黏质粉土冻胀过程中水分重分布和密度变化规律

为了探究黏质粉土冻胀过程中水分重分布和密度变化规律,通过4个不同顶板温度条件下黏质粉土的单向冻结试验,采用切层法和计算机断层扫描(CT)对试样冻结前后的分层含水率数据和分层密度数据进行了分析。结果表明:试样冻胀是由水分迁移和初始土样中的水分重分布后在已冻区和冻结缘区域发生相变后体积膨胀所控制的;试样冻胀后已冻区密度减小,未冻区密度增大,与含水率的变化规律相反。整体试样的宏观冻胀包含了已冻区的冻胀作用和未冻区的固结作用。     

季冻区粉质粘土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明：冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现本文提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

青藏铁路安多段深季节冻土特性及工程措施

深季节冻土地基的冻胀和融沉循环特性对建筑物极为不利.以青藏铁路安多段为工程背景,总结了安多段深季节冻土的工程特性,阐述了深季节冻土的冻胀、融沉和主要特点,分析了深季节冻土对铁路路基的影响,从季节冻土地区路堤最小高度和地基沉降控制角度提出了合理的工程措施.     

季冻区粉质黏土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明:冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39 cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现所提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

非补水条件下同心压实黄土的冻融特性

为揭示宁夏压实黄土在非补水条件下的冻融特性,结合当地地域特点,设计正交试验方案,采用封闭系统一维单向冻融试验方法,研究了宁夏压实黄土的冻胀融沉变形随压实度、饱和度和冻融循环次数变化的规律,建立了冻胀率、融沉系数与压实度、饱和度和冻融循环次数的关系模型。结果表明：非补水条件下,冻融循环对压实黄土的冻融变形有明显影响,饱和度越大,影响越明显;饱和度<40%时,试样表现为冻缩融胀现象,且压实度越大,冻缩融胀越明显;冻胀率与融沉系数均随压实度的增大而减小,随着饱和度的增大呈非线性增大;压实度和饱和度对冻融变形的影响非常显著,尤其是饱和度的影响,饱和度由40%增加至85%,冻胀率最大增量约5%;建立的冻胀率和融沉系数的模型显著性高,与各因素有很好的相关性,可用于预测封闭系统非补水条件下压实黄土的冻融变形。     

冻融循环作用下水泥土统计损伤模拟方法研究

季冻区公路水泥土路基在历年冻融循环作用下,常发生翻浆、冻胀现象威胁道路行驶安全。为了研究冻融循环作用下水泥土变形破坏全过程,根据弹性模量衰减规律定义冻融损伤变量,假设受荷损伤微元强度服从Weibull概率密度分布,得到受荷损伤变量,从水泥土受荷微单元和冻融微单元之间的关系出发,构建冻融、受荷总损伤变量。引入损伤修正因子,建立新的冻融循环作用下的水泥土统计损伤模型,基于试验成果和线性回归曲线拟合法,求取模型参数。开展不同冻融循环次数下的水泥土三轴压缩试验,分析损伤累积规律,利用所建模型辨识水泥土试验数据,证明所建模型的合理性和可行性。研究成果为冻融循环作用下水泥土力学行为模拟和季冻区公路路基设计、施工及养护提供一定参考。     

多功能冻胀试验系统研制及应用

冻结工法广泛应用于各种工程领域中,引起的冻胀融沉问题不容忽视;但传统冻胀试验装置已无法模拟日益发展的冻结工况。研制一台能够反映实际冻结工况的人工冻土多功能冻胀试验系统显得尤为重要。在传统冻胀试验机基础上,拓宽试验温度控制系统可使试样顶部、底部、环境温度任意设定;增加试样测试模具类型可模拟竖向与侧向两种冻胀形式;增加伺服电机驱动系统可实现大应力加载;对试验结构进行模块化可使试验操作简单。通过选择合适的模具与试验边界条件,即可对实际工况冻胀力进行测试。基于本冻胀试验系统,进行了单、双向冻结模式冻胀试验,结果表明冻胀力取值是否合适与试验边界条件选择密切相关,证明本试验系统研制具有重要现实意义。     

