400-700-9998
采办
同济大学和中国科学院西北生态环境资源钻研院冻土工程国度沉点尝试室等科研团队于2024年3月在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》期刊结合颁发了题为“Influence of anionic polyacrylamide on the freeze–thaw resistance of silty clay”（阴离子聚丙烯酰胺对粉质黏土抗冻融机能的影响”的学术论文。本钻研基于GDS应力蹊径三轴系统发展单调加载试验与亚塑性建模 ，揭示颗粒破碎和初始相对密度对钙质砂应力-应变-临界状态的耦合节造机造 ，成立统一破碎演化方程 ，构建可同步预测级配、强杜纂变形的新型亚塑性模型 ，为岛礁及离岸回填体抗震变形推算提供本构支持。
https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2023.104111
*论文版权归原作者和出版方所有 ，本文仅为进建互换。
以下是对这项成就的简要介绍：
论文提要
冻融交替会显著扭转细粒土的性质 ，时时导致寒区渠堤、路路等回填基础工程失效。为此 ，本钻研选取水溶性阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）对细粒土——尤其是粉质黏土——进行改进。论文系统分析了APAM聚合物对粉质黏土在未冻及屡次冻融循环下的物理-力学与微观结构个性的影响。通过设定分歧掺量和冻融循环次数 ，发展Zeta电位、导热系数、渗入、三轴压缩及扫描电镜（SEM）等系列试验；并构建单向冻结试验 ，揭示APAM改进土的热-水-力耦合过程。
了局批注：APAM的引入显著提升了粉质黏土的宏观工程机能与微观结构特点 ，重要归因于聚合物带来的电荷中和、吸附架桥及疏水相互作用。然而 ，所有土样在冻融循环中均出现机能劣化 ，尤以第3次循环后最为显著；相较未处置样 ，APAM改进样阐发出更优的抗冻融不变性。单向冻结过程中 ，孔隙水因温度梯度自未冻区向冻结锋迁徙 ，而改进样的迁徙量显著低于未处置样 ，当APAM掺量为0.30%时总冻胀量降低55.25%。钻研成就可为寒区回填基础工程的冻害防控提供技术凭据 ，并加深对生态敦睦型APAM聚合物固化机造的理解。
试验设备
本钻研使用了GDS非鼓和土三轴试验系统STDTTS+HKUST等设备。
尝试步骤及有关图表
*图表为论文截图 ，版权归论文原作者和出版方所有 ，本文仅为进建互换。
图 1 粉质黏土颗粒级配曲线
图 2 粉质黏土矿物成分 X 射线衍射图谱（重要矿物蕴含石英、钠长石、方解石、绿泥石、伊利石和白云石）
图 3 泥土改进剂 APAM 聚合物（表观为白色颗；蚍勰 ，溶于水后呈半通明黏稠状）
图 4 冻融循环试验设备与流程示意图（蕴含冻融箱、土样造备、冻融循环试验 ，以及后续的导热系数测试、SEM 观测、三轴压缩试验、渗入性测试） ，其中冻融循环参数为：冻结温度 - 15℃/8h、消融温度 20℃/8h ，循环次数设为 0、1、3、6、9 次
图 5 单向冻结试验系统示意图（蕴含位移传感器、保温棉、温度传感器、冷浴、冻结土样、数据采集系统、供水系统）
图 6 分歧 APAM 增长比例下浆液的 zeta 电位变动曲线
图 7 各土样在分歧冻融循环次数下的导热系数变动曲线
图 8 各土样在分歧冻融循环次数下的渗入系数变动曲线
图 9 分歧 APAM 增长比例下土样的偏应力 - 应变曲线与粉碎强度：(a) 分歧 APAM 增长量和围压下的偏应力 - 应变曲线 ，(b) 分歧 APAM 增长比例下土样的粉碎强度变动
