一、一般规定

1适用土样类型

本试验适用于冻结黏土和粒径小于2mm的冻结砂质土（即经筛选去除大颗粒后的冻结砂土）。此类土样在冻融循环中表现出显著的融沉与压缩特性，是冻土工程（如道路路基、建筑地基）设计与分析的关键研究对象。

2试验环境与操作要求

环境条件：试验宜在负温环境下进行（避免试样在准备或装样过程中因环境温度过高提前融化）。

关键限制：

严禁在切样（从原状土中获取圆柱形试样）和装样（将试样放入试验容器）过程中使试样表面发生融化（表面融化会导致水分迁移与结构破坏，影响试验真实性）；

试验过程中需严格实现自上而下单向融化（即热量仅从试样顶部向下传递，模拟自然条件下冻土表层受热融化的过程，避免侧面或底部异常升温干扰）。

二、仪器设备

TD188-8A型冻土融化压缩试验仪（2/4/8/16/32通道可选）                                          冻土融化压缩试验仪

核心设备为TD188-8A型冻土融化压缩试验仪（支持2/4/8/16/32通道扩展），配套组件及功能如下：

1融化压缩仪主体（结构示意图见图2.1）

加热传压板：采用导热性能好的金属材料（如铝合金）制成，用于向试样顶部均匀传递热量（模拟自然融化中的地表热源），同时作为加载板施加压力。

试样环：采用导热性低的非金属材料（如有机玻璃）制成，尺寸为内径79.8mm、高度40.0mm（与取样器开口匹配，确保试样尺寸规范）；低导热性可减少侧面热量散失，聚焦顶部单向融化。

保温外套：由聚苯乙烯或聚氨酯泡沫塑料制成（轻质高效保温材料），包裹试样容器外部，进一步减少环境热量干扰，维持试验的单向融化条件。

其他组件：

透水板（底部与顶部各1块）：允许水分自由排出，模拟实际土层中的渗流条件；

滤纸（上下各1张）：隔离土样与透水板，防止细颗粒堵塞排水通道；

导环：固定试样环位置，确保试样与传压板、透水板同轴；

热循环水进出口：连接恒温供水设备，通过40℃~50℃温水循环加热传压板。

2加荷设备

可选杠杆式、磅秤式或其他类型的加荷装置，量程需≥2000kPa，且最大允许误差符合国家标准《土工试验仪器固结仪第1部分：单杠杆固结仪》（GB/T 4935.1）的要求（确保压力施加的精度与稳定性）。

3变形测量设备

由百分表或位移传感器组成，量程10mm，分度值0.01mm（高精度监测试样在融沉与压缩过程中的微小变形）。

4恒温供水设备

提供温度稳定的40℃~50℃循环水（通过热循环水进出口流入加热传压板，均匀加热试样顶部，控制融化速率）。

5原状冻土取样器

钻具开口内径需严格为79.8mm（与试样环内径匹配，确保取出的原状冻土试样可直接装入试样环，避免二次加工导致结构扰动）。

三、操作步骤

1切样与装样基础要求

核心原则：在切样（从原状土中获取圆柱形试样）和装样（将试样放入试样环）的全过程中，必须严格避免试样表面发生融化（可通过在低温操作台或冷藏环境中进行操作，工具保持低温状态）。

2试样获取与含水率测定

使用原状冻土取样器钻取冻土试样，要求试样高度大于试样环高度（40.0mm）（后续修整时预留空间）；

钻样过程中需保持试样的天然层面与原状土一致（即垂直方向的地层结构不被破坏），且严禁上下倒置（避免土层顺序颠倒影响融沉特性）；

钻样完成后，立即从剩余冻土中取部分样品测定初始含水率（wf）（用于后续孔隙比计算）。

3试样装入与初始参数测定

将冻土试样小心装入试样环内，通过轻敲或按压使其与环壁紧密接触（避免试样与环壁间存在空隙，影响压力传递均匀性）；

用刮刀平整试样的上、下表面，操作时需避免工具热量导致试样表面融化（可使用预冷的刮刀或在低温环境下操作）；

用精度0.01g的天平称量试样质量，结合试样环内径（79.8mm）与高度计算试样的初始密度（ρt0）（公式：ρt0=试样质量/(π×(79.8/2)²×40.0)）。

