水泥改良冻土在融化压缩下的微观孔隙演变特征研究,对了解水泥改良冻土的过程具有重要意义。将水泥改良后的冻土进行融化压缩实验,通过冷冻干燥法对试验后的土样进行电镜样品制取并获取其微观特征图像。对试验土样进行比重测试,得到土样真实的三维孔隙比。最后以真实孔隙比作参考,确定图像分割所选取的灰度值并提取其孔隙特征。结合融化压缩试验结果,对水泥改良冻土的孔隙数量、面积、定向角及丰度值随改良土压缩量的变化关系进行了分析。研究结果表明:经过水泥改良后的冻土,大孔隙结构强度增大明显;随着水泥掺量及养护龄期的增加,孔隙比与孔隙面积变大,压缩量变小;随着土体压缩量的增大,孔隙的定向角分布逐渐由均匀状向锯齿状发展;土样压缩过程中,丰度值大于0.5的孔隙发生压缩明显,孔隙逐渐趋于细长状,并且随着压缩量的增大,孔隙丰度值的分布越来越趋于正态分布。孔隙微观结构演变研究为阐释水泥改良冻土宏观力学特性增强的机制提供了科学依据。
基于目前冻土融化压缩变形计算中较少考虑水分影响的研究现状,充分考虑了温度、水分、应力的影响,通过引入场变量孔隙比e,构建了高含冰量冻土的融化压缩变形理论模型。室内试验与数值计算结果对比发现,理论模型较为准确地反映了高含冰量冻土的变形过程,验证了模型的正确性。试验及计算结果表明,高含冰量冻土的融化压缩变形是复杂的水、热、力多因素共同作用的结果;高含冰量冻土的变形主要是由冻土融化压缩排水所引起,其变形在融化排水过程中基本完成,逐渐趋于稳定,这部分变形是冻土变形的主要构成部分;冻土的融沉特性决定了冻土的变形规律,这也是高含冰量冻土融化压缩变形的本质所在。
文章论述了冻土融化压缩特性试验,并得出融沉系数与冻土的含水(冰)量、干容重关系曲线及融化压缩系数与冻土的含水(冰)量、干容重曲线关系,由试验结果发现冻土的融沉系数和融化压缩系数与冻土的含水量和干容重可近似的呈线形关系。
我国季节与多年冻土面积占幅员的2/3,地表土或土工结构物表层经历反复的冬冻、春融作用,使道路、工业与民用建筑、水工建筑物等工程产生灾害。利用改装的土工固结仪来试验研究冻土融化下沉特性,为正确选择地(路)基填料,防治冻害发生提供依据。