水泥砂浆试块的配比为水∶灰∶砂质量比为1∶1∶3。经过前期反复试验发现该配比的水泥砂浆试块与粉土具有较好的冻结效果，有助于形成冻结强度。以往研究表明，土与基础接触面的冻结强度受基础粗糙度影响^[24]，故本试验需统一各试样混凝土粗糙度，以避免试样粗糙度差异引起试验结果的误差。为控制混凝土试样的粗糙度，对混凝土试样采用集中预制。在试样制备过程中，对水泥砂浆进行充分搅拌，采用相同的模具，之后置于相同的环境下养护，脱模完毕后统一采用50目砂纸对表面进行打磨。

借鉴冻土抗拉强度测试方法中的直接拉伸法测试冻土-基础面冻结抗拉强度^［17］，试验装置如图1所示。通过预试验发现，直径40 mm、高30 mm的圆柱形粉土试样与混凝土试块形成的接触面具有较好的试验效果，能够使粉土-混凝土接触面破坏时的总拉力控制在试验装置各部分的承载能力之内。采用下半部可拆卸的圆柱形有机玻璃桶作为土样击实模具，利用带有加载挂钩的底座与土样另一端胶结固定，以向接触面传递拉力。为了防止冻土与外部玻璃桶产生相对位移，在外部玻璃桶内表面加工了若干刻槽，以增大冻土与外部玻璃桶的咬合力。采用应变控制式直剪仪对土样施加匀速拉伸位移，利用拉力传感器实时测定试验过程中接触面拉力并换算为拉应力。为了保证拉应力均匀施加于接触面，在每组试验前，利用重垂线法对直剪仪进行定位，保证滑轮-加载挂钩-拉力传感器位于同一重垂线上，防止试样偏拉。采用高低温交变试验箱（控温精度±0.1 ℃）对试样进行恒温冻结，采用高低温交变试验舱提供试验环境温度（控温精度±0.5 ℃），控温装置见图2。

图1

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图1 粉土-混凝土接触面冻结抗拉强度试验装置（单位： mm）

Fig.1 Schematic diagram of frozen tensile strength test device for silt-concrete interface （unit： mm）

图2

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图2 试验控温装置

Fig.2 Photos showing the temperature control devices：High and low temperature alternating test box （a） and high and low temperature alternating test chamber （b）

试样制备过程参考《铁路工程土工试验规程 TB 10102-2010》，采用击实法进行。首先，在预制水泥砂浆试块上放置土样模具，向模具内填充预先配置的指定含水率的粉土，并保证其位于水泥砂浆试块中心。随后，采用干密度控制法对土样分三层击实，形成粉土-混凝土接触面。最后，拆除下半部模具，并在土样上端采用环氧树脂胶固定底座，使其与土样及模具胶结，则粉土-混凝土试样制备完成。制样完成后，将试样整体经保鲜膜包裹处理后静置12 h，为环氧树脂胶提供足够硬化时间。最后将包裹试样置于高低温交变试验箱中以试验设定温度冻结48 h，使粉土-混凝土接触面形成冻结抗拉强度。制备完成的试样如图3（a）所示，试样破坏形态如图3（b）所示。由图3（b）可见，试样在粉土-混凝土接触面处首先断开，接触面处土样具有肉眼可见的冰胶结体。

图3

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图3 接触面冻结抗拉强度试样

Fig.3 Photos showing the frozen tensile strength specimen of contact surface （a） and failure pattern of frozen tensile strength specimen at contact surface （b）

1.2　试验方法

选取工程中常见的温度、含水率和干密度三个条件作为试验因素，采用正交试验方法，研究其对粉土-混凝土接触面冻结抗拉强度的影响规律，并分析各因素的作用水平，正交试验因素水平见表2。试验选取五因素四水平正交表L16（4⁵），其中两空白列作为误差列，用于定量分析各因素对试验结果的影响程度。为了尽可能地消除试样扰动、温度波动等客观误差，每种试验条件进行两次抗拉试验，取两次试验的平均值作为该条件下的接触面冻结抗拉强度。

