黏土单向冻融作用下冷生构造及冻胀特性试验研究

摘要

研究黏土的水分迁移特性,对评估冻融作用对填筑土料的工程影响意义重要.以两河口水电站大坝心墙的填筑土料黏土为研究对象,针对冬季施工现场日循环冻融作用的环境特点,在室内模拟开展封闭系统下短时、高频、浅冻结条件下的单向冻融试验,研究了反复冻融作用下试样的冷生构造、水分迁移和冻胀特性.结果表明:黏土在日变化冻融作用下,试样受影响区域会有分凝冰快速发育,并随冻融条件的变化形成垂直于冻结方向、形态和厚度各异的薄层状冷生构造,并与以往研究存在显著区别.其中,与以往研究相比,受冻融影响区域分凝冰层厚相对较薄、且较为均匀,空间分布差异性表现为下部区域分凝冰的平均层厚相对上部略厚,但分凝冰层的数量增多.该种特性受初始含水率、冷冻温度、冻融次数等影响较大.其中,初始含水率对分凝冰厚度的变化影响最大.冷冻温度对层状冷生构造的发育和分布影响较大,-5°C冷冻温度下,冷生构造的发育程度最为突显;而在-10°C冷冻温度下,分凝冰层厚度和层状冷生构造的分布都较为均匀.冻融作用对层状冷生构造的影响表现为累积过程,冻融次数的增加使分凝冰层数量增多.另外,试样冻胀量较小,受冻融影响区域下部分凝冰起主要贡献作用.研究结果为季节冻土区大坝冬季施工过程的冻融防控具有重要指导作用.