正融粉质黏土的强度和变形特性研究

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1、北京交通大学博士学位论文正融粉质黏土的强度和变形特性研究姓名：彭丽云申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：刘建坤20081001中文摘要摘要：冻胀、融沉和翻浆是季节性冻土地区路基工程中常见的病害，对其机理、影响因素及变化发展规律进行深入细致地研究，对该地区铁路工程建设具有重大的实际意义。近年来，随着铁路大提速和大量高速铁路在季节性冻土地区的兴建，对路基整体稳定和路基面平顺的要求不断提高，如何采取措施减小冻害对路基的破坏已成为一个急需解决的问题。本文以国家自然科学基金项目为依托，以京包、包兰线冻害频发地段的

2、粉质黏土为重点，在总结国内外研究现状的基础上，通过现场路基冻害调查、变形观测和室内试验，研究动静荷载作用下正融粉质黏土的强度和变形特性。研究结果将为季节性冻土地区铁路路基在春融期间的冻害防治提供指导；丰富和发展冻土力学的学科体系；通过引入正融土在荷载作用下的力学行为研究，为冻土的三场耦合研究打基础。主要结论包括以下几个方面：l、总结分析了前人在冻土力学性质方面的研究，指出其不足之处；并针对我国广大季节性冻土地区，认为动、静荷载作用下正融土的力学性能研究，是冻土力学研究中急需发展的内容，具有重要理论价值和实际意

3、义。2、在对京包、包兰线呼局管段内的路基病害进行调研和现场观测的基础上，指出冻胀、融沉和翻浆是季节性冻土地区路基工程中普遍存在的冻害现象，三者之间存在内在联系；土质、水分、环境温度、土中的盐分和外界附加荷载是影响冻害的典型因素。3、详细分析了冻结粉质黏土的抗剪强度，并通过冻土的直剪试验，得出了冻土抗剪强度指标和其冻前含水量、冻结时的环境温度之间的关系。4、在现有静、动三轴仪，压缩固结仪的基础上，配以相应的土样冻结装置、融化装置、保温装置、加载装置和数据自动采集系统，成功实现了对正融粉质黏土样在动、静荷载作用下

4、的强度和变形研究；其结果表明：上述改装设备在正融土的研究领域具有较好的可靠性，测试精度满足科研、工程实际要求，可在正融土研究中推广应用。5、通过正融粉质黏土的无侧限抗压试验，发现土样冻前含水量、顶端冷却温度和顶端融化温度对其应力应变和强度特性具有显著影响；其应力应变关系和融土不同，在不同含水量、不同融化速率时表现出不同的形式。6、对正融粉质黏土在循环荷载作用下的累积变形特性进行了研究，由于涉及到温度，其累积变形表现出更加复杂的性质；动应力幅值、顶端冷却温度和冻前含水量对累积变形特性有显著影响；土样累积塑性应变

5、分别和动应力幅值、循环荷载作用次数以及顶端冷却温度和循环荷载作用次数之间存在指数关系，该关系北京交通犬学博士学位论文式是对正融土累积变形进行预测的一个初步探讨。7、分别对开敞和封闭系统中冻结的粉质黏土样，在动、静力荷载作用下的融沉特性进行了研究。结果表明：土样顶端冷却温度和融化温度是影响其融化过程中温度场分布的关键因素，在试验应力范围内，荷载大小及加载频率对其的影响较小；土样顶端冷却温度、融化温度和荷载大小对融沉变形量有一定影响；开敞系统中冻结的土样，其融沉变形普遍大于封闭系统中冻结的土样的融沉变形，且两种系

6、统中冻结的土样在融沉时表现出来的变形曲线呈现出不同的形式。8、在前人分析的基础上，对季节性冻土地区一维融化固结理论进行了初步探讨，该研究有待于在今后的工作中进行进一步完善并接受实践的检验。关键词：季节性冻土地区：正融粉质黏土；强度特性；变形特性；动静荷载作用；冻胀；融沉；翻浆；固结；分类号：TU441+．35；U213．1“ABSTRACTABSTRACTABSTRACT：Frostheaving,frostboilingandthawsettlementarethecommondiseasesofroadb

7、edinseasonalfrostarea．Studiesonthemechanismandinfluencefactorsofthosedamageshavegreatpracticalmeaningtoengineeringconstruction．Inrecentyears，asthetrainspeed—increasingandthehigh—speedHSPRlinesconstruction，demandsofthestabilityandirregularitycapacityofsubgra

8、deareimprovinggradually．Howtoadoptthecorrespondingmeasurestoresolvetheseproblemhavebecomearesearchhotspot．WiththeassistantoftheNationalNaturalScienceFoundation，inthisdissertation，thestrengthanddeformat