Influence of Freeze-Thaw Cycles on Triaxial Shear Strength of Saline Intact Loess

ABSTRACT: In cold regions, saline loess earthen structures are prone to failures when subjected to cyclic freeze-thaw conditions. This occurs mainly due to the deterioration in soil structure and the reduction in mechanical soil properties arising from salt migration and crystallization. In this paper, an experimental study is carried out to investigate the influence of freeze-thaw cycles and varying salt content on the stress-strain behavior of saline loess. Test specimens prepared from undisturbed loess samples were artificially treated with different amounts of sodium sulfate. The strain-controlled unconsolidated undrained triaxial shear tests were conducted on the prepared test specimens to investigate the mechanical behavior. All specimens exhibited an elastic-plastic strain-hardening response, regardless of the number of freeze-thaw cycles and salt contents. Moreover, the deviatoric stress at failure was found to decrease due to cyclic freeze-thaw and increased salt content. This behavior may be attributed to salt erosion associated with an increase in the salt content. After several freeze-thaw cycles, the rate of reduction in deviatoric stress exhibited a decline. One of the shear strength parameters, cohesion was found to decrease significantly. Whereas, the other shear strength parameter, internal friction angle was hardly influenced. The normalized deterioration factor (ratio of freeze-thaw to salt content induced deterioration) increased nonlinearly with freeze-thaw cycles, which stabilized after several cycles. The normalized deterioration factor decreased with an increase in the salt content; in addition, its attenuation rate also declined.

RÉSUMÉ: Dans les régions froides, les structures en terre saline de loess sont sujettes à des défaillances lorsqu'elles sont soumises à un gel-dégel cyclique. Cela se produit principalement en raison de la détérioration de la structure du sol et de la réduction des propriétés mécaniques du sol résultant de la migration et de la cristallisation du sel. Dans cet article, une étude expérimentale est menée pour étudier l'influence du gel-dégel et de la teneur en sel sur le comportement contrainte-déformation du loess salin. Des échantillons d'essai ont été préparés à partir d'échantillons de loess non perturbés et traités artificiellement avec différentes quantités de sulfate de sodium. Les essais de cisaillement triaxial non consolidé non drainé contrôlés par déformation ont ensuite été réalisés. Tous les échantillons ont présenté une réponse de durcissement élastique-plastique, quel que soit le nombre de cycles de gel-dégel et la teneur en sel. De plus, on a constaté que la contrainte déviatorique à la rupture diminuait en raison du gel-dégel cyclique et de l'augmentation de la teneur en sel. Cela peut être attribué à l'érosion saline associée à une augmentation de la teneur en sel. Après plusieurs cycles de gel-dégel, le taux de réduction du stress déviatorique a diminué. En termes de paramètres de résistance au cisaillement, la cohésion a diminué de manière significative. Alors que l'angle de frottement interne n'était guère influencé. Le facteur de détérioration normalisé (rapport entre le gel-dégel et la détérioration induite par la teneur en sel) a augmenté de façon non linéaire avec la congélation et la décongélation et s'est stabilisé après plusieurs cycles. Le facteur de détérioration normalisé diminue avec une augmentation de la teneur en sel; en outre, son taux d'atténuation a également diminué.