水泥改良粉质粘土冻胀融沉特性研究

摘要

水泥土加固法与人工地层冻结法是岩土工程中最常用的两种施工方法，但两者都有着各自的缺点，前者在控制地下水渗流上往往出现问题，后者产生的冻胀融沉易对周围环境造成影响。随着实际工程中遇到的地质条件越来越复杂，开始有研究人员提出将两者相结合的新方法，即先对地质条件较差的地层进行水泥注浆改良，然后再进行人工冻结的方法。然而目前对水泥改良土冻胀融沉特性的研究相对较少，本课题即在此背景下提出，通过室内试验和数值模拟相结合的研究方法，对水泥改良粉质粘土的冻胀融沉特性开展了一系列研究。 首先，通过常规土工试验和热物理参数试验测试了水泥改良前后土体的含水率、渗透系数、冻结温度和导热系数，总结了各参数在不同水泥掺量、养护龄期下的变化规律，并为后续的室内冻胀融沉试验、数值模拟提供了必要的参考。 然后，在自行设计并加工的室内冻胀融沉试验装置上，开展了水泥改良土的冻胀融沉单因素试验与正交试验，得到了水泥掺量、养护龄期、冷端温度和含水率四个因素对水泥改良土冻胀率和融沉系数的影响规律，及各影响因素的主次关系和显著程度。同时，通过对冻胀融沉试验过程中温度和位移的监测及冻结后土体试样不同部位含水率的测量，得出试验过程中温度场和位移场的发展规律以及水分重分布规律。 最后，参考冻土相变温度场、水分场相关基本方程，建立了饱和正冻土的水热耦合模型，并利用COMSOL Multiphyscis数学模块中的系数型偏微分方程接口建立水泥改良粉质粘土单向冻结二维数值计算模型进行求解，分析了冻结过程中土体试样内温度场、水分场和冻胀量的变化规律，并与室内冻胀试验实测数据进行对比，验证了模型的可行性和有效性。

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