补水压力对土体冻胀的影响.docx
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"冻胀土体研究" 冻胀土体是冻土工程中的一种重要研究领域,冻胀敏感性土、负温、合适的水分条件是冻胀发生的三个主要因素。然而,现场监测结果表明,哈大高铁路基中非冻胀敏感性粗颗粒土的冻胀量能达到20 mm,这种现象主要是因为气态水向上迁移然后冻结成冰导致的。 目前,主要有五种评价土体冻胀敏感性的方法:第一种也是最常用的是根据土体细粒含量的多少来评估;第二种是利用土体的基本物理参数如液塑限、渗透率和矿物成分等来反映土体的冻胀能力;第三种是以分凝势来表征土体冻胀能力;第四种是以单向冻结试验直接测试土体的冻胀量;第五种是通过数值模拟求得土体冻结过程中的变形,也可作为一种参考方法。然而,这些方法在评价土体的冻胀能力时均将粗颗粒土划分为非冻胀敏感性土,这与实际工程中粗颗粒土也能产生显著冻胀相矛盾。 研究人员以无压补水和不补水的水分边界条件已经开展了大量土体冻胀的研究,但是一些冰缘地貌的形成和工程构筑物的冻害是在水压作用下导致的。在多年冻土区,当地表自上而下冻结,由于上部土体冻结导致未冻土体的压缩,冻结层上水从重力水转变为承压水,在地下水压力作用下水分会向上迁移并冻结成冰。王家澄等发现补水压力增大了土体的冻胀量并促进了冻土冷生构造的发育。 在实施人工冻结时,地下水压力可以促进水分的运移速率,进而通过对流传热的方式降低冷量,影响冻结壁的形成。由于重力的作用,水分在渗流过程中也会对冻结锋面产生水压,促进了冰的形成:水分从地表向下渗流并在冻结锋面处冻结是厚层地下冰发育的一个重要因素。在隧道运营过程中,当水分自上往下渗流并于隧道围岩处冻结,会造成衬砌的破坏。 因此,补水压力对土体冻胀的影响是一个非常重要的研究领域。为了研究补水压力对土体冻胀的影响,本文以冷端温度、土质和补水压力为影响因素,每个因素设置三个水平,开展三因素三水平的冻胀正交试验,然后运用灰色关联度法得到了这三个因素对土体冻胀率影响的强弱顺序。通过分析砂类土出现冻胀的原因,指出了现行评价土体冻胀敏感性方法的适用范围,并提出了受水压作用的寒区工程构筑物的冻害防治措施。 在此基础上,分析讨论了冻胀敏感性、融沉敏感性与冻害敏感性之间的相互关系,进一步说明了换填法在冻害防治中的重要性和必要性。另外,本研究中获得了水压对土体冻胀影响的情况,可为有水压作用的寒区工程设计及安全运营提供相关参考。
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