Page 82 - 2023年第54卷第6期

３．１．２ 冻融循环作用下土体力学参数变化
（１）弹性模量 Ｅ。各含水率土体 Ｅ随冻融循环次数
的变化如图 ５所示。１５％含水率土体 Ｅ＜１８％含水率土
体 Ｅ＜２１％含水率土体 Ｅ＜饱和含水率土体 Ｅ，即土体含
水率越大，Ｅ越小。随冻融循环次数的增加，土体 Ｅ整
体呈下降趋势，１５次冻融后各含水率土体 Ｅ分别下降了
３３．９５％（１５％含 水 率）、１８．８６％（１８％含 水 率）、２５．６１％
（２１％含水率）和 ５８．８３％（饱和含水率），说明冻融作用
会显著降低土体 Ｅ。
（ ２）内摩擦角 φ和黏聚力 ｃ。φ和 ｃ是土体抗剪强度
图 ５ 冻融循环作用下土体弹性模量变化
两个重要指标。１５％、１８％、２１％和饱和含水率土样经
过不同冻融循环次数后的 φ和 ｃ变化如图 ６所示，饱和含水率土体 φ ＞１８％含水率土体 φ ＞１５％含水率
土体 φ ＞２１％含水率土体 φ ，即 φ随含水率增大呈先增大后减小再增大的规律；且随冻融循环次数的增
加，各含水率土体 φ在±１°范围区间上下波动，无明显变化规律。ｃ分布与 φ相似，随含水率增大也呈
先增大后减小再增大的规律，但随冻融次数的增加各含水率土体 ｃ均逐渐减小，约在 ９次冻融后趋于稳
定，冻融循环 １５次后 １５％、１８％、２１％和饱和含水率土样的 ｃ分别下降了 ６０．０４％、５８．２０％、５５．３３％和
４３．６％，ｃ损伤程度随含水率增大而减小。

图 ６ 冻融循环作用下土体内摩擦角 φ和黏聚力 ｃ变化

（３）抗剪强度 τ 。τ 是表征土体抵抗剪切破坏的最大能力，是土体重要力学性质之一。通过式（３）
算得各含水率土体在不同围压及不同冻融循环次数后的 τ 。各含水率土体 τ 与围压的变化规律相同，
以 １５％含水率土体为例（图 ７），土体 τ 与围压线性正相关；围压为 ５０ｋＰａ时，１５％、１８％、２１％和饱
和含水率土体 τ 与冻融次数的关系曲线如图 ８所示，４种含水率土体的 τ 均随冻融次数的增加逐渐减
小，９次冻融后基本趋于稳定，１５％、１８％、２１％和饱和含水率土体 τ 在 １５次冻融后分别下降了 ２９．４９％、
２５．１４％、２４．９６％和 １８．２１％，含水率越大，土体 τ 随冻融循环影响的下降幅度越小。
３．２ 微观实验结果与分析
３．２．１ 土体颗粒真圆度 Ｒ变化 Ｒ是描述土体颗粒圆度大小的指标，Ｒ值越大说明土体颗粒越接近圆
形，平均真圆度根据式（５）计算。
１ ｎ ２
Ｒ ＝ ∑ ４ π Ａ?Ｌ ｉ （５）
ｉ
ｎ ｉ ＝１
式中：ｎ为 ＳＥＭ图片中统计的颗粒数量；Ａ为区域的面积；Ｌ为区域的周长。Ｒ的取值范围为 ０～１，
ｉ ｉ
Ｒ ＝ １时为标准圆。
１５％、１８％、２１％和饱和含水率土样经过 ０、３、７、１５、３０次冻融循环后，土体颗粒 Ｒ变化情况
如图 ９所示。土体颗粒 Ｒ随冻融循环次数的增加呈先下降后上升的变化特征，其中 １５％和 １８％含水率土

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