规范标准的要求，配制成初始含水率为173%、压实度为94%的水泥红粘土试件，试件的尺寸有直径为50 mm、高度为50 mm的圆柱体试件和直径为618 mm、高度为2 mm的环刀试件两种。土样中含水率是依据土的质量和最佳含水率计算得到的，试件压实是通过标准贯入仪施加静力荷载实现的。试件制作的时间不能超过初凝时间。
试件的养护龄期对冻融性能的影响可忽略不计，同时水泥水化作用可能会对冻融作用产生影响。本次试验的养护龄期统一为28 d，养护28 d后的第29 d开始对试件进行冻融循环试验。冻融循环的温度控制依据季节性冻土区的温度变化范围，冻结和融化温度分别为 -15 ℃和15 ℃，循环的周期为24 h，在-15 ℃下冻结12 h，然后在15 ℃下融化12 h。冻结时采用恒温冷冻箱进行控制，融化时采用恒温潮湿养护箱控制，冻融循环次数分别为0、3、6、9、12次。
分别在冻融循环的第0、3、6、9、12次后采用WDW微机控制电子式万能压力试验机，对冻融循环后的直径为50 mm、高度为50 mm的圆柱体试件进行无侧限抗压强度试验，得到应力应变曲线和抗压强度值。采用应变控制式直剪仪，对冻融循环后直径为61.8 mm、高度为2 mm的环刀试件进行直剪强度试验，得到抗剪强度参数。
2试验结果及分析
对水泥掺量分别为5%、10%、15%、20%、25%的红粘土试件进行冻融循环0、3、6、9、12次的无侧限抗压强度测试，得到的抗压强度数据见表4。图1为试件在冻融循环作用下破坏后的图像。
2.1冻融循环对无侧限抗压强度的影响
依据表4无侧限抗压强度的试验结果，绘制了不同水泥掺量下红粘土的无侧限抗压强度随冻融循环次数变化的关系曲线，如图2所示。从图2中可以明显地看出，冻融循环对水泥红粘土无侧限抗压强度有显著的衰减作用。在不同的水泥掺量下，水泥红粘土的无侧限抗压强度值随着冻融循环次数的增加而逐渐减小，但衰减有趋于稳定的趋势。曲线整体表现为两阶段变化：0～6次冻融循环，曲线的斜率较大，衰减的速率较大；6～12次冻融循环，曲线的斜率变小，衰减的速率逐渐减小。
图3为不同冻融循环次数下，水泥红粘土的无侧限抗压强度随着水泥掺量的变化曲线。从图中可看出，水泥掺量的增加能够有效减小冻融循环对红粘土无侧限抗压强度的影响。水泥红粘土的无侧限抗压强度随着水泥掺量的增加呈线性增长。随着冻融循环次数的增加，无侧限抗压强度随水泥掺量的变化曲线愈加密集。水泥掺量越少，无侧限抗压强度值越小，主要是因为水泥掺量过少，分散在土体中且没有形成连续的絮凝结构，结构整体性不强，所以抗压强度较低。
从无侧限抗压强度的损失率分析冻融循环的作用，以未循环的水泥红粘土的无侧限抗压强度为基数，分别换算出3、6、9、12次冻融循环后的强度损失率，无侧限抗压强度的损失率随冻融循环次数的变化曲线如图4所示。从图4中看出，水泥掺量越小，强度损失率越大，随冻融循环次数的增加，强度损失率逐渐减小。水泥掺量为5%的红粘土在12次冻融循环后，强度损失率高达80.73%，仅为021 MPa，基本上已经丧失了抗冻性。水泥掺量为10%的红粘土12次冻融循环后，强度损失率为4948%，强度损失近半。水泥掺量分别为15%、20%、25%的红粘土，对应的强度损失率分别为4436%、3299%、2967%。当水泥掺量超过20%时，强度损失率变化减小，这说明在本次试验条件下，从经济和改善效果的角度来分析，水泥掺量为20%最佳。
2.2冻融循环对应力应变的影响
为了解不同冻融循环次数下水泥红粘土的应力应变关系规律，选取水泥掺量为20%，水泥红粘土破坏过程中的应力应变关系曲线如图5所示。由图5可知，随着试验剪应力的增加，应力应变的关系曲线存在一个峰值，并且随着冻融循环作用次数的增加，峰值大小逐渐降低。应力应变关系曲线基本上呈应变软化型，应力达到峰值后，随着应变的增加，应力显著降低，试件大多呈脆性破坏。未冻融的试件的应力峰值约为冻融循环12次后的3倍。因此，冻融循环对水泥红粘土的应力应变变化的影响显著。
2.3冻融循环对粘聚力的影响
选取水泥掺量为20%的红粘土环刀试件进行抗剪强度试验，依据摩尔库伦定理得到不同冻融循环次数后土体的抗剪强度参数变化曲线，如图6所示。由图6可知，随冻融循环次数的增加，水泥红粘土粘聚力呈线性衰减（R2=0938 9）。曲线的衰减率随着冻融循环次数增加有减小的趋势。通过粘聚力和冻融循环次数的函数关系可以预测不同冻融循环次数作用土体的抗剪强度范围值。循环冻融的过程中，土体内部反复受冻胀应力的作用，使得土体结构产生疲劳损伤，随着冻融次数的增加，导致土体结构因损伤而产生微小裂纹，破坏了土体整体的结构性，表现为粘聚力下降。
3结语
（1） 冻融循环对水泥红粘土无侧限抗压强度的衰减作用显著。在不同的水泥掺量下，水泥红粘土的无侧限抗压强度值随冻融循环次数的增加而减小，并趋于稳定。曲线整体表现为两阶段变化。
（2） 水泥掺量的增加能够有效减小冻融循环对红粘土无侧限抗压强度的影响。水泥红粘土的无侧限抗压强度随着水泥掺量的增加呈线性增长。水泥掺量越小，强度损失率越大。随着冻融循环次数的增加，强度损失率逐渐减小。本次试验条件下，水泥最佳掺量为20%。
（3） 随着试验剪应力的增加，应力应变的关系曲线存在一个峰值，并且随着冻融循环作用次数的增加，峰值大小逐渐降低。未冻融试件的应力峰值约为残余应力峰值的3倍。
（4） 水泥红粘土的粘聚力随着冻融循环次数的增加呈线性衰减。通过线性关系可以预测不同冻融循环次数作用后土体的抗剪强度范围。
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[责任编辑：王玉玲]