摘要：在季冻区，粘性土的强度在冻融作用下的变化规律对于道路设计至关重要。文章在分析国内外冻土研究的基础上，通过含水率试验、密度试验、颗粒分析试验、击实试验和液塑限试验来进行土样的基本物理性质分析。以此为基础，按照不同压实度，不同含水率做出标准的圆柱试件，用TICO超声波检测仪测出在反复冻融条件下的波速变化。研究表明冻融土的波速与土样的压实度成正比，与含水量成反比，与冻融次数总体成反比。
关键词：冻融土；超声波；波速；含水率；压实度
0引言
在寒冷气候条件下，土壤或岩层中冻结的冰在白天融化，晚上冻结，或者夏季融化，冬季冻结，这种融化、冻结的过程称为冻融作用。在冻融过程中，土体的性质发生了较大的变化，直接影响着地下工程（地基）及上部建筑物的稳定，如使道路出现裂缝、沉陷、结构断裂、基础上拔等[1].关于冻融土的研究无论从宏观还是从微观，学者们都做了大量研究。部分学者得出结论表明波速与强度有很好的响应性。本文通过对冻融土的超声波测试，试图找到波速与冻融次数、含水量和压实度的关系，为超声波技术应用到冻融土强度研究提供参考。
1试验材料与方法
1.1试验用土
试验用土取自长春高新南区，经检测土样的液限是37.38%,塑限是22.33%,塑性指数15;最佳含水量20%,最大干密度是1.645g/cm3.结合粒度分析，确定为粉质粘性土。
1.2试验方法
土样可以按照不同含水率和不同的压实度来测定实验土样在冻融作用下超声波波速的变化，即在压实度分别为80%、85%、90%、95%;不同含水率18%、20%、22%、24%、26%、28%;冻融温度为-20℃和20℃。为了消除误差，在不同压实度、含水率情况下做3个平行试验[2].
冻融试验采用程序式高低温试验箱，波速测试采用瑞士的TICO超声波检测仪，按设定的因素标准将土样制成直径50mm、高50mm的试件[3],外裹塑料薄膜。
2试验结果及分析
2.1不同含水率下的波速情况
节选85%、90%、95%压实度下不同含水率土样随着冻融次数的增加波速变化情况如图1所示。可以看出几种击实度下土样的波速都是先随着冻融次数的增加急剧下降，在冻融次数达到8次左右时下降到最低点，然后再上升，随着冻融次数的增加波速来回下降、上升，达到22次左右冻融次数后开始趋于稳定，平稳一定冻融次数后，在冻融次数达到48次左右又开始上下来回变动。这表明土颗粒在冻融工程中其内部排列有一个阶段性的变化。
在相同压实度和相同冻融次数下28%含水率的波速最小，其次是26%含水率、24%含水率、22%含水率、20%含水率，18%含水率的波速最大，即28%波速<26%波速<24%波速<22%波速<20%波速<18%波速。由于含水量大时土颗粒间的连接受到水分影响较大，尤其是自由水的影响[4],这会降低波的传导速度，因为波在液体里的传播速度小于在固体里的传播速度。
2.2不同压实度下的波速情况
节选18%、22%、26%含水率下，不同压实度土样随着冻融次数的增加波速变化情况，如图2所示。几种含水率下不同压实度土样都是先随着冻融次数的增加波速下降，然后再上升，随着冻融次数的增加波速来回下降、上升，达到26次左右冻融次数后开始趋于稳定，平稳一定冻融次数后，在冻融次数达到46次左右又开始上下来回变动。进一步说明土样在冻融作用下其稳定性是阶段性变化的，前期土颗粒的排列最不稳定，后期虽有变化但不再显着。
波速与击实度成正比关系，80%波速<85%波速<90%波速<95%波速，说明击实度越大土颗粒的排列越紧密[5,6],超声波传导的就越快。
3结语
（1）土样的含水率、击实度和冻融次数对土的波速影响都很大，是主要的影响因素。
（2）常规情况下含水率过高会降低强度，从试验中含水率过高也会降低波速，所以波速可以反映强度变化。
（3）压实度会提高强度，试验中波速与压实度成正比，也就是说波速与强度成正比。
（4）冻融次数会造成波速的不稳定，尤其初期阶段，后期基本稳定。
参考文献：
[1]徐学祖，王家澄，张立新。冻土物理学[M].北京：科学出版社，2010.
[2]李栋国。农安盐渍土冻胀及反复冻融强度衰减特性研究[D].长春：吉林大学，2015.
[3]毛雪松，杨锦凤，张正波，等。温度-湿度-荷载综合作用下路基冻融过程试验研究[J].冰川冻土，2012,34（2）：427-434.
[4]杨成松，何平，程国栋。含盐冻结粉质粘土单轴抗压强度试验研究[J].工程力学，2006（1）：144-148.
[5]杨成松，何平，程国栋，等。冻融作用对土体干容重和含水量影响的试验研究[J].岩石力学与工程学报。2003（10）：2695-2699.
[6]杨成松，何平，程国栋，等。冻融试验对土中含水量分布的影响[J].冰川冻土，2004（S2）：50-57.