水泥土渗透性及强度与冻胀性关系研究

为了揭示土中掺入水泥对冻胀特性的影响,本文对南京地区典型黏土和砂土掺入不同比例的水泥进行冻胀试验、变水头渗透试验和直接剪切试验.试验结果表明:水泥的掺入改变了土的力学性能,两种土质水泥土渗透系数均随水泥掺量的增加明显减小,内摩擦角和黏聚力均随水泥掺量增大而增大;冻胀率均随渗透系数减小而减小,随水泥土黏聚力和内摩擦角增大而减小;水泥的掺入可堵塞水分迁移的通道,从内部减弱水分迁移的动力,而且掺入水泥后改变了土体级配,增大土体强度,使土颗粒间结合力和抵抗土颗粒骨架变形能力增强,从而使最终冻胀率减小.     

水泥土渗透性及强度与冻胀性关系研究北大核心

为了揭示土中掺入水泥对冻胀特性的影响,本文对南京地区典型黏土和砂土掺入不同比例的水泥进行冻胀试验、变水头渗透试验和直接剪切试验。试验结果表明:水泥的掺入改变了土的力学性能,两种土质水泥土渗透系数均随水泥掺量的增加明显减小,内摩擦角和黏聚力均随水泥掺量增大而增大;冻胀率均随渗透系数减小而减小,随水泥土黏聚力和内摩擦角增大而减小;水泥的掺入可堵塞水分迁移的通道,从内部减弱水分迁移的动力,而且掺入水泥后改变了土体级配,增大土体强度,使土颗粒间结合力和抵抗土颗粒骨架变形能力增强,从而使最终冻胀率减小。     

基于泊松效应抑制低液限粉土填料冻胀效果试验研究

通过室内单向冻结试验,进行在路基中设置应力释放孔、利用泊松效应抑制低液限粉土填料冻胀效果的研究。结果表明:应力释放孔能有效地抑制土体竖向冻胀,且抑制效果随孔洞率增大而更加显著,当初始含水率为22.6%时,孔洞率为1%,2%和4%的试样对应的冻胀变形分别为3.70,2.85和1.03mm,仅为未设置应力释放孔试样冻胀变形的50.48%,38.88%和14.05%;初始含水率为20.7%时,孔洞率为1%,2%和4%的试样对应的冻胀变形分别为2.81,2.05和0.83 mm,仅为未设置应力释放孔试样冻胀变形的48.36%,35.28%和14.29%;含水率是影响冻胀的最主要因素,当试样的孔洞率一定时,初始含水率越高,土体的冻胀变形越大;设置应力释放孔对土样冻结后水分迁移的影响较小,水分迁移规律基本与未设置应力释放孔试样一致。     

封闭条件下粉土填料冻胀特性试验研究

以神朔(神木—朔州)铁路路基冻害严重地段路基填料中低液限粉土填料作为试验土样,进行由上向下冻结的室内封闭系统冻胀试验,分析压实系数、含水率、冷端温度对其冻胀特性的影响。结果表明:低液限粉土填料的初始冻胀含水率和最优含水率相当,约为15%;随着土体初始含水率从15%增大到21%,冻胀量和冻胀率出现显著增大;含水率和压实系数相同时,冷端温度的降低会导致前期冻胀速率增大,冻胀量和冻胀率逐渐增大;其他条件相同时,随着压实系数从0.89增大到0.93冻胀量和冻胀率也略有增大。     

季节冻土区保温法抑制铁路路基冻胀效果研究

模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化;进一步分析表明,铺设保温板后,对路堤中心下冻结深度线的提升具有显著的作用,但对坡脚附近土体冻结深度线影响甚微,应当做好路基边坡防护工作.考虑土体体积力和土体冻结相变产生的膨胀力,采用热弹塑性冻胀计算模型,得到冻土路基冻胀时的变形和应力分布.在此基础之上,对冻土路基发生最大冻胀时的变形场和应力场进行分析,结果表明:利用保温法增大热阻,推迟或预防地基土的冻结,可明显减小路基冻胀隆起变形,使路基中拉应力(拉应变)减小;铺设保温板后路基坡脚附近天然地表下季节冻结层土体仍发生较大冻胀变形,其冻结时巨大的冻结膨胀力对路堤边坡仍有一定的破坏作用.建议与换填法相结合,改善坡脚附近冻胀敏感性土的土质,减弱其冻胀性,从而减小冻胀力对路堤的破坏作用.     

