凍融循環(huán)對壓實黃土的水分重分布、變形和密度影響試驗研究.pdf

1、我國北方地區(qū)分布有面大域廣的黃土。黃土是第四紀堆積的以粉土顆粒為主、富含碳酸鹽、具有大孔隙、黃色的土狀沉積物。而季節(jié)凍土分布于北方地區(qū)，包括賀蘭山至哀牢山一線以西的廣大地區(qū)，以及北線以東、秦嶺-淮河以北地區(qū)。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，黃土地區(qū)高速鐵路、公路等基礎(chǔ)建設(shè)取得了長足的發(fā)展，大大地推動了地方經(jīng)濟建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，由于黃土(包括黃土狀土)分布范圍廣，厚度大，因此是各種建筑、道路等工程建設(shè)的主要承載土體。
　　 但是在寒冬季

2、節(jié)負氣溫影響下，一方面地表土層中孔隙水凍結(jié)成冰，體積膨脹(膨脹系數(shù)為9％)；而另一方面更主要的是，在負溫度梯度作用下，下部未凍土層中的水分源源不斷地向上部凍結(jié)區(qū)遷移、聚集，并凍結(jié)成冰透鏡體，出現(xiàn)大幅度隆脹，其總凍脹變形量變化在10-30cm不等，甚者可超過40cm。如此大的凍脹變形，幾乎沒有任何建筑物可以承受。它是發(fā)生季節(jié)凍土災(zāi)害的主要原因。并且黃土是一種典型的非飽和結(jié)構(gòu)性土，它對水的特殊敏感性使得黃土普遍具有濕陷性，黃土的濕陷性是濕陷

3、性黃土特有的工程地質(zhì)性質(zhì)，它在一定壓力下受水浸濕后結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化而產(chǎn)生顯著附加下沉現(xiàn)象，黃土的這一特征常威脅與破壞工程建筑的正常運營和使用。
　　 本文擬從凍融過程與黃土路基濕陷變形關(guān)系的角度出發(fā)，研究G30連霍高速古永段凍融循環(huán)對黃土路基濕陷變形機理的影響。采取該路段典型黃土樣，通過凍融循環(huán)作用前后壓實黃土的密度、水分分布以及變形等試驗，開展凍融循環(huán)與黃土的密度、水分遷移、變形關(guān)系研究，并得出以下主要結(jié)論：
　　 ⑴反

4、復凍融循環(huán)作用使得補水條件下的土樣含水量增加，從底板到頂板土樣含水量逐漸遞增，且隨著凍融循環(huán)次數(shù)越的增加，含水量增加幅度越大。
　　 ⑵土體經(jīng)過反復凍融過程以后，土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，而且越接近頂板，變化越劇烈。土體結(jié)構(gòu)的變化主要是因為水分遷移和土顆粒的重排列，使得土體的滲透性和持水性增強，更易于水分的輸運。
　　 ⑶小密度土樣含水量增加速率明顯比大密度土樣大，但隨著凍融次數(shù)的增加，土樣含水量趨于某一穩(wěn)定值。這一穩(wěn)定值取

5、決于凍融循環(huán)溫度變化及其周期。
　　 ⑷凍融循環(huán)使得大密度土樣孔隙增大，干密度變小，使小密度土樣干密度變大。最終維持在某一穩(wěn)定范圍，這也進一步論證了凍融循環(huán)過程是土體從不穩(wěn)定態(tài)向動態(tài)穩(wěn)定態(tài)的發(fā)展過程，反復的凍融循環(huán)改變了原來土體的性狀，使得土體向新的動態(tài)穩(wěn)定平衡狀態(tài)發(fā)展。
　　 ⑸土樣在凍結(jié)穩(wěn)定時有一穩(wěn)定凍結(jié)鋒面，也是土樣的凍融交界面，這一地帶可能是凍融循環(huán)對土樣影響的臨界點，凍融交界面附近土體溫度變化緩慢，主要是因為這

6、里含冰量(水)較大，相變劇烈，所以凍融交界面是水分、溫度發(fā)生劇烈反應(yīng)的地區(qū)，是凍土水分遷移、成冰機理等研究的重點區(qū)域。
　　 ⑹土樣在凍結(jié)開始時發(fā)生明顯的凍脹，變形急劇增加，融化時融沉變形較小，凍脹量大于融沉量，土樣表現(xiàn)為增高；在凍融次數(shù)8次到15次期間，凍脹量等于融沉量，土樣高度穩(wěn)定；隨著凍融次數(shù)的增加，土樣表現(xiàn)為略微沉降。
　　 ⑺凍融循環(huán)后土樣的孔隙度比凍前增加，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，土樣濕陷變形呈線性增加，并且