人工冻融软弱土融沉特性研究

随着人工冻结法在地铁建设中的广泛应用,控制工后融沉已成为软弱地层冻结需要解决的难题.以苏州地铁典型软弱土层为研究对象,通过室内试验研究,得出不同补水条件下原状土开放融沉系数大于封闭融沉系数;融前卸载加压方式下,融沉系数随上部荷载增大呈指数型减小;无黏性重塑土融沉系数与原状土接近,黏性土重塑后融沉系数变大,其差值随该土灵敏度增大而增大;对于非饱和黏土和淤泥质粉质黏土,开放冻融条件下融沉系数与干密度变化关系均存在临界干密度,对应土体融沉系数最小.     

冻结法施工中的冻土特性试验研究

为获得冻结法施工中土体冻胀融沉特性规律,以某地下联络通道工程为原型,根据相似理论,进行了水平冻结模型试验。结果表明,冻胀融沉过程中,土体温度先迅速降低后升高,维持在0℃一段时间后,继续缓慢升高至室温;土压力值先增加后减小,其中,竖向土压力值随深度的增加而增大,相同埋深下,距冻结管越近,水平土压力值越大;土体融化固结沉降值明显大于冻胀位移值,土体竖向位移较水平位移变化显著。积极冻结期内土体温度降低速率变慢,且埋深越大、距冻结孔越近,土体温度降低越快、降幅越大;无侧限土体压力值先增加后减小,侧限土体压力值则逐渐增大,全封闭土压力值变化率更显著。     

冻结作用下非饱和黄土水分迁移试验研究

首先自制了冻结作用导致水分迁移的试验装置,采用未设置格栅试验装置得到了液态水和气态水混合迁移结果,采用设置格栅试验装置得到了阻断液态水迁移通道情况下水分迁移结果.试验结果表明,土样密度、含水量、时间对冻结作用导致的水分迁移进程均有影响.冻结过程冻结锋面的推进使冻结区域含水量明显增大,未冻结区域含水量明显减小,冻结锋面处含水量增加最大.相对于未冻结区域水分迁移进程,水分向冻结锋面的迁移是比较缓慢的.干密度较小土样冻结区域含水量增加值小于干密度较大土样,干密度大,冻结锋面处的含水量增量相对较少.初始含水量越大,冻结锋面土体含水量增加值越大,并形成冰层.随着时间增加,冻结锋面处的含水量增加,但后期含水量随时间的增加值明显小于前期,在冻结锋面冰层形成初期,未冻结区域水分向冻结锋面迁移量大,冰层形成以后水分迁移量小.当土样初始含水量比较小时,设置格栅阻断液态水通道对冻结作用导致的水分迁移进程影响不大,向冻结锋面迁移水量主要来源于气态水迁移.当土样初始含水量比较大时,和混合迁移试验结果相比较,设置格栅阻断液态水迁移通道后向冻结锋面迁移水量明显减小.     

多因素耦合作用下砒砂岩冻胀性能试验

为研究含水率、温度、干密度与砒砂岩冻胀率的关系,针对内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗砒砂岩进行不同含水率、不同温度、不同干密度下多因素耦合冻胀试验.研究结果表明:砒砂岩含水率在11%以下时,几乎不发生冻胀;含水率为12%~16%时,冻胀率随含水率增加呈线性增大;冻胀率随干密度的增大而增大,当冷端温度达到-20℃时,表现异常;冻胀率随冷端温度的降低而增大,但干密度为1.85 g/cm3的试件,冻胀率随冷端温度的降低冻胀率有减小态势.运用spss软件对试验数据进行多元非线性回归,确定了含水率、干密度、冷端温度多因素耦合作用下冻胀率的回归方程.     

