摘要
温度对土的物理力学特性有较大影响，对黏土开展了不同养护条件下的温控三轴试验，研究了黏土在不同温度、不同时间下的热力学特性。试验结果表明：黏土具有热固结性质，随着温度的增加，黏土的固结速度加快，试验固结时间呈下降趋势；在临界温度以下，土体应力-应变曲线呈现软化特性，为脆性破坏；在临界温度以上，土体应力-应变曲线呈现硬化特性，为塑性破坏；黏土具有类似于混凝土“养护温度”的性质，即同一温度作用下，养护时间越长，主应力差越大；黏聚力在临界温度范围以内，随温度升高而降低，而在临界温度以上，随温度升高而增大；内摩擦角在临界温度范围以内，基本不受温度变化的影响，而在临界温度以上，内摩擦角随温度增加而增大；黏土强度随养护时间的增长过程分为快速增长阶段、较快增长阶段、缓慢增长阶段，其最佳养护时间为快速增长阶段和较快增长阶段。
土体热力学特性在一些工程应用中起到主导地位，如地热结构的热交换桩、油砂提取烃类物质、放射性废弃物处理、城市“热岛”效应
Cekerevac
上述研究成果从不同角度反映了黏土服役温度下的热力学特性。但实际工程中，黏土需在一定条件下静置一段时间（定义该过程为“养护”）才承受外部荷载，对于不同养护条件下黏土的热力学特性的研究甚少。笔者通过开展黏土在不同养护条件（不同温度、不同时间）下的温控三轴试验，探讨黏土的热力学特性，尝试从热力学试验角度进行黏土力学特性的研究。
试验采用全自动岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能三轴试验系统进行固结排水（CD）试验，如
图1 试验仪器
Fig. 1 The apparatus for the test
试验所采用土样为福建地区的黏土，土样的物理性质指标如
| 含水量ω/% | 孔隙比e | 容重γ/(kN· | 液限ωL/% | 塑限ωP/% | 塑性指数IP |
|---|---|---|---|---|---|
| 36.69 | 0.93 | 17.51 | 46.93 | 25.78 | 21.15 |
图2 试样固结时间与温度的关系
Fig. 2 Relationship between consolidation time and temperature
在围压200 kPa、养护时间0 h的情况下，开展不同温度条件的三轴试验，绘制主应力差与应变的关系曲线，如
图3 不同温度条件下主应力差与应变关系
Fig. 3 Relationship between strain and principal stress difference at different temperature
进一步开展不同养护时间条件下三轴试验，试验结果如
图4 不同养护时间下主应力差与应变关系
Fig. 4 Relationship between strain and principal stress difference at different curing time
在养护时间30 h内，主应力差受温度影响较显著，养护时间超过30 h后，主应力差增势减弱。说明养护时间对黏土强度影响主要集中在养护前期。
通过三轴试验结果计算出黏聚力，并绘出黏聚力与温度的关系曲线，如
图5 黏聚力与温度关系
Fig. 5 Relationship between cohesion and temperature
从
图6 黏聚力与养护时间关系
Fig. 6 Relationship between cohesion and curing time
图7 内摩擦角与温度关系
Fig. 7 Relationship between internal friction and temperature
从
图8 内摩擦角与养护时间关系
Fig. 8 Relationship between internal friction and curing time
1）黏土具有热固结性质，随着温度的增加，黏土的固结速度加快，试验固结时间呈下降趋势。
2）存在某一“临界温度”（10 ℃左右）。在临界温度以下（1~10 ℃），土体应力-应变曲线呈现软化特性，为脆性破坏；随着温度的降低，黏土的脆性增加。在临界温度以上（10~80 ℃），土体应力-应变曲线呈现硬化特性，为塑性破坏；主应力差随温度升高而增大。
3）黏土具有类似于混凝土“养护温度”的性质，即同一温度作用下，养护时间越长，主应力差越大。
4）在临界温度范围以内，养护时间相同的情况下，黏聚力随温度升高而降低。在临界温度以上，养护时间相同的情况下，黏聚力随温度升高而增大。
5）在临界温度范围以内，养护时间相同的情况下，内摩擦角基本不受温度变化的影响。在临界温度以上，养护时间相同的情况下，内摩擦角随温度增加而增大。
6）黏土强度（黏聚力和内摩擦角）随养护时间的增长过程分为快速增长阶段、较快增长阶段、缓慢增长阶段，其最佳养护时间为快速增长阶段和较快增长阶段。
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