表2 正交试验因素水平表

Table 2 Orthogonal test factor level table

水平	温度A/℃	含水率B/%	干密度C/（g·cm^-3）
1	-2	13	1.6
2	-4	16	1.65
3	-6	18	1.7
4	-10	20	1.75

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本试验参数的选取及参考依据如下：

（1）试验中粉土含水率设于土样最优含水率附近，以饱和含水率为上限，结合液性指数，使土样尽可能广泛地代表土的软硬状态，分别取为13%、 16%、 18%和20%；

（2）为避开冻土力学特性的温度不稳定区，并保证试验装置在低温条件下的精度，结合季节冻土区地温分布规律，试验温度梯度取为-2 ℃、 -4 ℃、 -6 ℃、 -10 ℃；

（3）土体干密度以最大干密度及试验的可操作性为依据，分别取为1.6 g·cm^-3、 1.65 g·cm^-3、 1.7 g·cm^-3、 1.75 g·cm^-3；

（4）通过预实验发现，在一定拉伸速度内，抗拉强度与拉伸速度成正相关，如图4所示。为测得抗拉强度的极限值，位移施加速率取为2.4 mm·min^-1。

图4

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图4 接触面冻结抗拉强度随拉伸速度变化情况

Fig.4 Interface frozen tensile strength as a function of tensile speed

2 试验结果分析

2.1　接触面与冻土抗拉强度比较

冻结作用下粉土-混凝土接触面冻结抗拉强度试验共进行16组有效试验，试验用正交表及试验结果列于表3。

表3 试验用正交表及试验结果

Table 3 Orthogonal test results

试验编号	温度A/℃	含水率B/%	干密度C/（g·cm^-3）	空白列D	空白列E	抗拉强度/kPa
1	1	1	1	1	1	12
2	1	2	2	2	2	49
3	1	3	3	3	3	114
4	1	4	4	4	4	136
5	2	1	2	3	4	47
6	2	2	1	4	3	65
7	2	3	4	1	2	157
8	2	4	3	2	1	261
9	3	1	3	4	2	71
10	3	2	4	3	1	175
11	3	3	1	2	4	251
12	3	4	2	1	3	310
13	4	1	4	2	3	94
14	4	2	3	1	4	205
15	4	3	2	4	1	262
16	4	4	1	3	2	320

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基于前人所得冻土抗拉强度试验结果^［12-16］，对接触面与冻土抗拉强度进行定量比较。其中，粉质黏土含水量为16.03%，黄土为饱和含水率。忽略干密度对抗拉强度的影响，与本试验中ω = 16%土样的抗拉强度进行比较，如图5所示。

图5

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图5 粉土-混凝土接触面与冻土抗拉强度比较

Fig.5 Silt-concrete contact surface extension strength changing with temperature

由图5可得，冻结条件下接触面冻结抗拉强度远小于土的抗拉强度。在温度由-2 ℃向-10 ℃发展的过程中，接触面冻结抗拉强度约为饱和黄土的1/10，为粉质黏土的1/10 ~ 1/7。土与基础间的冻结抗拉强度主要由土体颗粒与基础间的冰胶结作用提供^［23］，而冻土的抗拉强度主要由孔隙中连通的孔隙冰提供^［3］，单位面积上孔隙冰的抗拉强度远高于冰胶结作用的抗拉强度，因此冻结条件下接触面冻结抗拉强度远小于土的抗拉强度。这说明，采用本试验装置可以保证粉土-混凝土接触面先于土样破坏，所测强度为接触面冻结抗拉强度。