图 10 未改进土样（T1）与 APAM 增长量 0.30% 的改进土样（T4）在分歧冻融循环次数下的力学机能：(a)-(b) 分歧冻融循环次数和围压下的偏应力 - 应变曲线 ，(c)-(d) 冻融循环次数对两种土样粉碎强度的影响
图 11 未改进土样（T1）与 APAM 增长量 0.30% 的改进土样（T4）在分歧冻融循环次数下的抗剪强度参数（黏聚力和内摩擦角）变动曲线（黏聚力随冻融循环次数呈指数降落 ，内摩擦角呈线性降落）
图 12 未改进土样（T1）与 APAM 增长量 0.30% 的改进土样（T4）微观结构特点（SEM 图像 ，放大 500 倍）：(a) T1（未改进）：存在大量大直径支架孔隙 ，颗粒以点 - 点、点 - 面接触为主 ，结构疏松；(b) T4（改进）：支架孔隙显著削减 ，形成大量团圆体 ，颗粒以面 - 面接触和镶嵌接触为主 ，呈致密堆积结构
图 13 未改进土样（T1）在分歧冻融循环次数下的微观结构变动（SEM 图像 ，放大 500 倍）：(a) 冻融循环 1 次（N=1） ，(b) 冻融循环 3 次（N=3） ，(c) 冻融循环 6 次（N=6） ，(d) 冻融循环 9 次（N=9）（冻融循环导致土样出现大量裂纹 ，孔隙增多 ，结构愈发破碎）
图 14 APAM 增长量 0.30% 的改进土样（T4）在分歧冻融循环次数下的微观结构变动（SEM 图像 ，放大 500 倍）（相较于 T1 ，T4 在一样冻融循环次数下的结构破损水平更轻）
图 15 未改进土样（T1）与 APAM 增长量 0.30% 的改进土样（T4）在分歧冻融循环次数下的表表孔隙率变动曲线（改进土样表表孔隙率低于未改进土样 ，且冻融循环导致的孔隙率增幅更。
图 16 未改进土样（T1）与 APAM 增长量 0.30% 的改进土样（T4）在单向冻结过程中分歧深度处的温度随功夫变动曲线（温度变动分为冷却阶段和不变阶段 ，T4 冷却速度更快）
图 17 分歧 APAM 增长比例下土样在单向冻结过程中分歧深度处的体积含水率变动曲线（冻结前缘处含水率最高）
图 18 分歧 APAM 增长比例下土样在单向冻结过程中的冻胀变形变动：(a) 冻胀变形随功夫变动曲线（分为原位冻胀和迁徙冻胀） ，(b) 分歧 APAM 增长比例下的原位冻胀量与迁徙冻胀量对比
钻研结论
寒区渠堤与路基回填体在冻融循环中易生剧烈冻胀融沉 ，提升填料招架冻害的能力成为工程安全的关键。本工作引入环境敦睦型 APAM 聚合物对粉质黏土进行改性 ，借助多轮冻融试验与单向冻结试验 ，评价其抗冻融与抗冻胀阐发 ，凭据测试数据及分析获得如下意识：
（1）掺入 APAM 后粉质黏土工程性状显著优化：土粒与聚合物链间的静电作用使浆体 zeta 电位先降后升；APAM 经氢键覆盖于黏粒表表并桥接邻近颗粒 ，天生团圆体 ，削减微孔隙占比 ，从而同步提高导热率、渗入系数及力学指标。试验批注 ，现场利用时 APAM 的最佳掺量宜取 0.30%。
（2）冻融循环导致改性及原状粉质黏土微观密实度均降低 ，工程机能随之大幅衰退：三轴了局显示 ，随循环次数增多 ，各土样黏聚力呈指数衰减 ，内摩擦角线性减；强杜纂结构的弱化在第三次循环后最凸起 ，尔后衰减幅度趋缓。同时 ，APAM 的引入通过加强粒间咬合提升了粉质黏土的冻融耐久性。
（3）单向冻结阶段 ，土体温度历时曲线可划分为降温段与恒温段；在温度梯度驱动下 ，孔隙水自未冻区向冻结锋面运移 ，并于锋面处荟萃成冰透镜 ，诱发冻胀；冻胀量显著受供水情况与 APAM 掺量节造 ，改性样水分迁徙量低于原状样 ，因而有效抑造了冻胀变形。
备注：论文及提要等为论文原文的中文译文 ，仅供急剧参考；若遇语义或技术细节歧义 ，请以英文原文为准。齐全钻研内容、参数取值及验证数据请查阅原文。
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