为探究冻融循环作用对季节性冻土区铁路路基变形特性的影响,以兰新铁路的路基填土为研究对象进行冻融循环试验和固结压缩试验,得到了冻融变形和压缩特性的变化规律,并利用正交试验对压缩特性的影响因素进行显著性分析。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,冻胀率和融沉系数均呈多项式函数增加;在相同冻融循环次数下,两者均与含水率呈正相关,与压实度呈负相关。压缩模量随冻融循环次数的增加先增加,最终趋于稳定,各因素及其交互作用对压缩模量的影响从高到低依次为压实度B、含水率C、冻融循环次数A、B和C的交互作用BC、A和B的交互作用AB、A和C的交互作用AC。建议选取9次冻融循环后的压缩模量作为兰新铁路路基强度设计值,该研究成果对防治冻胀融沉和控制路基变形具有一定的指导意义。

【目的】沿海城市轨道交通主要穿越海相深厚软土,需要大量使用冻结法施工,而该地区典型土层热物理特性是冻结法设计的关键依据。研究土质、冻融条件等因素对海相人工冻土冻结温度、热物理性质和冻融性质的影响可为该地质条件下的隧道施工提供基础资料。【方法】选取宁波地区3种典型土层,即淤泥质黏土、粉质黏土和砂质粉土,开展冻结温度和热物理参数测定,以及封闭与开放系统下冻胀融沉试验。【结果】3种土层冻结温度为-0.43-0.23℃,且以砂质粉土的较高,粉质黏土的次之,淤泥质黏土的较低;不同土层热物理性质不同,但其常温土的导热系数和容积热容量大小呈现一致性,表现为砂质粉土最大,粉质黏土次之,淤泥质黏土最小;冻土的导热系数、容积热容量和导温系数均大于常温土,冻土导热系数为常温土导热系数的1.37～1.77倍,且颗粒越粗差异越大;各土层冻胀率和融沉系数相差较大,冻胀率较大的土层其融沉系数也较大,表现为淤泥质黏土>粉质黏土>砂质粉土;开放系统补水冻结过程下各土层冻胀率和融沉系数分别为封闭系统冻结过程不补水工况下冻胀率和融沉系数的1.23～1.88倍和1.21～1.84倍。不论是开...

为了研究人工凿井冻结法施工中冻结壁解冻融沉效应的产生而导致井筒壁后附加力的变化,以徐州黏土冻融为研究对象,通过人工冻结土融沉特性试验,分别开展了人工冻土不同含水率、不同单向冻结温度梯度、不同外荷载的冻融特性分析。结果表明:试验系统补水情形下,相同干密度的黏土单向冻结温度梯度为1.4℃/cm时融沉量值为0.98 mm,大于2.0℃/cm融沉量值0.61 mm,增大幅值约60.6%;相同单向冻结温度梯度下,随着外载荷的增大融沉量随之增大,两者增长趋势一致,但幅度不一致。基于对冻土融沉特性受多因素综合影响的认识,采用改进的人工神经网络方法,建立了多样本、多因素影响下的融沉系数关系数据库,误差分析表明,改进的预测算法具有较好的精度。

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。

融沉变形破坏是多年冻土区建筑物冻害的主要原因之一,实际的融沉量是热融沉陷与压缩沉降量的叠加:冻土融化体积压缩系数是估算冻土融后压缩沉降变形量的关键计算参数。根据286个冻土原状样融沉压缩试验数据资料,对细砾土、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土,分别提出了在0～100 kPa和0～200 kPa压力段两种条件下的体积压缩系数和干密度之间的线性、二项式和对数式回归分析方程式。在此基础上,给出了确定6类土体积压缩系数的经验数据表。此外,还指出了现有规范推荐方法和建议值所存在的问题。

冻土融沉系数是计算冻土融化后沉降量的重要参数,也是多年冻土融沉性分类的一个指标。本文根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据资料,对细砾土、砂土、粉土、粘性土、泥炭化粘性土和泥炭质土这六类土,分别得出了估计其融沉系数a0的回归分析方程。同时还简单论述了采用超塑含水量(w-wp)因子估计山区粘性土融沉性的效果及原因,分析了各类土的融沉敏感性。最后将本文提出的经验回归方程与现有规范推荐方法进行了比较,并指出后者的一些不足。

为促进人工冻结技术在地下工程地基处理中的推广应用,在综合分析人工冻土融沉系数影响因素的基础上,采用BP人工神经网络方法建立人工冻土融沉系数的预测模型。用南京地区典型土质淤泥质黏土、粉质黏土和粉砂的试验数据作为网络模型的学习训练样本和测试样本,对网络模型的预测结果与实测进行对比。结果表明,用人工神经网络方法预测人工冻土融沉系数,结果准确可靠,更接近于实际,是一种很好的预测人工冻土融沉系数的方法。

为促进人工冻结技术在城市地下工程中的推广应用,利用自制的冻胀融沉试验装置,对南京地区典型土质进行了融沉特性室内试验。结果表明:并非所有含水土体都产生融沉,只有当土体含水率超过起始融沉含水率后才会融沉。土体融沉系数随含水率增大而增大,且淤泥质黏土、粉质黏土融沉系数随含水率增大而分段线性增大。对于非饱和土,融沉系数与干密度变化规律中存在一个临界干密度,临界干密度对应土体最小的融沉系数。开敞型冻融时,融沉系数随温度升高而增大,封闭型冻融时,融沉系数随温度升高而减小。粉砂相对于淤泥质黏土和粉质黏土属于非冻胀融沉敏感土。

冻土融化时,由于冻土层冰融化和水的自由消散,使土体在自重作用下产生下沉。在工程上,常用融沉系数来描述冻土的融沉性。给出融沉系数在两个不同状态下的预报模式:在饱和及过饱和状态下,只给出理论公式;在非饱和状态下,则同时给出理论公式和经验公式。将各式的计算结果与实测值进行对比,可以看出,其计算值均能较好地反映实际。

根据灰色系统理论,在分析冻土的冻胀系数和融沉系数的基础上,建立了灰色关联模型,通过对一具体实例进行分析评价,得到各种影响冻胀性和融沉性因素的权重,从而为较好地判定各种冻害现象提供了参考依据。