MT/T 593.4-2011 人工冻土物理力学性能试验 第4部分：人工冻土单轴抗压强度 试验方法

1 范围

      MT/T 593的本部分规定了人工冻土单轴抗压强度试验所需的试验用仪器、设备，试样，基本要求，试验步骤和结果计算。

      本部分适用于冻结原状土及重塑土等人工冻土无侧限抗压强度和对应的应力—应变关系的测试和计算。

2 规范性引用文件

      下列文件中的条款通过MT/T 593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 人工冻土物理力学性能试验    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

      抗压强度灵敏度  sensitivity of compression strength

      冻结原状土抗压强度与冻结重塑土抗压强度之比值，用S_t表示。

4 试验用仪器、设备

4.1  冻土压力仪：采用单轴应变速率控制式必须具备使试样轴向应变速率为1.0%/min和0.1%/min的加载条件；采用负荷增加速率控制式必须具备在0MPa/min～60MPa/min范围内恒定任一加载速率值。

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%）；百分表；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 试验用含水率、密度测试装置。

5 试样

5.1  采用冻结原状土试样和冻结重塑土试样，其制备方法按MT/T593.1中6.2.2和6.2.3的规定进行。

5.2  试样规格：φ61.8mm×150mm或φ50mm×100mm。

5.3  试样数量：每层土每个试验温度4个。

6 基本要求

6.1  试验应在规定的试验温度中进行。

6.2  温度波动度小于等于±0.2℃。

6.3  只有一种试验温度时，应选择-10℃；若有多种试验温度时，其中应有-10℃；如果有特殊要求，可另选试验温度。

6.4  试验前各试验用仪器、设备应校正合格。

7 试验步骤

7.1  应变速率控制加载方式下冻土瞬时单轴抗压强度试验

7.1.1  选择试样应变速率为1.0%/min，有特殊要求时按要求确定。

7.1.2  核实试样的来源、编号、密度、含水率，并填入附录A表内，检查试验用仪器、设备及测试系统等。

7.1.3  试验前将试样表面涂抹一薄层凡士林，防止水分流失。

7.1.4  把已准备好的试样同轴放在压力仪上下加压板之间，安装压力传感器、位移传感器。

7.1.5  按设定加载速率开动压力仪，同时测读轴向变形和力值。当轴向应变在3%之内时，每增加0.3%～0.5%（或轴向变形0.5mm）测读一次；超过3%时，每增加0.6%～1.0%（或轴向变形1mm）测读一次。

7.1.6  当力值达到峰值或稳定时，再继续增加3%～5%的应变值，即可停止试验；如果力值一直增加，则试验进行到轴向应变达到或大于20%为止。如果在刚性试验机上做应力-应变全过程试验，则一直进行到应力接近零为止。

7.1.7  停机卸载后取下试样，描述试样破坏后的状况，填入附录A表内。

7.1.8  对于冻结原状土试样的试验，若需测定抗压强度灵敏度时，可将冻结原状土在常温下解冻，105℃～110℃温度下烘干，按原状土密度及含水率制成相同规格的冻结重塑土试样，再按7.1.1～7.1.6 规定的步骤进行试验。

7.2  单轴负荷增加速率控制式下冻土瞬时单轴抗压强度试验

7.2.1  准备工作按7.1.2～7.1.4规定的步骤进行。

7.2.2  确定负荷增加速率，使试样在30s±5s内达到破坏或轴向变形大于20%为止。

7.2.3  开动压力仪按确定的负荷增加速率加载，同时测读轴向变形和力值。若用百分表测量变形，根据7.2.2确定的负荷增加速率选取测读间隔，至少应有5个以上有效读数。建议用数据自动采集系统测试。

7.2.4  按7.1.7～7.1.8规定的步骤进行。

8 结果计算

8.1  应变计算

ε₁ = Δh/h₀ …………………………………………………………（1）

      式中：

      ε₁——轴向应变；

      Δh——轴向变形，单位为毫米（mm）；

      h₀——试验前试样高度，单位为毫米（mm）。

8.2  试样横截面积校正计算

A_a = A₀(1-ε₁)   ……………………………………………………（2）

      式中：

      A_a——校正后试样截面积，单位为平方毫米（mm²）；

      A₀——试验前试样截面积，单位为平方毫米（mm²）。

8.3  应力计算

σ=F/A_a ……………………………………………………… （3）

      式中：

      σ——轴向应力，单位为兆帕（MPa）；

      F——轴向荷载，单位为牛顿（N）。

8.4  应力—应变曲线绘制

      以轴向应力为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制应力—应变曲线。取最大轴向应力作为冻土单轴抗压强度。

8.5  抗压强度灵敏度计算

S_t = σ_b/σ_b¹ ……………………………………………………（4）

      式中：

      σ_b——原状人工冻土瞬时单轴抗压强度，单位为兆帕（MPa）；

      σ_b¹——重塑人工冻土瞬时单轴抗压强度，单位为兆帕（MPa）。

8.6  试验结果

      单轴抗压强度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表内。当三个试样单轴抗压强度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。

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