补水条件下压实黄土的二维冻融变形特性

为探索压实黄土的二维补水冻融变形特性,固定饱和度为60%,变化压实度依次为0.86、0.90、0.94和0.98,及固定压实度为0.94,变化饱和度依次为30%、40%、50%和60%,用定饱和度法进行了压实黄土在20次冻融循环内的二维补水冻融试验。二维补水冻融试验结果表明:试样竖向为冻胀和融沉,水平向为冻胀和融胀;随冻融次数的增加,试样冻结后的高度呈先迅速增大后缓慢减小的趋势,竖向融沉由小于竖向冻胀逐渐转化为大于竖向冻胀,数次冻融后试样的高度小于初始高度,试样的宽度持续增大,水平融胀是竖向融沉增大的主要原因;相同饱和度条件下,试样的冻胀率、融沉系数和体变率在某冻融次数前随压实度增大而减小,之后随压实度的增大而增大,压实度可以延滞冻融变形的发展,但会加大冻融变形的稳定值;相同压实度条件下,试样的冻胀率、融沉系数和体变率随饱和度的增大而增大,但体变率随着循环冻融次数的增加有趋同性;压实度不仅影响体变率达到稳定值的冻融循环次数,而且影响稳定值的大小,饱和度仅影响体变率达到稳定值的冻融循环次数。研究结果对季节性冻土地区压实黄土岸坡工程的冻害评价与防治有重要意义。     

淮南弱膨胀土冻胀融沉特性

采用自行研制的冻胀融沉试验系统,对淮南弱膨胀土进行不同含水率、冷端温度等条件下的室内冻胀和融沉试验。结果表明:土体冻胀率随含水率、冷端温度和干密度的升高而增大;而随着含盐率的增加,冻胀率呈现减小的趋势,冻胀率与时间关系的可用指数函数y=a(1-e~(-bt))描述。通过温度和水分变化规律可知,距离冷端越远,温度下降速率越慢,达到稳定状态的时间越长。土体冻结深度随温度降低而增加,且与温度场发展规律一致。由于冻结过程中的水分迁移,使冻结区的含水率普遍大于初始含水率,而未冻区含水率则小于初始含水率,在冻结缘附近含水率达到最大,水分在此处集聚形成分凝冰夹层。另外,融沉试验的结果说明了土体融沉量会随含水率升高和温度降低而增大,由各级荷载下的融沉量确定融沉系数和体积压缩系数,为冻土沉降计算提供参数。     

基于离心模型试验的砂土管涌特性研究

根据离心模拟技术的特点,运用自行研制的离心模拟试验装置,对几种不同颗粒组成的砂土进行了1g重力加速度和Ng离心加速度下的室内管涌试验.在相同试验容器内进行相同颗粒含量、相同密度和相同尺寸的砂土常规试验和离心模拟试验.砂土离心模拟试验结果表明:离心模拟技术可以用来模拟砂土的管涌特性;砂土在Ng离心加速度下的临界水力梯度与1g重力加速度下的临界水力梯度之比为0.8~1.0.     

Calculation theories and analysis methods of thermodynamic stability of embankment engineering in cold regions

The calculation theories and analysis methods of thermodynamic stability of embankment engineering in cold regions are systematically summarized.The engineering theories and methods taken to control frost heave and thaw settlement in seasonal frozen soil regions may not be applicable in permafrost regions.The active cooling technology of roadbed should be utilized to limit the effects caused by both climate changes and human engineering activities.The paper mainly discussed the calculation theories and analysis methods of four kinds of embankment structures,i.e.,the crushed-rock embankment,duct-ventilated embankment,thermosyphon embankment,and composite embankment.It is expected that a scientific basis could be provided for the theory,design,and application of embankment constructions in cold regions.     

