土壤冻胀试验方法

本文引用：MT/T593《人工冻土物理力学性能试验》第2部分：土壤冻胀试验方法

1  范围

MT/T593 的本部分规定了人工冻土冻胀试验所需试验用仪器、设备，试验步骤和结果计算。

本部分适用于人工冻土冻胀率和冻胀力的测定。

2  规范性引用文件

下列文件中的条款通过MT/T593的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其 随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议 的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

MT/T 593.1  人工冻土物理力学试验  第1部分：人工冻土试验取样及试样制备方法

3  术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1冻胀率  frost heave ratio

试样在无侧向变形无纵向荷载条件下，经单向冻结，其纵向的高度增量与试样原高度比值。 3.2

3.2冻胀力  frost heave pressure

试样在无侧向变形无纵向荷载，且上下端面限制（无变形）的条件下，经单向冻结后所产生的单 位面积轴向推力。

3.3开敞系统冻胀试验  frost heave test of open system

在试样的一端供给恒温水源，另一端保持在恒定负温下所进行的冻胀试验。

3.4封闭系统冻胀试验  frost heave test of close system

试样的一端无外部水源供给，并保持恒定环境温度，而另一端保持在恒定负温下所进行的冻胀试 验。

4  试验用仪器、设备

4.1  冻胀测定仪：冷端温度低于-10℃,精度0.2℃。

4.2  应力及变形测试元件：压力传感器（量程0kN～100kN,精度1%）；位移传感器（轴向量程0mm~ 50mm，精度1%；径向量程0mm～25mm，精度1%）、数据自动采集系统。

4.3  温度传感器：量程 -40℃~+40℃,精度0.2℃。

4.4  量具：百分表、秒表、天平、定时钟等。

5  基本要求

5.1  试样

5.1.1  规格：采用常温圆柱体试样，φ（50 mm  ～150mm）×（25 mm  ～75mm），高径比为0.5。

5.1.2  精度：外形尺寸误差小于1.0%，两端面平行度误差不大于0.5mm。

5.1.3  制备：按MT/T 593.1中规定进行。

5.1.4  数量：不少于3个。

5.2 试验环境温度：（20±2）℃或同土样原始地温。

5.3 试验前各试验用仪器、设备应校正合格。

6 试验步骤

6.1  调节冻胀仪器的冷板温度到所需试验温度，其波动度为±0.2℃。若为开敞系统冻胀试验，恒温水 源温度调到（20±2）℃或原始地温，波动度为±0.2℃。

6.2  冻胀率测试

6.2.1  待冷板温度达到试验温度时，将试样放入冻胀仪中规定位置上，安装调试好量表或位移传感器。 若为开敞系统，需接通恒温水源。

6.2.2  按1min，2min，5min ，10min，20min，30min ，1h，2h，3h，6h ，12h测读试样高度变化值，（12h 后每隔2h测读试样高度变化值），若为封闭系统冻胀试验，直至读数不变后1h为止，若为开敞系统冻胀 试验，直至2h内试样高度变化值小于等于0.02mm，或由数据采集系统自动记录。

6.3  冻胀力测试

6.3.1  待冷板温度达到试验温度时，将试样放入冻胀仪中规定位置上，安装调试好量表或压力传感器， 若为开敞系统，需接通恒温水源。

6.3.2 当试样在某级荷载下间隔2h不再冻胀时，则试样在该级荷载下达到稳定，允许冻胀量不应大于 0.01mm，记录施加的平衡荷载，或由数据采集系统自动记录。

7  结果计算

7.1  冻胀率计算

εfh  = Δh/ h0  × 100 …………………………………………………（1）

式中：

εfh ——t 时刻试样的冻胀率， %；

Δh——0～t 时间内试样的轴向变形，单位为毫米（mm）； h0 ——试验前试样高度，单位为毫米（mm）。

7.2  冻胀力计算

σ fh  = F / A  ………………………………………………………（2）

式中：

σ fh —— t 时刻试样的冻胀力，单位为兆帕（MPa）；

F —— t 时刻试样的轴向荷载，单位为牛顿（N）；

A —— t 试样的截面积，单位为平方毫米（mm2）。

7.3  按试验结果绘制试样冻胀率与时间，冻胀力与时间的关系曲线。

7.4  冻胀率试验或冻胀力试验分别以三个试样测量值的平均值作为试验结果。将计算结果填入附录A 表或附录B表内。当三个试样试样冻胀率或冻胀力中的最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15% 时，该组试验应重做。