基于含水量和冻融循环的重塑土回弹模量试验研究

 为模拟自然环境因素对人工填筑路基力学性能的影响,以重塑土为研究对象,试验研究土体回弹模量随含水量和冻融循环次数的变化规律。应用静力成型法,使得土体在最佳含水量下压实成型;通过风干和增湿改变试件的含水量,并经历不同的冻融循环次数后,分别测试土体的无侧限回弹模量。试验结果表明：对于最佳含水量下压实的土体,含水量的初次变化是影响回弹模量的主要因素,含水量8%～17%是回弹模量变化最为敏感区域;土体的回弹模量随冻融循环次数的增加大体上呈衰减趋势,但经历6次冻融循环后其回弹模量趋于稳定;相同的冻融循环次数下,土体压实成型后,风干过程中其回弹模量衰减幅度随着含水量的减小而减小,而增湿过程中其强度衰减幅度基本保持不变。     

软岩材料冻融过程中的水热迁移实验研究

研究了寒区冻融环境条件下软岩的水热迁移规律,对两种不同类型的软岩材料进行了开放系统下具有温度梯度的水热迁移实验研究.实验结果表明：不同类型的软岩材料水热迁移程度不同,试样中的石英矿物含量越高,温度场重新分布时间越长;温度梯度是水分迁移的主要驱动力,当温度梯度越大时,水分场则越快达到重新分布状态;孔隙率越高,则冻结过程越长.探讨了软岩材料的水热迁移机理及与冻土材料水热迁移的一致性与差异性.     

等温过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明：在试件中引起水分迁移最主要的因素是基质势和重力势;土体中各点的含水体积分数从试件底部开始到试件顶部逐渐减小;毛细上升高度与时间呈幂函数增加关系,最终趋向于一个稳定数值;水通量与时间呈对数函数递减关系。基于上述试验,应用有限元法进行数值模拟的结果表明：含水量计算值与试验值基本吻合,表明该模型可应用于模拟地下水在路基中的上升过程;在水分迁移的整个过程中,土中孔隙水压力由土柱底端向上逐渐减小;在水分迁移过程早期,土体内部孔隙水压力的变化比较明显且变化速率较快;随着时间的推移,在水分迁移过程后期土体内部孔隙水压力的分布变化不明显且变化速率较小,当渗流稳定时,孔隙水压力沿着试样高度呈线性分布。     

冻结条件下开放体系风积砂水分迁移的动态观测及分析

 为揭示冻结过程中风积砂的水分迁移动力,先使试件在恒温状态下达到补水平衡,之后对试件施加温度梯度,实时监测土体内温度和未冻水含量的变化过程,依据试验结果对入流通量模型进行修正。研究结果表明：在恒温状态下,基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力,水分迁移可以在短时间内完成,补水速率随时间衰减迅速;在温度梯度状态下,根据冻结速率和冻结深度,可将试件分为快速冻结区、过渡冻结区和稳定冻结区;在冻结过程中,试件的入流通量随着冻结速率的减小而逐渐增大,修正后的入流通量模型预测值与实测值基本吻合;在恒温补水平衡的风积砂经历冻结后,从试件底部补进的水全部进入冻结土段,水分迁移动力来源于温度梯度。     

青藏公路湿地路段纵向裂缝形成机制及数值模拟

为揭示青藏公路纵向裂缝形成机制,基于可可西里垭口K3020+200处现场剖面观测及K3016+000处温度场测试结果,分析路肩下厚纯冰层的形成过程及其对路基稳定性的影响;并建立冻结及融化过程中路基纵向裂缝的力学模型,模拟湿地路段路基变形的发育过程。K3020+200处现场观测发现,在路肩、天然地表下存在厚纯冰层;K3016+000处路基不同深度地温时程曲线表明,越接近路表地温的变化幅度越大,路基内部地温变化滞后于路表,地表水经土路肩、边坡及坡脚下渗致使路肩及坡脚处多年冻土上限下降,即路基内部多年冻土上限呈拱形分布。研究结果表明,地表水下渗直接导致厚纯冰层的形成,路肩下厚纯冰层的形成及融化是路基不均匀变形、纵向裂缝形成的直接原因。     

等温过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明:在试件中引起水分迁移最主要的因素是基质势和重力势；土体中各点的含水体积分数从试件底部开始到试件顶部逐渐减小；毛细上升高度与时间呈幂函数增加关系,最终趋向于一个稳定数值；水通量与时间呈对数函数递减关系.基于上述试验,应用有限元法...     

软岩类材料冻融过程水热迁移的实验研究初探

进行软岩类材料-水泥砂浆的冻融水热迁移实验，对两种不同类型的软岩类材料进行开放系统下具有温度梯度的水热迁移实验研究。实验结果表明：不同类型的软岩类材料水热迁移程度不同，试样中的石英矿物含量越高，温度场重新分布时间越长；温度梯度是水分迁移的主要驱动力，当温度梯度越大时，水分场越快达到重新分布状态；孔隙率越高，冻结过程越长。     

东北粘质黄土有害毛细上升高度预测研究

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明:随着时间的推移,湿润锋面由底部逐渐向上迁移,含水量也由试件的底部向顶部逐渐减小,试验结束时土柱中的含水量基本表现出由底部向顶部逐渐减小的趋势.基于上述试验终态时刻土体体积含水量沿试样高度的分布,利用灰色理论预测模型GM(1,1)并结合室内冻胀敏感性试验资料确定出了东北粘质黄土的有害毛细上升高度约为1.12 m.在此基础之上,结合长春地区的最大冻深资料,计算出要保证粘质黄土不产生冻胀,其距离地下水位的最小高度约为2.92 m.     

Numerical analysis of ground temperature in Qinghai-Tibet Plateau

On the basis of the existing theories such as permafrost, thermodynamics and fluid mechanics, as well as the climate features on the Qinghai-Tibet Plateau and the data collected from both laboratory and the on-the-spot test, this paper puts forward a set of analytical methods and a numerical module for ground thermal regime with consideration of engineering surface features and various natural elements such as wind speed, radiation, evaporation. This paper also probes into the defining method for physical thermal parameter of the silty clay and gravelly sand soil, which widely pervades on the Qinghai-Tibet Plateau. The numerical analysis indicates that the ground thermal regime is a comprehensive reflection of various external elements. It is suggested that the variation of external elements should be fully taken into consideration in engineering design. Furthermore, the analysis of the frozen soil subgrade indicates that the transverse thermal difference in subgrade, which affects the subgrade stability     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律,以不同初始含水率、不同干密度的陕北风积砂为研究对象,在不损坏试样的前提下在试验室进行含水率的实时监测。分析了风积砂内部含水率、渗透强度的时空变化规律,得到了土水特征曲线,揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明:在等温条件下,基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力;同一干密度下、不同初始含水率的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同,补水量随着初始含水率的增大而减小,渗透强度随着初始含水率的增加呈现递减趋势;风积砂土水特征曲线的分布包含饱和段、过渡段和不变段,其中同一干密度土样的曲线的饱和段水分分布规律基本相同,过渡段内水分变化梯度存在较大差异,水分变化梯度随初始含水率的增大而逐渐减小;对于不同干密度的风积砂,在相同初始含水率下,补水量和渗透强度随干密度的增加而减小,毛细水上升高度随着干密度的增加而增大。