孔隙水含盐量对上海饱和软黏土冻融特性的影响

在河口三角洲地区使用人工地层冻结法修建过江、过海隧道工程时,高含盐量的地层冻结效果不同于以往淡水冻结.以上海市沿江地区软黏土的冻结施工为背景,对不同孔隙水含盐量的重塑软黏土进行单向冻融试验、冻结单轴抗压试验,得到不同孔隙水含盐量下软黏土的热力学特性、冻胀特性、融沉特性,冻结土的强度特性、抵抗变形特性.研究结果表明:孔隙水中的盐分能降低冻结软黏土的抗压强度、弹性模量,给工程带来不利影响;能降低土体的冻胀率、融沉系数,带来有利影响;对传热特性、融沉时间的影响不显著.冻结可以致使孔隙水中的水分子迁移,而对孔隙水中的盐分没有明显的效果.     

不同细粒含量下高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征与冻胀特性

采用自行研发的水气迁移试验装置开展单向冻结试验,研究在气态水迁移和水气混合迁移2种水分迁移模式下,不同细粒含量粗颗粒填料的温度场与冻结深度、外界补水量、水分重分布、液态水迁移高度及冻胀变形的变化规律,分析细粒含量对高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征及冻胀特性的影响。结果表明:细粒含量和水分迁移模式对粗颗粒填料冻结过程和深度的影响不显著;温度梯度是外界水分向粗颗粒填料试样内部补给的主要内在驱动;增加细粒含量,有利于液态水迁移,一定程度上阻碍气态水迁移;水气混合迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越大,而气态水迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越小;相同水分迁移模式下,细粒含量越高,粗颗粒填料试样冻胀变形越大。     

牡蛎壳粉改良膨胀土的工程特性及微观机理研究

为探究固体废弃物牡蛎壳粉对膨胀土工程特性的改良效果,以广西宁明膨胀土为研究对象,对牡蛎壳粉掺量分别为0%,3%,6%,9%和12%的膨胀土开展一系列胀缩特性试验以及干湿循环条件下的直剪试验,并通过SEM试验分析了改良前后膨胀土的微观结构特征。试验结果表明：牡蛎壳粉可有效降低土体的胀缩性,提高土体的黏聚力。土体的自由膨胀率、无荷膨胀率、有荷膨胀率、膨胀力、线缩率等随牡蛎壳粉掺量增加而降低,在牡蛎壳粉掺量为9%时有稳定趋势。牡蛎壳粉掺量为9%时,土体黏聚力达到峰值;所有掺量土体的黏聚力均随干湿循环次数增加而降低,均在干湿循环4次时趋于稳定,且掺牡蛎壳粉土体黏聚力的降低幅度要低于未掺量土体;经历6次干湿循环后,牡蛎壳粉掺量为9%土体的黏聚力相对于未掺量土体增加了42.38%。土体内摩擦角的变化规律性不明显,但整体上掺牡蛎壳粉土体的内摩擦角大于未掺量土体。微观结果显示掺入牡蛎壳粉增强了土体的稳定性,减缓了膨胀土在经历干湿循环后裂隙、孔隙的发育。牡蛎壳粉对膨胀土胀缩特性、强度特性等具有一定的改性效果。研究结果为实现牡蛎壳粉改良膨胀土提供理论基础数据。     

高速铁路改良粗颗粒填料冻胀特性试验研究

针对寒区高速铁路出现的路基冻胀问题,为改良其渗透性和冻胀特性,从路基的粗颗粒填料入手,加入无机材料进行试验,并以冻胀率不超过0.1%为标准,研究粗颗粒填料级配碎石的改良材料类型、最佳配比等技术参数。结果表明:相对于石灰和粉煤灰,掺入水泥可以大幅度减小级配碎石的渗透系数和冻胀率,从而减少水分向填料内部的渗透以及抑制填料的冻胀;在开放补水的冻胀试验条件下,在分别掺入15%,20%和25%粉土的级配碎石中对应掺入3%,5%和5%的水泥,可将冻胀率控制在0.1%以内,说明在粗颗粒填料中掺入水泥后,适当增加粉土的含量并不会使填料产生过大的冻胀变形,从而解决寒区高速铁路路基的冻胀变形问题。     