封闭系统条件下压实黄土的二维循环冻融变形特性及其评价

道路、渠道和土石坝等工程的冻融为二维冻融,为探索土在二维循环冻融作用下的变形规律和评价方法,以宁夏同心黄土为对象,压实度和饱和度为因素,试验研究了压实黄土在封闭系统条件下的二维循环冻融变形特征,变化规律,分析了因素的作用机理和显著性,提出了二维冻融变形评价方法。试验结果表明:封闭系统条件下,压实黄土的二维循环冻融变形以水结冰膨胀效应为主导,竖向表现为冻胀和融沉,水平表现为冻胀和融胀。水平和竖向冻胀变形的比值随冻融循环次数的增加而增大,最大比值约2倍。水平融胀明显地小于竖向融沉,二者的比值平均约0. 43。较一维封闭系统竖向冻融,二维冻融的竖向融沉变形占竖向冻胀变形的比例大,竖向冻融变形波动明显,且冻融体变率高。压实度和饱和度对压实黄土二维冻融变形的影响均非常显著,是主控因素。评价指标合理,能直接或间接表征冻融对土的几何、物理和力学性能的影响。研究结果对宁夏压实黄土岸坡工程的冻害评价与防治具有重要的现实意义,对土二维冻融效应的深入研究具有引导和促进作用。     

长春地区粉质黏土融沉性质及影响因素试验研究

粉质黏土是一种对温度极其敏感的土,在季节性冻土区通常会产生较大的融沉变形,给道路、铁路等建构筑物造成严重破坏。长春地区土层以粉质黏土最为普遍,由于纬度、海拔、气候等原因,这里的粉质黏土融沉性与其它地区的有所不同,其影响因素的影响程度也有所不同。本文以长春地区粉质黏土为研究对象,通过对原状土样进行融沉压缩试验、冻胀试验和导热系数试验,分析了融沉系数与各因素之间的关系,提出了融沉系数经验公式,并采用灰色关联理论分析了各影响因素对融沉系数的影响程度。结果表明：①融沉系数随含水率、超塑含水率增大而增大,随干密度、烧失量增大而减小,其中可塑性影响最大;②融沉性与冻胀性呈显著正相关,冻胀率和冻胀压力越大,融沉系数越大;③粉质黏土融沉系数随深度的增大而增大,最大值出现在9～12m区间内;④长春地区粉质黏土的最优干密度为1.625g/cm_³;⑤根据灰色关联分析结果,长春地区粉质黏土各影响因素对融沉性的影响顺序由大到小依次为塑性指数、干密度、含水率、超塑含水率、导热系数、冻胀率和冻胀压力。在实际工程中可采取控制最优干密度或调整级配的方法来提高地基土或回填土的密实性,研究结果可为长春地区进行公路、铁路、地铁深基坑、建筑基础施工等提供科学依据与理论参考。     

多年冻土路堤水平排水板的作用机理与试验研究

为了解决青藏高原的冻土浅层雨季雨水下渗和蒸发所产生的冻土冻胀与融沉问题,在青藏高原开展水平排水板结构性路基和普通通风路基的原位模型对比试验,并从理论上探讨水平排水板在多年冻土路基中浅层重力排水和结构加劲的作用机理,确定水平排水板的铺设参数;运用光纤监测技术对水平排水板在多年冻土路基中的变形进行监测,对比分析水平排水板铺设与否这2种条件下冻土路基变形监测结果.研究结果表明:铺设水平排水板缩短了冻胀变形的冻结期,延长了相对稳定的稳定冻结阶段,减小了冻胀变形范围和冻胀变形;在铺设水平排水板的路基段,最大融沉变形为3.7 mm,累计最大冻胀变形为5.7 mm,而在未铺设水平排水板的试验路基段,最大融沉变形为3.1 mm,累计最大冻胀变形为9.2 mm.水平排水板在冻土路基工程中,可以有效控制雨水量在路堤下的下渗,减小雨水下渗量所带来的多年冻土路基的冻胀变形.     

