盐土和碱土及盐化、碱化后的土壤总称为盐渍土。盐渍土含盐量较高会导致土体破坏,在道路工程中会对路基造成破坏,给道路的修建和后期维护造成极大困难。为了深入了解冻融循环条件下,影响盐渍土冻胀、盐胀的因素以及盐渍土内部水盐迁移的规律和影响因素,从冻融循环对于盐胀和冻胀影响的研究,冻融循环条件下盐渍土的水盐迁移和应用粉煤灰对盐渍土性能改良三个方面进行分述,可供盐渍土地区道路施工设计参考,在此基础上对于冻融循环条件下道路路基盐渍土特性研究进行展望。

为了提高冻土试验系统的控温精度、实现分凝冰发育过程的实时监测,基于固态制冷技术和线阵CCD(Charge Coupled Device)扫描成像技术,研发一种新型冻土可视化试验系统。该系统的核心部件包括固态控温模块和CCD可视化模块。在固态控温模块中,引入人工神经网络对控温算法的控制参数进行优化选取,使得试验系统对控温对象的温度状态具备自适应调节能力。而在CCD可视化模块中,使用CCD感光元件构建了操作简便、成像精度高的线阵扫描结构,其最高分辨率可达4 800 dpi×4 800 dpi。性能测试结果显示系统的恒温控制精度为±0.002℃。在变温幅度为0.05℃的控温过程中,其温度过冲只有0.009℃;当变温幅度增加至0.5℃时,其温度过冲仅为0.089℃。而在线性降温过程中(降温速率-1.2℃/h),其控温误差未超过±0.01℃。在此基础上,开展正弦温度波动下的应用试验。从试验结果上看,该系统运行稳定、控温精度高,可视化模块可观测到0.5mm宽度的分凝冰发育过程。并且所得数据表明土体过冷过程和冻融历史对温度场、分凝冰发育状态存在显著影响。因此,当前冻胀试验中为了消除过冷影响而采取的预...

青藏铁路建设中输电塔穿越多年冻土地区,最大的难题是解决输电塔桩基的长期热稳定性问题。为研究热棒应用于输电塔桩基的长期降温效果,基于冻土传热学相关知识,考虑全球气候变暖、冻土相变、混凝土水化放热、热棒功率变化等因素,结合青藏铁路望昆—不冻泉段电力塔热棒桩基的现场试验,建立热棒桩基的三维有限元模型。计算分析50 a内热棒功率和桩土体系温度场。计算结果表明:最初2 a内的计算值与实测值吻合度较高,说明数值计算能较好的模拟此场地桩土体系温度的动态变化;在热棒的全寿命周期30 a内,热棒功率呈非连续波浪递减式变化;热棒桩基能有效增加冷储量,降低土体地温,第5年桩周土体地温降至最低,融化深度最小,第30年可提高冻土上限48cm;建议在热棒寿命结束后的第2年更换新的热棒或进行其他工程处理措施保持输电塔基础的热稳定。

为研究季节性冻土场地冻结期和非冻结期的动力学特征参数及地震动差异,通过哈尔滨场地地脉动单点三分量观测,对比分析不同季节的地脉动特征,采用地脉动单点H/V谱比法研究冻结土层对场地卓越频率、放大因子、等效剪切波速以及场地类别的影响,提出一种冻土层厚度的估算方法。结果表明:冻结土层使地脉动水平分量卓越频率增大,对竖向分量卓越频率的影响不明显;冻结期场地卓越频率增大的幅度除了与覆盖层厚度呈负相关外,还与场地表层刚度有关;冻结土层使场地放大因子减小,减小幅度与覆盖层厚度不相关,与场地表层刚度有关;通过场地剪切波速资料、地脉动H/V谱比卓越频率变化值,便可估算出冻土层厚度;冻结土层使观测场地的等效剪切波速vs20平均增加13%,vs30平均增加11%;vs20的增加未引起Ⅱ类场地类别发生变化,使vs20接近250m/s的Ⅲ类场地变成Ⅱ类场地;vs30的增加没有引起D类场地类别发生变化。