兰新铁路路基冻结过程中水分迁移及冻胀规律试验研究

通过室内冻胀试验,研究兰新铁路路基冻结过程中水分迁移和冻胀规律。结果表明:冻结后,封闭系统下试样上部含水率增大,且随初始含水率增大而增大,压实度对其影响较小,而下部含水率减小,中部含水率基本不变;开放系统下试样上部和下部的含水率均增加较多,且随压实度的增大而减小,中部含水率增加最少,但随压实度的减小和初始含水率的增大而增大。封闭系统下,试样的冻胀率随初始含水率的增加和压实度的减小明显增加,开放系统下各试样均会发生特强冻胀。兰新铁路路基基本处于封闭系统,其起始冻胀含水率在塑限附近,冻结过程中约有6.3～53.6mm的冻胀量,且极易发生严重的春季融沉病害。单纯采用增大路基压实度的方法不能有效整治路基冻融病害,而采用疏干排水孔群放软式透水管方法,可有效地隔断水分迁移的通道,并使融化水排出路基本体外,能有效整治路基冻融病害。兰新铁路K411+326里程路基采用该措施后,路基的平均最大冻胀量从38mm降至仅有2mm左右。     

土中未冻含水量与温度关系研究

针对水溶液物理化学特性,利用热力学原理,建立了冰水化学势能平衡方程。基于理想成冰模型,依据土体孔隙分布特征,推导了不同孔径中水分冻结公式。在此过程中引入有效应力原理,建立了负温下未冻含水量与温度的关系。据此,提出计算不同温度下水分冻结的通用公式,并通过试验验证,证明了此公式的合理性与准确性。研究表明:未冻含水量与冻结温度之间呈现指数函数递减;外荷载的增大、含盐量的增加均会导致未冻含水量与温度曲线向坐标右侧移动,而土孔隙变小引起未冻含水量曲线逆时针旋转;孔隙中冰晶会延缓水分冻结趋势,该作用随着孔径的减小而愈发明显。     

青藏铁路西格段环青海湖季节性冻土区铁路路基冻害成因分析

青藏铁路西格段环青海湖路基的季节性冻胀和融沉,直接影响列车行驶的舒适度,严重时甚至会危及行车安全。以环青海湖段路基冻害为背景,通过选取典型冻害断面,进行原位挖探试验及室内试验,从土质、水分和温度三个方面分析了环湖段路基冻害成因和冻害机理。结果表明:环湖段路基冻害的主要原因是基床表层无良好的隔水层和排水设施,降雨入渗导致路基土体中的粉质黏土层含水率较大,当温度低于冻结温度时,土中水冻结,引起路基冻胀。     

掺煤矸石高速铁路路基填料冻胀特性试验研究

使用自行研制的单向冻胀试验系统,对高速铁路路基普通填料和掺煤矸石填料进行开放系统和封闭系统条件下的单向冻胀试验。试验结果表明:在冻结过程中掺煤矸石填料与普通填料的温度传导特性相近,总吸水量接近,冻结后水分的分布规律类似;掺煤矸石填料的冻胀量比普通填料稍大,但处于冻胀不敏感范围,且在不补水条件下会大幅减小。在季节性冻土区,对煤矸石废弃物进行产地再利用,采用掺煤矸石填料填筑高速铁路路基,能满足高速铁路路基的冻胀稳定性要求,具有可行性。     

季冻区深基坑温度场及冻胀变形研究

考虑热对流和热传导作用,结合Laplace变换和Laplace反演推导基坑土体温度场解析解,并采用Matlab编程求解、分析其温度分布规律。依托哈尔滨某越冬施工的深基坑工程实例,采用有限元数值分析方法,分析冻胀对基坑影响及安全措施控制效果。研究结果表明:基坑暴露在低温环境下的时间越长,土体的冻结深度越深,但冻结深度增加速率随时间逐渐变慢;受冻胀影响基坑围护结构裸露段水平位移增加了11.5%～35.7%,且围护结构角隅位置受冻胀影响最大,冻胀对基坑影响不容忽视;较未设置保温层工况,保温层的设置使围护结构水平位移降低了11.6%～22.6%,保温层隔热效果明显。     

季节冻土区铁路路基冻胀研究进展

研究目的:冻胀问题是深季节冻土区高速铁路路基面变形控制难点之一。高速铁路对路基变形要求极高,特别是无砟轨道,冻胀变形更增加了其控制难度。鉴于加深高速铁路路基冻胀研究的必要性和紧迫性,本文系统总结近年来季节冻土区铁路路基冻胀的研究进展。研究结论:(1)季节冻土区铁路路基的防冻胀设计方法:德国、法国、日本等国都是通过冻结指数确定冻结深度,在冻结深度范围内填筑非冻胀填料,我国的不同之处在于采用标准冻深计算设计冻深;(2)季节性冻土冻胀形成机理包括水分迁移和成冰作用,冻胀发生三要素是:负温、细粒土和水,控制冻胀的措施主要为三类:保温、改良填料和改良水分,并分别总结介绍其研究成果及进展;(3)展望了未来的研究方向:加强现场监测和仿真分析;(4)本研究结论可为进一步研究高速铁路路基冻胀提供参考。     

