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。     

人工冻土融沉特性试验研究

为促进人工冻结技术在城市地下工程中的推广应用,利用自制的冻胀融沉试验装置,对南京地区典型土质进行了融沉特性室内试验.结果表明:并非所有含水土体都产生融沉.只有当土体含水率超过起始融沉含水率后才会融沉.土体融沉系数随含水率增大而增大.且淤泥质黏土、粉质黏土融沉系数随含水率增大而分段线性增大.对于非饱和土,融沉系数与干密度变化规律中存在一个临界干密度,临界千密度对应土体最小的融沉系敷.开敞型冻融时,融沉系数随温度升高而增大,封闭型冻融时,融沉系数随温度升高而减小.粉砂相对于淤泥质黏土和粉质黏土属于非冻胀融沉敏感土.     

浅表土人工冻土冻胀特性的研究

利用自制冻胀试验装置,对淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂在不同冷端温度、含水率及 荷载作用下的冻胀规律进行试验研究。结果表明：在试验含水率及干密度范围内,土体冻胀率随冷 端温度下降线性降低,随土样含水率增加线性增大,随干密度增加而增大,随上部荷载增大呈指数 规律降低。同时对淤泥质黏土进行了正交冻胀试验,表明各因素对土体冻胀率的影响程度的由大到 小顺序为：含水率、冷端温度、干密度、上部荷载。最后给出了不同因素对黏性土冻胀的预测模型 。     

地铁软土层冻融特性试验分析及模糊随机预测

针对南通地铁软土层三类土样进行冻胀和融沉试验,发现冻胀力、冻胀率和融沉系数随着冻结温度降低而增大;在相同的温度条件下,黏土冻融特性最显著,粉质黏土中等,而粉土最弱.受土性、温度、含水率和干密度等因素的综合影响,三类土样的冻融变化规律表现出明显的不确定性.利用两类不同的权值对小波神经网络的激励和输出函数进行修正,利用梯度下降的方法对伸缩和平移参数进行优化.在此基础上,以土性、温度、含水率和干密度为输入量,冻胀率和融沉系数为输出量建立模糊随机小波网络冻融特性预测模型.工程算例表明,模型冻胀和融沉的预测值与具体工程实测值基本吻合,可作为南通地铁及周边地区地下冻结法施工冻融特性预测的有效工具.     

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。     

影响级配碎石填料冻胀特性的多因素渐进回归分析

为研究含水率、干密度、细粒含量、冷端温度耦合作用下级配碎石填料冻胀特性,在封闭系统下进行单向冻结正交试验;采用多元渐进回归分析法,综合考虑单因素及交互作用影响,借助剔除-递补-回归循环机制遴选出显著影响因素,建立冻胀率回归方程,在因素水平范围内,利用所建立的回归方程确定级配碎石填料最大冻胀率相应因素组合。研究结果表明:对冻胀率的影响从大到小依次为含水率、干密度、细粒含量、冷端温度;其中,含水率、细粒含量与冻胀率呈正相关性,而干密度对冻胀率的影响取决于细粒含量和冷端温度,冷端温度影响则取决于干密度,交互作用显著;冻胀率预测值与验证试验结果吻合;控制级配碎石填料含水率4%,可满足冻胀率1%的冻胀防治要求。     

海相人工冻土热物理特性试验研究

【目的】沿海城市轨道交通主要穿越海相深厚软土,需要大量使用冻结法施工,而该地区典型土层热物理特性是冻结法设计的关键依据。研究土质、冻融条件等因素对海相人工冻土冻结温度、热物理性质和冻融性质的影响可为该地质条件下的隧道施工提供基础资料。【方法】选取宁波地区3种典型土层,即淤泥质黏土、粉质黏土和砂质粉土,开展冻结温度和热物理参数测定,以及封闭与开放系统下冻胀融沉试验。【结果】3种土层冻结温度为-0.43～-0.23 ℃,且以砂质粉土的较高,粉质黏土的次之,淤泥质黏土的较低; 不同土层热物理性质不同,但其常温土的导热系数和容积热容量大小呈现一致性,表现为砂质粉土最大,粉质黏土次之,淤泥质黏土最小; 冻土的导热系数、容积热容量和导温系数均大于常温土,冻土导热系数为常温土导热系数的1.37～1.77倍,且颗粒越粗差异越大; 各土层冻胀率和融沉系数相差较大,冻胀率较大的土层其融沉系数也较大,表现为淤泥质黏土＞粉质黏土＞砂质粉土; 开放系统补水冻结过程下各土层冻胀率和融沉系数分别为封闭系统冻结过程不补水工况下冻胀率和融沉系数的1.23～1.88倍和1.21～1.84倍。不论是开放系统还是封闭系统,海相土体各土层的融沉过程相似,可分为缓慢融沉、快速融沉和稳定融沉3个阶段。【结论】海相土体的冻结温度、热物理性质和冻融性质与其土质、状态和冻融条件等因素密切相关,在进行海相土体冻结法设计与施工时,应充分考虑其物理特性的差异性。     