2.2　影响因素分析

为确定各试验因素的优水平、最优水平组合及主次顺序，对正交表实验数据进行极差分析，分析结果列于表4。其中， K为各因素不同水平试验结果总和的平均值，其大小可以判断各列因素的优水平及试验的优组合。R为各列因素的极差，试验结果的变动幅度可通过该列因素的极差反映， R越大说明该因素对试验指标的影响越大，该因素即为主要影响因素^［25］。

表4 极差分析表

Table 4 Range analysis results

平均值	温度A	含水率B	干密度C	空白列D	空白列E
K1	77.54	55.78	167.04	170.68	177.36
K2	132.61	123.27	166.92	163.92	149.26
K3	201.45	196	162.49	163.88	145.56
K4	220.31	256.86	140.46	133.42	159.72
R	142.77	201.08	26.46	37.26	31.81
优水平	4	4	1	-	-
优组合	A₄B₄C₁
主次顺序	含水率B>温度A>干密度C

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由极差分析表可知，试验因素对接触面冻结抗拉强度影响程度的顺序为：含水率>温度>干密度，且干密度的影响程度远低于温度和含水率。试验的最优组合为A₄B₄C₁，即在温度-10 ℃、含水率20%、干密度1.6 g·cm^-3的组合下粉土-混凝土接触面的抗拉强度达到最佳。

采用方差分析法对试验数据进行分析，以定量估计各因素对试验结果的影响程度，方差分析结果列于表5。本试验中，选取水平α为0.05、 0.10，各因素自由度为3，将两空白列归为误差，则误差自由度为6，查F分布表可得F_0.005（3，6）=12.97， F_0.001（3，6）=23.70， F_0.10（3，6）=3.29。温度F值F_A=17.86>F_0.005（3，6），含水率F值F_B=31.7>F_0.001（3，6），干密度F值F_C=0.59<F_0.10（3，6）。由方差分析结果可知：温度及含水率对粉土-混凝土接触面冻结抗拉强度具有强显著影响，干密度对试验结果影响不显著。

表5 方差分析表

Table 5 Variance analysis results

变异来源	平方和	自由度	均方	F值	Fα	显著水平
温度A	51 551.37	3	17 183.79	17.86	F_0.005（3，6）	强显著
含水率B	91 491.05	3	30 497.02	31.7	F_0.001（3，6）	强显著
干密度C	1 695.22	3	565.07	0.59	F_0.10（3，6）	不显著
误差	5 772.32	6	962.05
总和	150 510	15

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综合考虑极差分析和方差分析结果，粉土-混凝土接触面冻结抗拉强度在低温，高含水率和低干密度条件下达到最佳。在试验设计因素中，温度及含水率具有强显著影响，且含水率影响程度高于温度，而干密度影响不显著。因此，在后续分析各因素对接触面抗拉强度的影响规律及特征时，可只分析温度及含水率两个因素的影响。

2.3　含水率对抗拉强度的影响

图6为不同温度下接触面冻结抗拉强度随含水率变化曲线。由图可知，在温度相同的情况下，接触面冻结抗拉强度随含水率增长而增大。

图6

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图6 不同温度下接触面冻结抗拉强度随含水率变化情况

Fig.6 Variations of interface frozen tensile strength with water content at different temperatures

对试验数据进行分析，得到不同负温下接触面冻结抗拉强度与含水率的关系式，结果表明二者之间存在较好的线性相关性。接触面冻结抗拉强度与含水率的回归公式可以表示为：

σ_{t} = a ω + b

（1）

式中： $σ_{t}$ 为抗拉强度（kPa）； ω为含水率（%）； a、 b为与温度有关的试验系数。接触面冻结抗拉强度在试验含水率条件下的a、 b值列于表6中。

表6 参数a、 b值

Table 6 The values of parameters a and b

温度/℃	a	b	相关系数
-2	18.856	-238.30	0.9605
-4	31.166	-364.83	0.9900
-6	34.574	-377.56	0.9980
-8	32.252	-319.91	0.9956

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对比不同温度下接触面冻结抗拉强度随含水率变化规律可以发现，随着温度降低，含水率增加对抗拉强度的促进作用得到加强。

