MT/T 593.6-2011 人工冻土物理力学性能试验 第6部分：人工冻土单轴蠕变试验方法

1 范围

      MT/T 593的本部分规定了人工冻土多试样和单试样蠕变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。

      本部分适用于单向压缩应力条件下冻结原状土及重塑土蠕变性能的测试和计算。

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

      MT/T 593.4 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

3 术语和定义

      下列术语和定义适用于本标准。

3.1

      人工冻土单轴蠕变  artificial  frozen soil uniaxial creep

      人工冻土在无侧向应力时轴向压应力不变的条件下，其变形随时间的延长而改变的性质。

3.2

      衰减型蠕变（I类蠕变） attenuating creep

      当冻土所受应力较小时，其变形速率逐渐减小并趋近于零。

3.3

      非衰减型蠕变（II类蠕变）  non-attenuating creep

      当冻土所受应力大于某一确定值时，其变形速率由减小到恒定到增大，最后破坏。此类蠕变的过程一般可分为三个阶段（瞬时变形除外）：变形速率逐渐减小为非稳定蠕变阶段；变形速率是常数为稳定蠕变阶段；变形速率逐渐增大到试验破坏为加速蠕变阶段。

3.4

      蠕变加载系数  creep loading coefficient

      蠕变试验中试样所受应力与瞬时单轴抗压强度的比值，用表示。

4 试验用仪器、设备

4.1  单轴蠕变试验仪：最大轴向压力100 kN，精度1 %。 

4.2  应力及变形测试元件：压力传感器（量程0 kN～100 kN,精度1 %）；位移传感器（轴向量程0 mm～50 mm，精度1%；径向量程0 mm～25 mm，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  冷却及温控设备。

4.5  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或冻结重塑土试样，其制备方法按MT/T 593.1中6.2.2和6.2.3的规定进行。

5.2  规格应与MT/T593.4所采用的试样规格一致。

5.3  试样数量：一种土层5个（多试样单轴蠕变试验）或2个（单试样分级加载单轴蠕变试验），其中一个试样用于进行瞬时单轴抗压强度试验。

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  多试样单轴蠕变试验

7.1.1  核实试样的来源、编号、密度、含水率、温度等，并填入附录A表内，检查试验设备、仪表及测试系统等。

7.1.2  测量试样尺寸，对冻结后变形的试样按MT/T593.1中5.2.2的规定进行修正，称重并记录。

7.1.3  按MT/T593.4中7.1规定用一个试样试验得到瞬时单轴抗压强度。

7.1.4  确定合适的蠕变加载系数并根据瞬时单轴抗压强度计算出逐级加载所需荷载，填入附录A表内。

7.1.5  在试样外套一层塑料膜，以防含水率变化，将试样装在单轴蠕变试验仪的上下加压头之间，。安装并连接好压力量测系统、位移量测系统。

7.1.6  启动加载系统，给试样迅速加载至所需荷载或应力值，将此刻的变形值（弹性变形）进行记录，并随时记录时间、变形值。试验过程中试样所受应力宜保持恒定（其波动度不超过10kPa）。

7.1.7  当试样变形已达稳定（0.0005，I类蠕变）24h小时以上或趋于破坏（II类蠕变）时，测试结束。记下时间、变形终值。

7.1.8  卸去荷载，取出试样，描述其破坏情况。

7.1.9  若需获得蠕变曲线簇，可根据需要确定几个不同的蠕变加载系数ki。重复7.1.1、7.1.2和7.1.4～7.1.8的步骤。蠕变加载系数k_i按0.3，0.4，0.5和0.7（或根据试验需要选择）取值。对于需超过100h的蠕变试验，ki按0.1，0.2，0.3和0.5取值。

7.2  单试样分级加载单轴蠕变试验

7.2.1  根据需要确定各级加载的蠕变加载系数ki，取值同7.1.9的规定。

7.2.2  取最小一级蠕变加载系数，按7.1.1～7.1.6规定的步骤进行。

7.2.3  测试进行到变形已达稳定（0.0005，I类蠕变），或变形速率趋于常数（≤0.0005，II类蠕变）超过24h（但不超过48h）时，一级蠕变结束。

7.2.4  依次取不同的蠕变加载系数，计算出所需荷载值，重复本标准7.1.6和7.2.3规定的步骤。

7.2.5  当某一级的测试进入第三阶段时，不能再进行下一步的加载，可将此级蠕变进行到试验破坏为止。

7.2.6  按7.1.8规定的步骤进行。

8　结果计算

8.1  应变计算

8.1.1  轴向应变计算

ε_h = Δh/h₀    ……………………………………………………………………(1)

ε_c = ε_h - ε_e ……………………………………………………………………（2）

      式中：

      ε_h——轴向总应变；

      Δh——试样轴向变形，单位为毫米（mm）；

      h₀——试验前试样高度，单位为毫米（mm）；

      ε_c——蠕变应变；

      ε_e——弹性应变（加载过程瞬时应变）。

8.1.2  径向应变计算

ε_d = ΔD/D₀…………………………………………………………（3）

      式中：

      ε_d——径向应变；

      ΔD——试样直径平均变化量，单位为毫米（mm）；

      D₀——试验前试样平均直径，单位为毫米（mm）。

8.2  应力、荷载计算

8.2.1  应力计算

σ_i = k_iσ_b……………………………………………………………（4）

      式中：

      σ_i——第i级加载时试样所受应力，单位为兆帕（MPa）；

      k_i——第i级蠕变加载系数；

      σ_b——瞬时单轴抗压强度，单位为兆帕（MPa）。

8.2.2  荷载计算

P_i = σ_iA_i ……………………………………………………………（5）

A_i = A_i-1/(1-ε_i-1) …………………………………………………………（6）

      式中：

      A_i——第级所加荷载值，单位为牛顿（N）；

      A_i-1——试样在加第级荷载时的横截面积，单位为平方毫米（mm²）。  

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