封闭不补水条件下粉土冻胀特性试验研究

为量化初始含水率、干密度和冷端温度对路基粉土冻胀特性的影响,在封闭不补水条件下,采取改变初始含水率、干密度及冷端温度的方法,进行7组室内粉土冻胀特性试验.研究结果表明:初始含水率、干密度和冷端温度三个因素都对粉土冻结深度有影响;粉土的冻胀率与初始含水率、干密度有较好的线性关系;粉土的初始含水率每增加2%,水分迁移量增加1%左右.基于试验结果,从理论上分析冰透镜体的形成与分层,指出冻土中冰透镜体成层分布的现象是由冻结缘在移动过程中速度不匀导致的.研究结论对粉土路基设计和防治粉土路基冻胀灾害有一定的指导意义.     

不同土样冻胀融沉特性实验和数值模拟研究

为了研究土样、荷载、吸水量以及温度等因素对冻胀量和融沉量的影响,运用多功能冻胀融沉实验系统,分别以粉细砂、粉质黏土、黏质粉土和杂填土为研究对象,进行在试件周边和底部限制变形条件下顶部施加不同荷载的冻胀融沉实验。研究结果表明:(1)土样冻胀变化趋势主要分为三个阶段:缓慢冻胀阶段、快速冻胀阶段以及稳定冻胀阶段;(2)随着冻结温度的降低,土样冻胀量均逐渐增大,并最终趋于稳定;(3)冻结过程中吸水量和冻胀量成正比,变现出良好的想关性;(4)在试样上部施加荷载对试样的冻胀产生明显的抑制作用,随着荷载的加大,冻胀量逐渐减少最终接近于零;(5)无论土样是否受到载荷作用,粉质黏土的冻胀率均为最大,而杂填土的冻胀率最小,且黏质粉土的冻胀率大于粉细砂;(6)冻胀量对融沉量影响较大,冻胀量越大融沉量也越大,且融沉量大于冻胀量。研究成果对土体冻胀融沉的研究具有重要的指导意义。     

宁夏饱和黄土的冻胀融沉特性

结合宁夏当地气候和黄土的区域特点,以初始干密度、冻融循环次数为因素,研究了宁夏饱和黄土在不同补水条件下的冻胀和融沉特性,分析作用规律和机理,建立了冻胀率、融陷系数与冻融循环次数和初始干密度的关系模型,为黄土地区的工程冻害防治提供理论和技术支撑。试验结果表明:宁夏饱和黄土的冻胀性大,有外界补水时冻胀率高达14.0%;无外界补水时冻胀率也在4.0%以上。冻胀率随初始干密度变化的规律与补水条件和冻融循环次数有关;有外界补水时,试样的融沉系数大,但随冻融循环次数的变化小,融沉系数随冻融循环次数的变化规律与初始干密度有关。冻融变形达到稳定时的冻融循环次数多,有外界补水时更多;建立的冻胀率、融沉系数关系模型预测结果准确,可信。     

硫酸盐渍土在单向升温时的室内融沉试验研究

硫酸盐渍土的融沉是造成地基二次破坏的主要原因。为了探究不同含盐量和含水率在单向升温条件下硫酸盐渍土的融沉规律,以宁夏地区硫酸盐渍土为研究对象开展室内融沉试验。结果表明：(1)硫酸盐渍土的融沉可根据环境温度的不同分为三个阶段：升温初期（-24℃~5℃）,融沉率增长较缓;升温中期（5℃~20℃）,融沉率增长速率显著;升温后期（20℃~24℃）,在含盐量较低时融沉率趋于稳定,含盐量较高时增长幅度渐缓;(2)含水率低于最优含水率时,2%含盐量土体在升温中期融沉率达到最大,而含水率高于最优含水率时,5%含盐量土体在升温后期融沉率达到最大;(3)含盐量较低（<2%）时,最大融沉率随含盐量增大而增大;含盐量较高（>2%）时,融沉率因含水率的高低呈现两种不同的变化趋势：含水率小于最优含水率的土体最大融沉率开始下降并趋向于稳定,而大于最优含水率的土体最大融沉率继续缓慢增加;(4)建立的最大融沉率预测模型与试验值有较好的拟合效果,可用于硫酸盐渍土融沉率的预测和评价。     

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。     

根河粉质黏土单向融沉特性试验研究

为了揭示根河多年冻土试样在不同水分边界条件和融化温度条件下单向融化时的融化深度、融沉位移、融沉系数及含水率的变化规律,开展了封闭系统及开放系统下根河粉质黏土的单向融沉试验.结果表明,封闭系统下的融化深度大于开放系统下的融化深度,试样融沉位移随融化时间呈现缓慢增大、快速增大和稳定变化三个阶段,最大融沉位移随着顶板融化温度的升高而增大.封闭系统下试样的融沉系数与融化温度呈二次函数关系;开放系统下试样的融沉系数与融化温度呈指数关系.试后含水率最大值为融化界面对应的位置.     

