为深入了解水泥改良粉质黏土的冻胀融沉特性，以福州地区四号线地铁所穿典型土层粉质黏土为例，分析了水泥浆掺量、养护龄期、冻结温度和水灰比4个因素对水泥改良粉质黏土的影响，获得单因素作用下改良土的冻胀融沉规律，确定了改良土的最佳水泥浆掺量为20%,最佳水灰比为0.8,并通过温度监测得出冻胀融沉试验过程中温度场的发展规律。通过SPSS Statistics建立多元线性回归方程，预测水泥改良粉质黏土在多因素综合作用下的冻胀率，分析得出对冻胀率影响程度大小为水泥浆渗入量>养护龄期>冷端温度>水灰比。

为研究冻融循环下寒区粉质黏土力学性质变化，室内展开了粉质黏土(SC)、水泥改性粉质黏土(CSC)、纤维改性粉质黏土(PFSC)及水泥-纤维改良粉质黏土(CPFSC)四种土样的单轴压缩力学试验、冻融循环力学试验及微观电镜扫描。研究发现：单轴压缩下粉质SC与PFSC应力-应变曲线呈延性变形特征，而CSC和CPFSC则呈脆性破坏特征；随着聚丙烯纤维掺量的逐渐增大，纤维改良粉质黏土的单轴抗压强度和变形能力均增强；掺水泥纤维的粉质黏土，单轴抗压强度增大而变形能力减弱；冻融循环对水泥改良粉质黏土的抗压强度影响最大，其次为粉质黏土；冻融循环对纤维改良粉质黏土和水泥-纤维改良粉质黏土抗压强度的影响较小；冻融循环前后4种土体的抗压强度降低幅度分别为18.46%、35.96%、12.04%、13.57%;微观电镜扫描结果显示，聚丙烯纤维与水泥土之间紧密连接，且纤维未发生断裂，纤维与水泥胶结土之间起到了很好的相互作用。

本文依据东北多年冻土区冻土试验,以正规状态法测定冻土样的导热系数,稳态法测定融土样的导热系数,通过二元线性回归分析。试验结果表明:导热系数随着含水量和干密度的增加而增加,液限和塑限是粉质黏土的导热性能突变界限,小于塑限的土体导热性能不受含水量影响,大于液限土体的导热系数趋近一个定值,粉质黏土的导热系数小于粗颗粒的导热系数,粉质黏土的黏土掺量和细砾石掺量可明显提高其导热系数。

为了研究冻融作用对木质素改良粉质黏土微观结构的影响,采用计算机图像提取与处理技术,对冻融前后的素土和木质素改良粉质黏土进行微观结构单元体、孔隙分布定性与定量分析,结果表明,木质素的掺入提升了粉质黏土的抗冻性。

依托吉舒高速公路工程,通过重复加载动态回弹模量试验、承载比试验和导热性试验,研究分析了粉质黏土在不同木质素掺配比例、养生时间及冻融循环条件下的力学性质。试验结果表明:随着木质素掺量的增加,木质素改良粉质黏土的回弹模量减小;冻融循环作用下木质素改良粉质黏土的回弹模量及CBR减小幅度较小,导热系数随着木质素掺量增加而减小。木质素掺入路基土,提高了其抗冻性,降低了导热性,推荐季冻区粉质黏土路基最佳木质素掺量为4%。

为了研究不同冻结时间及含水率对冻结粉质黏土无侧限抗压强度的影响,在负温条件下对不同含水率粉质黏土进行了不同冻结时间的无侧限抗压强度试验。结果表明随着冻结时间的增加,冻结粉质黏土无侧限抗压强度逐渐增大且增大趋势逐渐减小,应力-应变曲线的弹性段得到延长,应力达到峰值后下降段斜率逐渐增大,表现出依赖于冻结时间的冻脆性特征;在17%～29%范围内,随着含水率的增大,无侧限抗压强度逐渐降低,破坏应变逐渐增大,破坏形式由脆性破坏向塑性破坏转变。

粒子图像测速法(PIV)已经在流体力学和岩土工程中得到广泛应用,并取得了良好的试验结果。但是,由于黏性土缺乏表面纹理,PIV技术尚未在冻结黏性土颗粒迁移分析中得到成功应用。针对黏性土冻结过程中的土颗粒迁移问题,采用自制的PIV冻土模型试验箱,以非饱和粉质黏土作为试验土样,结合Canon EOS 1300D相机和GeoPIV软件,提出了PIV技术在非饱和冻土中的实现方法。结果表明:(1)试验过程中光线的变化会极大的影响试验结果,故需要在摄影棚中构建恒定光场;(2)为便于PIV分析,试验前需对冻土进行表面纹理构建,粒径0.3 mm石英砂是纹理构建的最佳示踪粒子;(3)非饱和粉质黏土在冻结过程中的冰水相变会导致图像灰度变化,根据统计结果,将种子区域灰度相关性及整体灰度相关性分别调整为0.85和0.69。

文章基于季节冻土区土体冻胀理论研究的需求,针对广利灌区粉质粘土,通过制备重塑土样进行室内冻胀敏感性的试验研究,获得了研究土质的冻胀对冻结温度、含水率、干密度的响应特征,对研究季节冻土区灌区渠道冻胀相关理论及防治措施提供了经验支持。

研究目的:近年来,在我国西北、东北等高纬度季节冻土区,短隧道或长隧道洞口段冬季衬砌开裂、春融期渗漏水等病害时有出现,严重影响隧道结构和列车运营安全。本文以东北地区某铁路线ZEST隧道为例,采用现场试验、数值模拟等手段研究案例隧道冬季洞口段衬砌开裂、春融期渗漏水的发生机理,比较不同整治措施后,提出适合该类隧道病害的整治措施。研究结论:(1)隧址区每年冰冻期约5个月,极端温度年较差60℃以上,年平均气温2℃,属典型季节冻土区;(2)衬砌开裂段主要穿过粉质黏土层,含水率大,衬砌开裂主要由围岩冻胀力荷载作用所致;(3)建议采用喷涂12～13 cm厚保温层+防火砂浆,水沟中铺设电伴热电缆,并对既有损伤衬砌结构进行锚杆补强和对衬砌裂缝进行环氧树脂嵌补处理的整治措施;(4)从隧道病害整治效果来看,本文提出的整治措施效果显著,衬砌开裂、春融期渗漏水等问题得以解决。

冻土是一种对温度极其敏感且性质不稳定的特殊类型土。在季节性冻土地区,气温的波动变化将对土体冻胀性造成很大程度的影响。本文选取季节性冻土地区极具冻胀敏感性的粉质黏土进行冻胀特性试验,研究冻缩现象的产生及出现冻缩现象时的土体冻胀特性。经试验研究发现,当土体含水率较低时,水结晶成冰的体积不足以完全填补土体内的孔隙,因此造成土体体积缩小的现象。同时,冻缩现象的出现使土体温度场发生突变、土内水分出现结晶,在土体内部水分迁移的情况下含水率也相应发生变化,土体冻胀量出现负值、冻胀表现也相对较弱。