无机结合料稳定土层防治道路冻害的试验研究

为了防治辽西道路冻害,保障交通的正常运输,延长道路的使用年限,在分析辽西地区水文、地质的基础上,对不同水泥、石灰含量的水泥煤渣稳定土和石灰粉煤灰稳定土冻结特性进行试验研究。试验结果表明,水泥、石灰无机结合料的加入导致土体自上而下的冻结温度梯度减小、土体黏聚力增大,而由冻结作用产生的冻胀、水分迁移能力减弱,冻害发生的概率也相应地降低。综合其他因素,从防治道路冻害的角度来看,水泥质量含量的最优值为6%;石灰质量含量的最优值为14%。     

寒区高速铁路路基冻胀数值模型及防冻胀措施

寒区高速铁路路基的冻胀融沉直接影响列车的高速、安全和平稳运行。基于非饱和土渗流和热传导理论,将冻土水分场和温度场耦合,建立冻土的水热耦合微分方程;基于土体冻胀为各向同性的体积膨胀并且与材料的热膨胀现象相似,建立路基的冻胀模型;由水热耦合微分方程计算含冰量,再通过水动力冻胀模型计算路基的冻胀变形。数值计算与实测的路基冻胀变形规律基本吻合,均在路基达到最大冻结深度且冻结层开始双向融化时产生冻胀峰值,验证了数值模型的有效性;运用建立的数值模型分别计算保温板路基、保温板+沥青混凝土路基和保温板+沥青混凝土路面+碎石路基在最强冻胀效应时刻的冻胀变形,保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的冻胀变形最小(最大值为1.3mm),保温板路基的冻胀变形最大(最大值为3.2mm)。建议在寒区高速铁路采用保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的结构以尽量减小路基的冻胀变形。     

玻璃纤维加筋石灰土无侧限抗压强度试验研究

依托室内试验,研究玻璃纤维和石灰对红黏土无侧限抗压强度的影响规律。试验结果表明:在红黏土中掺入玻璃纤维能显著提高其无侧限抗压强度,使其具有较好的水稳定性;纤维石灰土的无侧限抗压强度增长率高于纯纤维土或石灰土;纤维土的无侧限抗压强度随着纤维长度的增加而增加,随着纤维掺量的增加先增加后减小,当掺量超过1‰后,强度随着掺量的增加而减小;纤维石灰土的无侧限抗压强度在未浸水条件下均随着纤维长度和掺量的增加而增大;浸水条件下,无侧限抗压强度在纤维长度未达到9 mm时随着纤维长度和掺量的增加而增大。研究成果可为纤维和石灰改良路基填土的工程应用提供参考价值。     

冻融循环对粉质黏土工程特性的影响

冻胀与融沉作用可改变岩土体的结构和构造,进而影响岩土体的物理力学性质。本文选取锦州粉质黏土为研究对象,对其进行有水源补给的多次冻融循环试验,对冻融前后的土样分别进行位移、含水率、密度和抗剪强度测试。试验结果表明:锦州粉质黏土经过多次冻融循环后,土的体积有所增加,随着冻融次数的增加,冻胀量和融沉量先增大后减小;土体中含水率在前面2次冻融循环过程中上升较快,经历3次冻融循环后基本稳定;土体的密度则有所降低,由1.833 g/cm3降低至1.730 g/cm3;土体黏聚力显著降低,内摩擦角先增大后减小,经过7次冻融循环后,内摩擦角与冻融前相当。     

高速铁路路基冻胀特性水泥掺入的改性研究

哈大铁路沿途广泛分布的季节性冻土,引起含不同细粉料的路基级配碎石垫层产生冻胀问题,不能满足高铁对线路平顺性的要求。通过掺入一定量的水泥,可以有效减少吸水量和冻胀量。基于相似理论开展了不同细粉含量、不同含水量及不同水泥掺量工况下路基级配碎石的冻胀特性研究,进行了4种细粉含量及4种水泥掺量条件下的孔隙率、含水率及冻胀量试验。结果表明:掺加水泥可显著降低级配碎石的冻胀率,未掺加水泥级配碎石其原位冻胀率可达1%~1.65%,随着水泥掺量的增加,掺水泥5%以上级配碎石硬化后基本可消除细粉土引起的原位冻胀和水迁移冻胀,其原位冻胀率小于0.2%。掺加水泥量必须同时考虑对冻胀率及物理力学性能的影响,建议水泥掺量为5%。