冻融过程中重塑土水盐迁移的试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结、双向融化试验。结果表明:试样温度的改变存在滞后性;离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小;只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

冻融过程中重塑土水盐迁移试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结,双向融化试验。结果表明：试样温度的改变存在滞后性,离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小,只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

考虑土体结构劣化的高原山区桩-土体系数值分析

高原山区土体常年受冻融循环作用,结构不断劣化,导致桩-土界面作用削弱,对 构筑物稳定性产生不利影响 . 本文开展室内试验结合数值模拟,构建了土体在冻融循环作用 下的结构劣化模型,建立了考虑土体结构劣化的水-热-力耦合数学模型并验证了其可靠性 . 基于此,对服役期内高原山区桩-土体系稳定性进行了数值分析 . 试验结果表明,冻融循环条 件下,土体渗透系数及孔隙比随冻融次数增加呈对数型增大,土体黏聚力随冻融次数增加呈 指数型减小,内摩擦角随冻融次数增加呈对数型增大. 服役期内,桩周土体最大冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,最大融沉位移逐年增大,桩周土体整体呈融沉趋势;桩基冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,融沉位移逐年增大,冻胀融沉增长速率不断减小,但桩基融沉位移大于 其冻胀位移. 试验结果可为高原山区桩基础设计提供技术支持与理论指导.     

非充分补水条件下冬灌区压实黄土的冻融变形特性

结合宁夏的气候和黄土区域特点,以压实度和饱和度为因素,设计正交试验方案,用维持饱和度不变的一维单向冻融试验方法,研究压实黄土在非充分补水条件下的冻胀和融沉特性,分析其作用规律,建立冻胀率、融沉系数与饱和度、压实度及冻融循环次数间的关系模型.结果表明,非充分补水条件下,压实黄土的冻胀率和融沉系数均随冻融循环次数的增加而增大,在约12次时趋于稳定,且冻融循环效应随压实度或饱和度的增大而提高.冻胀率随饱和度的增大而增大,随压实度变化的规律与冻融循环次数有关,在7次冻融循环内随压实度的增大而减小,之后随压实度的增大而增大.融沉系数随压实度的增大而减小,随饱和度的增大而增大.压实度和饱和度对压实黄土的冻融变形影响显著,均是重要的影响因素.建立的关系模型预测结果准确,可用于预测非充分补水条件下压实黄土的冻融变形.     

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。     

铜尾矿砂改良红黏土导热性能试验研究

回填土导热性能是直埋电缆载流量的重要影响因素之一。为探究各因素对改良红黏土导热性能的影响规律,制备不同掺砂率、干密度、含水率的试样,在恒温密闭的条件下,采用瞬态热线法测试试样导热系数,分析掺砂率、干密度、含水率对改良土导热系数影响规律。研究结果表明：铜尾矿砂对红黏土导热系数具有较好的改良作用,改良土的导热系数随着掺砂率、含水率均呈现线性增长。改良土导热系数随着干密度的增大,其增长趋势具有阶段性,当改良土的干密度大于1.65 g˙cm-3^时,导热系数的增长速率明显减小。铜尾矿砂对改良土导热系数的影响在于其中大量石英改善了固体骨架之间的传热效率。含水率和干密度对改良土导热系数的影响,主要在于其使改良土的三相传热方式发生了改变。基于测试结果,构建预测改良土导热的新模型,其能够较好预测改良土导热系数。     

压力作用下冻结粉质粘土的水分迁移特征

水分迁移是引起路基下土体冻胀的重要因素,目前国内外仍采用刚性孔隙来模拟水分迁移,这对承受荷载的土体并不适用。根据能量平衡与质量守恒原理,结合有效应力与孔隙率、体积含冰量与温度的关系,建立了压力作用下的考虑孔隙率变化的一维水热模型。基于改进的水分迁移试验装置,利用粉质粘土进行了开放系统下的水分迁移试验。研究结果表明:随着冻结时间的增长,补水量逐渐增大,导致冻胀过程经历缓慢变形、快速上升和下降3个阶段,荷载对最大冻胀速率的影响明显;最大含水率位置随着冻结锋面的下移而下移;随着荷载的逐渐增大,水分迁移量逐渐减小,开始补水的时间也推后。