双向冻结单向融化土冻融循环下的融沉及压缩特性

自行设计了冻土冻融循环装置,基于此开展不同上边界冻结温度条件下粉质黏土的冻融循环试验.试验结果表明:1)随冻融次数增加,经高温冻结冻融作用和经低温冻结冻融作用当干密度ρd≤1.42g/cm3时,试样以压密变形为主,而低温冻结冻融作用后ρd1.42g/cm3的试样则以膨胀变形为主;第2次冻融作用与第1次冻融作用相比,高温冻结冻融作用后的试样融沉系数α0大幅度降低,而低温冻结冻融作用后的试样α0则表现为增加;随冻融次数增加,α0趋于稳定值α07,且α07随上边界冻结温度的增加而增加.2)当上边界冻结温度高于-2.8℃时(包含-2.8℃),不同干密度土样冻融1次后压缩系数mv均降低,当上边界冻结温度低于-2.8℃时,ρd≥1.42g/cm3的试样1次冻融后的mv增大,ρd1.42g/cm3的试样mv则减小;随冻融次数增加,mv逐渐增大并逐渐趋于稳定值mv7,且mv7随上边界冻结温度的降低而增加.     

长春市道路冻胀耦合模型研究

在季节性冻土地区,道路随季节交替发生冻融循环变化.本文讨论了土质、温度、含水量、荷载对冻胀的影响,将水、热、力进行综合分析,建立了长春市道路的冻胀耦合模型,研究了冬季冻结过程的温度、湿度及应变的变化规律:(1)路基土体内的水分向冻结锋面的迁移,使冻结区含水量增加,在冻结稳定后,在冻结锋面附近形成一个含水量峰值约60%;(2)路基内的温度由开始的不均衡状态逐渐向线性分布发展;(3)因冻胀其体积应变随着冻结深度的增加而减小,在冻结锋面上体积应变也达到了极值.     

关于非饱和膨胀土水体积变化系数计算的思考

非饱和膨胀土地基水分运动及其病害非常常见,水体积变化系数是计算非饱和土体水分迁移的重要参数,含水量和干密度是影响水体积变化系数的重要因素。在以往的研究中,对非饱和膨胀土的讨论非常少见。本文对水体积变化系数的计算过程和结果进行分析,得到了土体水体积变化系数随含水量、基质吸力和干密度变化的规律,并从微观结构变化的角度加以探讨,深入了对非饱和膨胀土的工程性质的认识。     

黏土冻胀性的影响因素分析

通过试验研究了温度、饱和度和干密度对黏土冻胀性的影响。试验采取自由冻胀的方式,通过温度探针监测试块内部温度变化,同时利用三维应变花测试黏土试块的应变和冻胀性随温度变化的发展过程和规律。通过数据处理分析,得到了温度、饱和度和干密度对黏土冻胀性的影响。研究表明：在冻结阶段,应变急剧增大;冻结完成后,在温度保持不变的情况下应变有小幅减小。在温度、饱和度相同的条件下,对于饱和状态土,干密度越大冻胀性越小,而对于非饱和状态土,干密度越大冻胀性越大。在温度、干密度相同的条件下,饱和度越大,则冻胀性越大。     

冻融循环条件下细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性试验研究

硫酸盐渍土在失水或者温度降低的情况下会产生盐胀现象,严重影响结构物的正常使用.为研究细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性,选取青海乐都公路段二十里铺区沿线硫酸盐渍土,采用自制试验箱,开展室内冻融循环试验,分析含盐量及冻融循环次数对法向盐冻胀力的影响.试验结果表明：冻融循环过程中,土中盐溶液向土体上表面迁移,同时析出的盐结晶和冰结晶使土样中硫酸钠溶液浓度增大,从而引起土体膨胀变形.压实系数为0.93、含水率为20%的细粒硫酸盐渍土盐冻胀力随着含盐量和冻融循环次数的增加而增大,盐冻胀力的增长趋势随着冻融循环次数的增加逐渐降低;在一个冻融循环周期内,按照盐冻胀力中盐胀占比及冻胀占比随温度变化的规律,将盐冻胀力变化分为四个阶段：盐胀阶段、盐冻胀耦合阶段、冻胀阶段、融化阶段,并测得含盐量为1.5%～4.0%的细粒硫酸盐渍土冻结温度在2～-5℃内变化,且冻结温度随着含盐量的增加而降低;盐冻胀力冻结峰值与残余值随着冻融循环次数的增加而增加,表明细粒硫酸盐渍土的盐冻胀力具有累加性,且含盐量越大累加性越强.     