为了获得深厚冲积层的冻土物理力学参数,从施工现场获得了十个层位（-193-624m）的原状土样,在实验室中完成了十个层位重塑土冻结后的物理力学参数测试。试验结果表明:相同冻结温度条件下,第2层冻土冻胀力最大,第8层冻土冻胀力次之,而第9层冻胀力最低;第5土层冻结后单轴抗压强度最高,地层冻结稳定性较好,相比较第8层单轴抗压强度最低,地层冻结稳定性较差;第4～6层土层的粘聚力受冻结温度影响较为敏感;-15℃的冻结土层条件下,不同恒定应力剪切时第3、4、5层黏土的剪切蠕变变形量相对较大。地层土层结构特征、含水率、温度、应力与时间是影响冻土强度的关键因素。

为分析冻土单轴抗压强度、弹性模量和泊松比随温度变化的规律,以及冻土的蠕变规律,开展单轴压缩和单轴蠕变试验,研究袁大滩矿主斜井冻结表土层的物理力学性质。试验结果表明,单轴抗压强度和弹性模量随冻土温度的降低而增加,泊松比随冻土温度的降低而减小,冻土的蠕变应变较小,但当应力水平较高时,冻结黏土会发生蠕变断裂。

高温冻土抗拉强度是分凝冰形成准则中的重要参数,对于土体冻胀过程中的分凝冰形成判定具有重要意义。为研究高温冻土抗拉强度,采用径向压裂法对青藏高原高温冻土进行巴西劈裂试验,获得高温冻土抗拉强度随温度变化规律:0℃-0.4℃,高温冻土抗拉强度随温度降低而增大,且增大幅度随温度降低而减小;-0.4℃-2.0℃,抗拉强度随温度降低线性增大。将试验获取的高温冻土抗拉强度拟合函数代入分凝冰形成准则,利用冻胀模型进行冻胀量的计算,与同条件下的试验结果进行对比,验证了高温冻土抗拉强度试验方法和结果的可靠性,为土体冻胀模型的应用提供了重要参数。

针对冻土冻融过程中存在移动相变界面及材料分区不断变化的特点,基于已建立的能全面地描述冻土的水、热、力与变形实际状态的准饱和冻土耦合模型,推导土颗粒、水和冰颗粒的温度场、变形场及水分场的扩展有限元解析格式,构建水热力相互作用在程序中实现的具体方法,开发一款能够为实际冻土工程服务的耦合分析平台3GEXFEM,利用程序对Fukuda系列试验进行数值模拟,分析得到的温度场、水分场与变形场与试验结果较一致,验证了程序的合理性和先进性。此外,基于程序系统地研究不同环境条件:上覆压力、温度梯度、变温模式、温变速率对冻土冻结过程中水热力耦合的影响,为模型及程序的工程应用奠定了基础。

冻土力学性质的影响因素较多,由于土中冰的存在,冻土弹性模量和强度对外界因素的影响非常敏感,但对各因素影响的敏感程度不同,本文基于统计学理论在,对冻土的动弹性模量和动强度进行了显著性研究在,分析表明,冻土动弹性模量随温度、频率和应变幅的显著性检验值sig<0.001,表示该三因素影响都是显著的,而围压的显著性水平sig=0.085,超过了0.05,相对于其他因素,影响并不显著,这说明,温度、频率和应变幅对冻土动弹性模量影响较大,围压影响相对较小。

通过测量平均粒径为1,2,3和5 cm的天然碎石层的反射率,以揭示影响碎石层反射率的主控因子。为了提高碎石层的反射率,将不同粒径骨料均匀涂上高反射率材料,并将实测碎石层表面的反射率与采用ASTM E1918A规范计算结果进行对比。研究发现:ASTM E1918A规范计算值是文中模型的一个特例。当太阳辐射瞬时强度值变化小于20 W/m2,模型计算的反射率与ASTM E1918A计算值的偏差在0.00～0.03。由于碎石层表面粗糙度,其反射率总比新鲜碎石平面的反射率低0.10～0.25,且随着骨料粒径的增大,天然碎石层的反射率逐渐降低。因为从表面散射反射的光子重新回到表面的概率增大,加剧了碎石孔隙间的多重反射,从而降低了反射率。经喷涂高反射率材料后,可将碎石层反射率从0.262提高至0.433,提高幅度在0.10～0.20。提高碎块路基的反射率可以有效地降低路基边坡温度,有利于保护冻土路基的稳定性。