人工冻土冻胀、融沉特性试验研究

摘要

人工冻土冻胀融沉特性研究是人工冻结法向城市地下空间推广应用的关键技术和重要基础研究工作.由于目前国内缺乏统一的冻结温度及冻胀试验装置,该文自行研制了可实现微机数据采集的冻结温度及冻胀试验装置.利用该装置首次针对南京地区典型土质——淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂,采用单因素和正交试验系统地进行了冻结温度、冻胀和融沉试验.通过试验得出了冻结温度随土质、含水量、干密度、含盐量及水质的变化规律,研究结果表明,含盐量对冻结温度影响最显著,而千密度对冻结温度无影响.通过开放和封闭系统冻胀试验研究了冷端温度、含水量、千密度及上部荷载对土体冻胀的影响,冻胀率随冷端温度降低和含水量的减小而线性减小、随上部荷载增大呈指数规律减小;其中含水量的影响最显著,冷端温度次之.并获得了南京地区淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土在封闭、开放系统中冻胀预报统计模型——各因素对冻胀的综合作用通过单项对冻胀的相加模型来表示.研究结果表明粉砂冻胀率是淤泥质粘土冻胀率的十分之一,冷端温度、含水量两个因素变化对其冻胀率几乎不产生影响,因此在砂性等无粘性土中应用冻结法对周围环境危害较小.通过土体融沉试验,首次发现三种土质融沉系数随千密度变化均存在一个对应土体最小融沉系数的临界千密度;融沉系数随含水量的增大而增大,并存在一个含水量转折点,但不同土质其变化趋势不同,淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土小于该含水量时融沉系数变化率较小,超过这个含水量后变化率变大并线性增大,粉砂小于该含水量时融沉系数变化率较大,超过这个含水量后变化率变小并线性增大.论文最后讨论了研究成果在工程中的应用,并提出了抑制冻胀减小融沉的措施,这些工作对今后人工冻结在城市地下工程中应用和减小对周围环境的危害具有重要的实用价值和理论指导意义.

目录

文摘

英文文摘

致谢

1引言

1.1国内外研究现状

1.1.1人工冻结技术发展

1.1.2冻胀融沉理论、预报与装置

1.2课题研究目的及意义

1.3研究内容

2试验装置研制

2.1冻结温度试验装置

2.2冻胀试验装置

2.3数据采集系统

2.3.1温度数据采集

2.3.2位移数据采集

2.4装置运行效果检验

3人工冻土冻胀、融沉试验

3.1试验设计

3.1.1冻结温度试验

3.1.2冻胀试验

3.1.3融沉试验

3.2试验方法与步骤

3.2.1土样制备

3.2.2冻结温度试验

3.2.3冻胀试验

3.2.4融沉试验

4试验数据处理与结果分析

4.1冻结温度试验结果分析

4.1.1土体冻结过程中温度与时间关系解析

4.1.2冻结温度试验数据汇总

4.1.3土质对冻结温度影响

4.1.4干密度对冻结温度影响

4.1.5含水量对冻结温度影响

4.1.6含盐量对冻结温度影响

4.1.7水质对冻结温度影响

4.2冻胀试验结果分析

4.2.1冷端温度对土体冻胀影响

4.2.2含水量对土体冻胀影响

4.2.3干密度对土体冻胀影响

4.2.4荷载对土体冻胀影响

4.2.5淤泥质粘土冻胀正交试验

4.2.6各因素对土体冻胀综合影响模型

4.2.7与土体单向冻胀相关的几个问题

4.3融沉试验结果分析

4.3.1数据计算方法

4.3.2干密度对土体融沉特性影响

4.3.3含水量对土体融沉特性影响

4.3.4淤泥质粘土融沉正交试验结果

4.4研究成果的工程应用讨论

4.4.1土体冻结温度

4.4.2冻胀影响因素

4.4.3融沉影响因素

5主要结论

6论文不足与进一步研究展望

参考文献