正冻土中的水热耦合模型

根据温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理,建立了模拟标准样品无盐土冻胀过程的水热耦合模型。模型需要输入的参数包括：干密度、含水量、孔隙度、未冻水含量（－1℃)、导 热系数、渗透系数及边界温度条件、冻结周期和时间步长等。计算结果包括：冻胀量、冻结深度、冰分凝温度、冻结缘厚度。通过与实际冻胀实验结果比较,模型所预测的冻胀量和浆深与实测值相差分别为1.12%-15.77%和5.38%-10.35%,冻结缘的厚度变化在时间上有三种方式：即持续增大、 增大后逐渐减小、增大后相对稳定。     

青藏高原季冻区砂砾土冻胀特性试验Symbol`@@

为探索青藏高原季冻区砂砾土的冻胀特性,为机场工程防冻胀设计提供依据,首先进行颗粒分析实验、击实实验等砂砾土的基本特性实验,为冻胀率室内实验提供相应依据,然后在传统冻胀率室内实验装置的基础上针对砂砾土粒径大的特点进行改进,利用改进后装置进行一系列正交试验,研究含水率、含泥量、压实度、上覆荷载、补水对冻胀率的影响规律. 试验结果表明：在封闭条件下,冻胀率随含水率的增大而线性增大;随含泥量的增大呈非线性关系递增;随压实度的增大呈先增大后减小的趋势,在压实度为95%的状态下达到最大值;随上覆荷载的增大呈线性关系平缓递减. 在外界补水条件下,冻胀率增大3倍以上. 经多元回归分析,得到了多因素综合影响下的回归预报公式. 各个因素对冻胀率的影响从大到小依次为：补水,含水率,含泥量,压实度,上覆荷载. 在工程实际中,控制补水、含水率、含泥量是防冻胀设计的关键.     

生态型护岸结构冻胀适应性的试验示范研究

通过对3种生态型护岸结构冻胀融沉变形的观测,分析了格宾网垫护坡和铰链式护坡结构冻胀量的发展变化过程及残余变形的分布情况。根据观测结果分析,得出以下结论：格宾网垫护坡和铰链式护坡结构是柔性护坡结构,整体性好,具有自愈的功能,能够很好的适应冻胀变形;冻胀量的变化与现场试验段土体含水率的分布情况关系密切,本次观测最大冻胀量均发生在渠坡1/2处。     

不同人工冻结方向条件下土的冻胀试验研究

为了解决人工冻结施工中的冻胀问题,从工程实际出发,进行不同人工冻结方向以及不同冻结温度模式(恒温和正弦变温)的冻胀试验研究,并对试样的温度场、冻胀量、含水率及干密度等进行对比分析.试验结果表明:在相同试验条件下,正弦变温冻结试样的冻胀量值最小,自下而上恒温冻结试样的冻胀量最大;自上而下恒温冻结、正弦变温冻结和自下而上恒温冻结试样的含水率和干密度变化趋势相同,可知在相同试验条件下,冷端输出的冷能一定时,人工冻结试样内部水分迁移规律将相同.     

长春地区公路路基土冻胀敏感性因素分析

以吉林省内3条干线公路路基土为研究对象,研究土(粒度成分、矿物成分、盐分,尤其是微观结构、土体密度)、水分、温度及荷载对冻胀的影响.通过室内物理化学试验、冻胀试验、SEM图片测试分析及野外长期观测,获得大量数据.分析表明:路基土具备冻胀的优势条件;亲水性强的黏土矿物含量越高未冻水含量越少,不利于冻胀;土体起始冻胀含水率随压实度增大而减小,压实度相同时,粉质黏土起始冻胀含水率大于黏土;压实度对冻胀影响有一个敏感值,研究区此值为95％;0～-5℃是产生水分迁移的主要温度;研究区路基土具团聚结构,单元体排列不定向.颗粒之间微孔隙发育,为毛细水上升提供有利通道,也为结合水提供赋存空间;以上结果为长春地区道路冻害防治提供理论依据.     

