冻融循环作用下膨胀土长期性能试验研究

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1、硕士学位论文冻融循环作用下膨胀土长期性能试验研究EXPERIMENTALINVESTIGATIONONTHELONG-TERMPROPERTIESOFEXPANSIVESOILSSUBJECTEDTOFREEZE-THAWCYCLING聂众哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU445学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文冻融循环作用下膨胀土长期性能试验研究硕士研究生：聂众导师：胡庆立副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TU445U.D.C:624DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringEXPERIMENTALINVESTIGATIONONTHELONG-TERMPROPERTIESOFEXPANSIVESOILSSUBJECTEDTOFREEZE-THAWCYCLINGCandidate：NieZhongSupervisor：AssociateProf.HuQingliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ArchitecturalandCivil

3、EngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要东北地区为典型的高寒深季节冻土区，强烈的冻融循环效应严重影响各类土工构筑物长期的安全及工作性能。而在季冻区的工程实践中发现，广泛分布于温湿气候区域的膨胀土也在季冻区发育，长期冻融循环作用成为诱发滑坡的重要因素，因此针对冻融循环下膨胀土长期性能研究是当前改进寒区土工工程长期安全性的

4、重要前提。本文依托寒区高速铁路工程，在总结国内外土体流变研究的基础上，以宾西膨胀土与另外两种膨胀土作为研究对象，先后进行了三种膨胀土的基本物理指标试验以及冻融循环作用下无荷载膨胀率试验，常规及冻融循环条件下的三轴蠕变试验与应力松弛试验。研究过程中对宾西膨胀土进行了不同含水量、不同围压/竖向压力、及冻融循环次数下的三轴蠕变试验与直剪应力松弛试验，并与试验手段相同的佳木斯膨胀土与延吉膨胀土的实验结果进行了对比；根据试验数据建立了基于扰动状态概念考虑冻融循环影响的改进西原模型，并进行参数拟合，证明该模型可表现出冻融循环对膨胀土长期性能的影响。总结起来，本文的研究内容及

5、成果如下：首先，试验获得了膨胀土的基本物理力学参数，包括矿物成分、膨胀矿物含量、颗粒级配、界限含水量、自由膨胀率及无荷载膨胀率等。其中，无荷载膨胀率试验研究了宾西、佳木斯及延吉膨胀土在不同含水量、干密度、及冻融次数下的变化规律。其次，通过非冻结与考虑冻融循环作用的膨胀土蠕变与应力松弛试验，探究了宾西膨胀土在不同含水量、围压或竖向压力、冻融循环次数下的蠕变与应力松弛变化规律，并与佳木斯与延吉膨胀土的流变特性进行比较。另外，流变试验结果表明含水量的增加会对膨胀土长期性能产生明显影响，围压及竖向压力则会抑制膨胀土的流变特性，冻融循环对膨胀土的长期性能具有明显的不利影响

6、。最后，建立了基于扰动状态概念考虑冻融循环效应的改进西原模型。其中，以扰动函数D考虑膨胀土流变性能随冻融循环次数变化的特性。在西原模型的基础上，通过扰动函数反映冻融循环作用对膨胀土长期性能的影响，该模型可有效考虑膨胀土在不同冻融循环次数下的蠕变与应力松弛特性。关键词：膨胀土；流变试验；冻融循环；西原模型；扰动状态概念哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAsatypicalhighcoldanddeepseasonalfrozensoilarea,northeastChinaisseriouslyaffectedbythestrongfreeze-tha

7、wcyclethatthreatenslong-termsafetyandworkingperformanceofvariousgeotextilesstructures.Intheengineeringpracticeoftheseasonalfrostarea,itisfoundthatexpansivesoil,whichiswidelydistributedinthewarm-moistclimateregionisalsodevelopedintheseasonalfreezingzone.Consideringthatthelong-termfree

8、ze-thawcycle