石灰桩对岛状冻土地基的预融效果试验研究

摘要

东北冻土区地处欧亚大陆冻土带南部边缘，该区冻土属于高纬度多年冻土，沿纬度自北向南依次分布着大片断续多年冻土、大片岛状多年冻土及稀疏岛状多年冻土，分布面积逐渐减少。东北地区岛状多年冻土的特点是纬度高、冻土体量小、热稳定性差。近年来，温室气体的排放导致了全球气候变暖，加剧了冻土的退化速度。冻土病害问题制约着该地区的经济的发展、文化的交流、矿产资源的利用和旅游资源的开发。
　　本文针对东北岛状多年冻土的工程病害问题，通过地质勘查、数值模拟、室内模型试验、现场试验段施工监测，结合漠河地区地质、水文、气象、冻土特征和对东北地区常见冻土病害问题及整治措施等资料的调研分析，在此基础上提出石灰桩预先融化岛状多年冻土地基的整治方案。
　　根据石灰桩预融岛状多年冻土地基的数值模拟、室内模型试验、现场试验得到了以下结论:(1)在低温高湿度的条件下，试样在模具中养护7天、14天和28天的龄期，30％、40％和50％生石灰含量的石灰桩无侧限抗压强度均大于1500kPa;(2)模型试验中石灰桩可以融化1.5d范围内的冻土，现场试验石灰桩的预融半径为1.44～2.17d（d为石灰桩的直径），石灰桩的桩间距可根据实际要求适当调整;(3)石灰桩在融化冻土地基过程会从周围融化了的土体中吸收一部分水参与桩体的熟化反应。(4)石灰桩对冻土地基的变形影响较小，复合地基垂直变形在1.8～3.3cm;(5)通过标准贯入试验和重型动力触探试验测得复合地基的承载力在300kPa左右，满足试验段承载力的设计要求。
　　本文针对东北岛状多年冻土的特殊性，以预先融化冻土为出发点，对整治高纬度岛状多年冻土的病害问题提出了一种新的工程措施。利用石灰桩的热效应及体积膨胀的特性，通过室内模型试验和现场试验段试验，从预融半径、变形量、承载力等方面进行综合的评价，结果表明石灰桩对岛状冻土地基的预融效果较好，能够满足工程的要求。试验结果可供同类工程参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 冻土问题研究现状

1．2．2 预融技术及石灰桩应用研究现状

1．3 研究内容

1．4 技术路线

2 漠河机场工程概况

2．1 工程简介

2．1．1 地形地貌

2．1．2 气候气象

2．1．3 水文条件

2．1．4 地质构造

2．1．5 地层特征

2．1．6 冻土特征

2．1．7 地基持力层承载力

2．1．8 地震效应

2．2 本章小结

3 岛状冻土区石灰桩的预融挤密原理及强度试验

3．1 石灰桩的预融挤密原理

3．1．1 预融机理

3．1．2 挤密机理

3．1．3 石灰桩强度形成机理

3．2 石灰桩的强度试验

3．2．1 生石灰放热试验

3．2．2 生石灰有效成分测定试验

3．2．3 石灰桩配比参数试验

3．2．4 石灰桩强度试验

3．3 本章小结

4 石灰桩预融冻土地基的数值模拟及模型试验研究

4．1 石灰桩预融冻土地基的数值模拟分析

4．1．1 COMSOL求解原理

4．1．2 计算模型及边界条件

4．1．3 计算结果及分析

4．2．1 试验方案

4．2．2 桩间土试样的制作与填筑

4．2．3 石灰桩的制作与填筑

4．2．4 试验结果及数据分析

4．3 本章小结

5 现场试验段石灰桩对冻土地基的预融效果评价

5．1 试验段石灰桩预融冻土地基效果评价标准

5．2 试验段的监测方案及仪器布设

5．2．1 温度监测系统的布置

5．2．2 测温系统的安装

5．3 试验段石灰桩预融冻土地基效果分析

5．4 试验段石灰桩预融冻土地基的变形及承载力评价

5．4．1 石灰桩及地基变形分析

5．4．2 试验段复合地基承载力分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果