土工模型试验在教学中的应用探索

适应土木工程学科实验教学改革的创新要求,根据理论性和实践性并重的课程特点,提出两类土工模型试验在教学中的应用。其一是土力学综合性试验,将土力学课程常规试验项目与地基沉降的模型试验组合进行。其二是地基基础模型试验,分析基础模型与地基土的共同作用的承载性状和变形特征。通过试验的设计、测试和分析的过程,不仅有利于学生掌握理论知识,而且有助于培养学生的创新思维、实践能力和科学素质。     

拓宽路基荷载下管桩复合地基沉降变形模式

为揭示拓宽路基荷载下管桩复合地基沉降变形特征及采用管桩处治技术缓解地基差异变形效果,开发土工构造物变形测试系统,升级传感器电测手段,建立与实际应力相符的离心试验模型,并借助有限元数值分析方法,系统研究了新老路基表层和管桩复合地基变形性状。研究结果表明：管桩处理能够快速控制软土地基的沉降,进而有效缓解拓宽新老路基的差异沉降;新老路基的沉降量对路堤高度的变化比较敏感,路堤填方高度变化会带来较大的地基沉降量的变化;路堤填方高度越小,管桩对于减少新老路堤变形的作用就越明显;在拓宽路基荷载的作用下,管桩复合地基最大沉降值位于拓宽荷载的形心垂线处。     

含泥量对砂砾土冻胀特性的影响

 为得到含泥量对砂砾土冻胀特性的影响规律,为实际工程防冻胀设计提供理论依据,利用改进的冻胀实验装置进行室内实验,研究了不同含泥量、相同饱和度条件下及相同含泥量、不同含水率条件下砂砾土的冻胀特性。研究结果表明,在封闭条件下,饱和度一定时,冻胀率随含泥量增大而增大,说明过高的含泥量能够产生较大的冻胀,因此控制含泥量是防止砂砾土冻胀的有效措施;含泥量一定时,冻胀率随含水率增大而增大,说明砂砾土的冻胀率受含泥量和含水率共同影响,因此要同时注意防排水和控制含泥量。传统研究通常认为,砂砾土由于粒径较大冻胀不明显,但本实验结果表明,具有一定量的含泥量和含水率的砂砾土也能产生比较明显的冻胀,对工程建设有较大影响,因此在工程实际中不能忽视砂砾土的冻胀。     

Engineering Geological Zoning of Soft-Soil Foundation Based on Combination Weighting and Extension Methods

Different criteria and factors are used in different methods of soft soil foundation settlement calculation and engineering geological zoning.The methods used are not universally suitable for complex geological environments.The post-construction settlement of soft soil foundations are especially large and difficult to calculate.In addition,there are many deficiencies in the current methods used for engineering geological zoning.Focusing on the need of establishing engineering geological zoning for areas with soft soil foundations in the Tianjin Marine Economic Area,combination weighting and extension methods were introduced.An evaluation model for the settlement of soft soil foundations was established using multiple factors and large amounts of data.This evaluation model is accurate and objective for delineating engineering geological zoning.These methods eliminate deficiencies by considering both objective and subjective factors,and help obtain an objective and accurate result.     

冻土冻胀融沉的研究进展

论述了冻土冻胀、融沉研究的现状 ,总结了当前冻胀融沉机理、数值预报模型和防冻害措施的研究成果 ,探讨了目前冻土冻胀、融沉研究存在的不足之处 ,并对今后的研究方向进行了展望。指出应对冻胀水、热、力、位移的耦合作用进行理论和试验研究 ,建立更合理有效的冻胀、融沉预报模型 ,开发预报冻胀、融沉的软件 ,加强实验和工程验证     

塑料排水板处理软基的离心机试验研究

京沪高速铁路沿线软土分布广,为了选择合理的软土路基处理方法,通过无处理软土路基和塑料排水板地基的土工离心模型试验,探讨了路基不同点沉降与时间的关系、不同深度处横向位移的大小以及塑料排水板对路基沉降控制的效果.结果表明,最大沉降都发生在路堤面中心线处,最大水平位移发生在坡角下6.6 m的地基中,荷载影响深度约为13 m.塑料排水板地基与无处理地基相比,沉降有所减小,但竣工3年时沉降仍未稳定下来,因此应与其他软基处理方法联合应用.