季节冻土区水工加筋挡墙筋材与筋土复合体试验研究

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1、工学博士学位论文季节冻土区水工加筋挡墙筋材与筋土复合体试验研究汪恩良哈尔滨工业大学2008年3月国内图书分类号：TU476国际图书分类号:523.1工学博士学位论文季节冻土区水工加筋挡墙筋材与筋土复合体试验研究博士研究生：汪恩良导师：徐学燕教授申请学位：工学博士学科、专业：岩土工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2008年3月28日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU476U.D.C.:523.1DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineerin

2、gEXPERIMENTALSTUDYONPLASTICGEOGRIDANDCOMPLEXSTRUCTUREOFHYDRAULICREINFORCEDEARTHWALLINSEASONALLYFROZENAREACandidate：WangEnliangSupervisor：Prof.XuXueyanAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：GeotechnicalEngineeringUnit：DepartmentofCivilEngineer

3、ingDateofOralExamination：March28,2008University：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要加筋土挡墙是土-筋复合体，在外力作用下有较好的整体变形协调能力，利用土与拉筋间的摩阻力可以平衡作用于该复合体上的土压力。目前，如何利用该支挡结构的优势平衡季节冻土区的水平冻胀力，该结构加筋材料在季节冻土区的力学性能变化规律、该复合体在冻融循环环境中的变形规律等研究，已成为季节冻土区支挡结构的前沿课题。本文对国内外季节冻土区支挡结构的相关研究进行了系统的分析

4、和总结，指出了存在问题。在此基础上，对比分析历史与近年观测资料，开发设计相关试验设备，通过低温冻融试验、模型试验与数值分析相对照的方法，对季节冻土区支挡结构中关键问题进行了研究，主要研究工作及成果：（1）恢复哈尔滨万家冻土观测场的各项观测设备，通过对历史与近年的实测数据资料整理分析，建立冻结指数与最大冻结深度间的关系，提出气候转暖条件下对理论公式的修正系数参考值。（2）进行了15个加筋材料试样在相同正、负温条件下的蠕变试验，试验表明：蠕变变形值随荷载水平增加而增加，相同荷载水平条件下，负温条件时的蠕变变形值小于

5、正温条件时的蠕变变形值。在正温环境中已稳定后的蠕变值受10次冻融循环影响，蠕变变形又一次增大，其增大幅值与荷载水平有关。首次提出塑料土工格栅低温蠕变影响系数的计算方法。（3）150个加筋材料试样在5种工况下的相同条件下拉伸试验数据表明，负温环境下的拉伸强度高于正温环境的拉伸强度值；两种冻融状态（水中冻融50次和空气中冻融50次）下的100个加筋材料试样与50个对照组在5种工况条件下的低温拉伸试验数据首次表明，冻融循环对塑料土工格栅的力学性能没有影响。为该加筋结构在季节冻土区的推广应用提供了可靠数据。（4）针对冻

6、融循环过程中加筋土复合体内部水、热、力场的试验研究工作缺乏的科研现状，通过模型挡墙的冻融循环试验得到三大要素的试验数据，并提出了在冻结期内加筋格栅具有削减水平冻胀力、约束土体变形的作用，证明水工加筋挡墙能够起到减轻冻害的作用。（5）在“开敞体系”条件下的粘性土冻结过程中，验证未冻区土体内水分向冻结缘处迁移的客观事实。由于水分迁移作用使得升温过程中挡墙顶面产生融沉现象，水分迁移剧烈区域土体含水量增加，土体模量下降，在自-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文重作用下产生较大融沉变形，从而提出在春融期季节冻土区的加筋土

7、挡墙应避免产生不允许的融沉变形。（6）利用数值计算与试验结果对比的方法，得到土体经过冻融循环后的各项物理、力学指标均发生变化；因冻融循环后土体弹性模量下降，试验得到的位移数值远远大于未经冻融循环数值计算的结果，数值计算采用了未经冻融循环时的模型试验土体参数，故本文提出：季节冻土区水工加筋挡墙填土为粘性土时，春融期墙体将产生较大的融沉变形，当该变形不满足工程允许值时，建议采用无冻胀性的砂砾石作为填料组成筋-土复合体。关键词冻融循环；冻深修正系数；塑料格栅低温蠕变；复合体模型试验-II-AbstractAbstra

8、ctReinforcedretainingwallcomposedofsoilandplasticgeogridcanbearearthpressurebythefrictionforcebetweensoilandplasticgeogrid,andhaswellcapabilityofdeformationcompatibilityunderload.Presently,insea