4仪器组装与初始设置

按以下顺序组装融化压缩容器：

底部基础层：先放入一块透水板（允许水分下渗），其上铺设一张润湿滤纸（保持水分传导性）；

试样层：将装有试样的试样环放置在润湿滤纸上，套上护环（固定试样环位置，防止偏移）；

顶部层：在试样上方依次放置另一张滤纸和透水板（模拟自然土层中的排水条件）；

加载与保温：放上加热传压板（作为顶部热源与加载板），安装保温外套（包裹整个容器，减少环境热量干扰）；

定位与监测：将组装好的容器放置在加压框架正中（确保受力均匀），安装百分表或位移传感器（测头垂直抵住加热传压板顶部，固定支架防止偏移），并调整至初始零位。

5初始压力与调零

施加1kPa的初始压力（模拟极小荷载下的初始状态），通过平加压杠杆调整传压板与试样接触均匀；

同步调整百分表或位移传感器至零位（记录初始变形基准值）。

6融化条件启动

用胶管连接加热传压板的热循环水进出口与恒温水槽（水温预先调节至40℃~50℃），打开供水开关并启动恒温器（维持水温稳定）；

热水通过传压板内部循环，均匀加热试样顶部，触发自上而下的单向融化过程。

7融沉阶段监测

起始记录：当试样开始出现明显的融化下沉（融沉）时，立即启动秒表，开始记录变形量；

短期观测：分别记录1min、2min、5min、10min、30min、60min时的下沉量（捕捉初期快速融沉阶段）；

长期观测：之后每2小时观测记录1次变形量，直至连续2小时内变形量小于0.05mm（判定为融沉稳定，即水分迁移与压缩基本完成）。

最终记录：测记融沉稳定时的最后一次变形量（Δhf0），并测量此时试样的高度（用于计算融沉量）。

8压缩试验启动

停止融化：融沉稳定后，关闭恒温水槽并停止热水循环（终止顶部加热，冻结融化过程）；

分级加荷：开始施加压力进行压缩试验，加荷等级根据实际工程需求确定（推荐等级：50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa），最后一级荷载应比目标土层的计算压力大100kPa~200kPa（确保覆盖工程实际应力范围）。

9压缩阶段监测

每施加一级荷载后，以24小时为稳定标准（即该级荷载下试样变形量连续24小时变化≤允许阈值）；

每24小时观测并记录一次压缩量（Δh）（即该级荷载下试样的下沉量）；

重复加荷与观测，直至施加最后一级荷载并压缩稳定（即最后一级荷载下变形量24小时内不再显著变化）。

10试验结束与取样

试验完成后，拆卸仪器各部件（按反向顺序小心操作，避免破坏试样），取出融化压缩后的试样；

测定最终试样的含水率（用于孔隙比计算与状态分析）。

四、计算、制图与记录

1融沉系数计算

反映冻土融化初期的下沉特性，计算公式为：

af0=hf0Δhf0×100%

参数说明：

af0：冻土融沉系数（%），表征单位初始高度的融化下沉比例；

Δhf0：冻土融化下沉量（mm），即融沉稳定时的总变形量（通过百分表读数差值计算）；

hf0：冻土试样初始高度（mm），固定为试样环高度40.0mm（或实际装样高度，需精确测量）。

2初始孔隙比计算

基于初始密度与含水率推导试样的初始孔隙结构，公式为：

ef0=ρt0ρwGs(1+0.01wf)−1

（注：若题目明确公式为ef0=ρt0ρwGs(1+0.01wf)（无“-1”项），则按给定公式计算；通常孔隙比定义含“-1”项，实际应用中需根据标准确认。此处保留原题公式：ef0=ρt0ρwGs(1+0.01wf)）

参数说明：

ef0：冻土试样初始孔隙比；

ρw：水的密度（通常取1g/cm³）；

Gs：土粒比重（无量纲，需通过试验测定或已知值，默认值通常为2.65~2.75）；

wf：冻土试样初始含水率（%，通过试验测定）；

ρt0：冻土试样初始密度（g/cm³，通过试样质量与体积计算）。

3融沉稳定后及压缩稳定后的孔隙比计算

融沉稳定后孔隙比（e）：

e=ef0−hf0(hf0−Δhf0)(1+ef0)

（反映融沉完成后试样的孔隙结构变化）

某级压力下压缩稳定后的孔隙比（e_i）：

ei=e−hi(hi−Δhi)(1+ei)

（递推计算各级荷载压缩后的孔隙比，其中hi为当前级荷载稳定后的试样高度，Δhi为该级荷载下的压缩量）

参数说明：

hf0、Δhf0：融沉阶段的初始高度与下沉量；

hi、Δhi：第i级荷载稳定后的试样高度与压缩量；

ef0、e：初始与融沉稳定后的孔隙比。

4融化压缩系数计算

表征单位压力增量下孔隙比的变化率（即压缩性指标），公式为：

afv=(pi+1−pi)ei−ei+1×103(单位：MPa−1)

参数说明：

afv：某一压力范围内的冻土融化压缩系数（MPa⁻¹）；

ei、ei+1：第i级与第i+1级荷载压缩稳定后的孔隙比；

pi、pi+1：第i级与第i+1级荷载的单位压力值（kPa，需转换为MPa，故乘以10³）；

5孔隙比-压力关系曲线

以孔隙比（e）为纵坐标，单位压力（p）为横坐标，绘制试验过程中各阶段的孔隙比随压力变化的关系曲线（直观反映冻土在融沉与压缩过程中的力学响应特性）。

6试验记录格式

所有试验数据（温度、变形量、压力、孔隙比等）需按本标准附录D表D.68规定的格式详细记录（包括试样基本信息、各阶段时间节点数据、计算中间值等）。

备注：试验过程中需严格控制单向融化条件（避免侧面或底部加热），仪器设备（如加热传压板、恒温供水）需定期校准，确保温度与压力的精度；试样操作需在低温环境中完成，避免融化干扰。