水泥改良西藏林芝地区粉土路用性能试验研究

为解决西藏林芝地区路基填料问题,对林芝地区粉土进行水泥改良处理并进行击实试验、CBR试验、无侧限抗压强度试验和冻胀融沉试验,研究不同水泥掺量对改良土的最大干密度、最优含水率、CBR值以及冻融循环下改良土的物理力学性质的影响。试验结果表明:不同掺量的水泥改良粉土的最优含水率几乎不变,最大干密度随掺量增加缓慢增大;在冻融循环作用下水泥改良粉土仍为脆性破坏模式,水泥改良粉土的第5次冻融后和第10次冻融后的单轴应力应变曲线几乎趋于重合,在实际工程中可以以冻融循环5次后的强度作为水泥改良土的设计参考强度;在考虑冻融循环作用下,西藏林芝深厚粉土区域二级公路上路床粉土填料的最优水泥掺量为4%以上。     

人工冻结过程中温度场的试验研究

为了研究人工冻结过程中温度场的变化规律，利用自行研制的人工冻结冻胀融沉模型试验装置，对徐州地区常见的粘土进行了12次大规模的冻融试验，分别模拟了封闭系统和开敞系统下人工冻土中温度场的变化情况，并与现场实测数据进行了分析比较，提出了在冻土体和受冻结影响的土体中的温度与距离分别近似成线性，已冻土体中的温度梯度比未受冻结影响土体中的大等几点结论．     

蒲石河电站面板堆石坝垫层料冻胀试验

研究级配、粉粘粒含量、含水率、上覆荷载对冻结过程中冻胀量、冻胀速率的影响,以保证冬季面板堆石坝工程的安全。以蒲石河地区的经验冻结速率为条件控制冻结,采用自上而下的冻结模式,冻结速率控制为20 mm/d。当级配石料粉粘粒含量小于12%时,基本为无冻胀或弱冻胀,冻胀量随粉粘粒含量增加呈线性增长;粉粘粒含量相同时不同级配改变了含水量与冻胀量之间的线性关系的梯度。反向压力与冻胀力相平衡,限制了冻胀时的体积膨胀,工程中宜采用7.5%含水率和12%的粉粘粒含量的级配石料,使用密度为59 g/cm3的混凝土面板可以抑制冻害的发生。     

粗颗粒硫酸盐渍土地基盐-冻胀界限深度模型试验

为完善粗颗粒硫酸盐渍土盐胀理论,研究其盐-冻胀力的影响因素及变化机制,人工配制96组粗颗粒硫酸盐渍土试样,通过自主设计的试验装置,进行室内模型试验研究。结果表明：盐-冻胀力的敏感温度区间为-0.2～-1.0 ℃;含盐量不影响盐-冻胀力随温度的增长规律,与含水量共同决定最大盐–冻胀力的大小;对于相同孔隙比的试样,含水量的增加使其发生峰值盐-冻胀力所需的含盐量增加。当含盐量一定时,含水量的增加反而使其峰值盐-冻胀力减小;盐渍土试样在孔隙比为0.55和0.58时峰值盐-冻胀力分别出现极小值和极大值,这与盐分在土颗粒骨架间的结晶位置有关。基于试验结果,运用分层总和法给出工程适用的粗颗粒硫酸盐渍土地基盐-冻胀界限深度表达式,为粗颗粒硫酸盐渍土地基盐-冻胀变形的量化评价和设计提供重要参考依据。     

季冻区土冻胀量影响因素的灰关联度分析

正交试验设计是安排多因素试验的一种科学方法,灰色关联度法可以分析各因素各水平对正交试验结果影响的主次关系.本文用灰关联度分析法对室内正交冻胀试验结果进行分析,得出长春季冻区土的压实度,含水量及冻结温度对冻胀量影响大小的排序,结果表明,土的含水量与冻胀量的关联度最大,与压实度的关联度次之,与温度的关联度最小。