在-2 ℃下，当含水率从13%增加到20%时，接触面冻结抗拉强度增大了124.6 kPa，而在-4 ℃、 -6 ℃和-10 ℃下，抗拉强度增长值均超过200 kPa，这一规律由表6中参数a在不同温度下的取值亦有体现。在冻结条件下，土与结构接触面冻结抗拉强度主要取决于接触面的冰胶结量^［3］。当温度较高时，土体中冻结的自由水相对不稳定，土与结构接触面孔隙中含有一定比例的弱冻结冰膜及自由水，冰胶结量较低。随着温度降低，接触面冰胶结能力逐渐加强，当含水率变化相同梯度时，接触面在“低”负温情况下可以产生更多的冰胶结量，进而导致更高的冻结抗拉强度。

2.4　温度对抗拉强度的影响

图7为不同含水率条件下接触面冻结抗拉强度随温度变化曲线。由图可知，在含水率相同的情况下，接触面冻结抗拉强度随温度降低而增长，且其增长模式具有分段特性。

图7

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图7 不同含水率下接触面冻结抗拉强度随温度变化情况

Fig.7 Variations of interface frozen tensile strength with temperature at various moisture contents

在-2 ℃至-6 ℃， 4种含水率试样的接触面冻结抗拉强度均呈近似线性增长，在-6 ℃以后，抗拉强度随温度降低的增长速率显著减小。这表明，接触面冻结抗拉强度随温度降低，分为迅速增长和缓慢增长两个阶段。这一特性与冻土抗拉强度类似^［17］，关于这一现象的深入解释及内在机理的探讨，将在讨论部分进行论述。

对比不同含水率下接触面冻结抗拉强度随温度变化规律可得，随温度降低，相比低含水率试样（ω = 13%），高含水率试样接触面冻结抗拉强度具有更快的增长速率，即含水率的升高可增强温度对抗拉强度的促进作用。

3 讨论

目前，关于冻土-接触面冻结抗拉强度的来源及机理研究较少。基于试验结果，对接触面冻结抗拉强度的形成机理及变化特性进行初步探讨。

与冻土不同，土与结构物接触面冻结抗拉强度主要源自冻土与混凝土接触面处的冰胶结作用^［23］，接触面冰胶结含量直接决定了抗拉强度的大小。胶结冰由土中自由水在混凝土表面冻结形成，在含水率一定时，随温度降低，接触面附近土中未冻水含量逐渐减少，冰胶结量随之增加。因此，接触面冻结抗拉强度随温度的分段增长特性可用土中未冻水含量随温度的变化规律来解释。试验资料表明，对于粉土，存在一个位于-5 ~ -8 ℃之间的温度值，在负温大于该值时，土中未冻水含量随温度降低而急剧减少，负温小于该值时，未冻水含量随温度降低而减小的趋势变缓，如图8所示^［26］。

图8

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图8 粉土未冻水含量曲线（ $ρ_{d}$ =1.7 g·cm^-3）

Fig.8 Unfrozen water content of silt changing with temperature at various moisture contents（ $ρ_{d}$ =1.7 g·cm^-3）

低温下，在较“高”的负温时，土体孔隙的自由水、毛细水随温度降低而快速冻结，导致土中的未冻水含量急剧减少，同时接触面胶结冰量随温度降低快速增长；在较“低”的负温时，土中未冻水主要是土颗粒表面的薄膜水和吸附水，随温度降低，土中未冻水含量随温度变化速率趋于平缓，提供给胶结冰的未冻水含量逐渐减少，接触面胶结冰的生长速率也随之减缓。由此形成了接触面冻结强度随温度降低“先快速、后缓慢”的增长现象。这说明，胶结冰随温度降低的生长过程与未冻水含量关系密切。

在考虑接触面处自由水的冰胶结作用时，除了接触面处土样本身的自由水，也应考虑水分迁移的作用。在试样恒温冻结过程中，由于混凝土的导热系数远大于土，混凝土会先于土样达到负温，此时混凝土相对土样成为“冷源”，接触面处土样将首先形成冻结锋面，进而引起土样中的未冻水向冻结锋面迁移，为冰胶结作用提供水分。随着冻结温度的降低，土样冻结方式越来越趋近于快速冻结，而快速冻结不利于土中水分的迁移^［1］。这亦会导致在低温下，接触面冰胶结量随温度降低而增长速率放缓的结果。

现行冻土区基础切向冻胀力设计值选取的依据是土体的冻胀敏感性^[27]，该指标的影响因素较为宽泛，且未针对土体含水率条件给出参考。由试验结果可知，即使是冻胀性较强的粉土，在含水率较低时冻结抗拉强度也较小，使锥形桩更易达到切向冻胀力消除的状态。因此，仅根据土质冻胀敏感性判断切向冻胀力，对于含水率较低地层的锥形桩基础设计，存在高估基础所受的切向冻胀力的问题。

4 结论

通过对冻结作用下粉土-混凝土接触面冻结抗拉强度进行正交试验，分析了冻结作用下土与结构接触面冻结抗拉强度的影响因素及变化规律，并基于试验结果讨论了接触面冻结抗拉强度形成机制，得出如下结论：

（1）试验设计的控制因素对接触面冻结抗拉强度影响的主次顺序为：含水率>温度>干密度，低温，高含水率，低干密度情况下粉土-混凝土接触面冻结抗拉强度达到最佳。

（2）三种因素对接触面冻结抗拉强度的影响具有不同的权重，其中含水率、温度两因素影响显著，干密度影响不显著。

（3）在试验含水率区间内，接触面冻结抗拉强度与温度绝对值正相关，且抗拉强度随含水率增长呈线性增长态势，含水率、温度之间存在交互作用。

（4）随着环境温度降低，存在某一临界负温，在环境温度大于该值时，接触面冻结抗拉强度快速增长，当环境温度小于该值时，接触面冻结抗拉强度增长缓慢。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

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Jiacheng

， Zhang

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徐敩祖，王家澄，张立新. 冻土物理学［M］. 第2版. 北京：科学出版社， 2010： 75 - 82.

[本文引用: 2]

[2]

Tong

Changjiang

， Guan

Fengnian

. Frost heaving of soils and prevention of frost damage to buildings［M］. Hydraulic and Electric Power Press， 1985.

试验编号	温度A/℃	含水率B/%	干密度C/（g·cm^-3）	空白列D	空白列E	抗拉强度/kPa
1	1	1	1	1	1	12
2	1	2	2	2	2	49
3	1	3	3	3	3	114
4	1	4	4	4	4	136
5	2	1	2	3	4	47
6	2	2	1	4	3	65
7	2	3	4	1	2	157
8	2	4	3	2	1	261
9	3	1	3	4	2	71
10	3	2	4	3	1	175
11	3	3	1	2	4	251
12	3	4	2	1	3	310
13	4	1	4	2	3	94
14	4	2	3	1	4	205
15	4	3	2	4	1	262
16	4	4	1	3	2	320

试验编号	温度A/℃	含水率B/%	干密度C/（g·cm^-3）	空白列D	空白列E	抗拉强度/kPa
1	1	1	1	1	1	12
2	1	2	2	2	2	49
3	1	3	3	3	3	114
4	1	4	4	4	4	136
5	2	1	2	3	4	47
6	2	2	1	4	3	65
7	2	3	4	1	2	157
8	2	4	3	2	1	261
9	3	1	3	4	2	71
10	3	2	4	3	1	175
11	3	3	1	2	4	251
12	3	4	2	1	3	310
13	4	1	4	2	3	94
14	4	2	3	1	4	205
15	4	3	2	4	1	262
16	4	4	1	3	2	320