季节冻土区场地冻融过程相似模拟试验研究

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1、'2009年第3期黑龙江水利科技No．3．2O09(第37器)HeilongiiangScienceandTechnologyof~'aterConservancy(TodalNo．37)文章编号：1007—7596(2009)03一【x一O3季节冻土区场地冻融过程相似模拟试验研究钟华，岳为群，汪恩良(黑龙江省水利科学研究院，哈：水滨150080)摘要：针对季节冻±区工程冻土的特点．结合野外冻土观测场的实际观测结果．进行了季节冻土区场地冻融过程相似模拟试验的研究。试验结果表明：①土体O℃等温线深度的变化趋势与冻绍指数的变化趋势基本相同，冻结指数I<500℃·h时，0℃等温线深度发展速

2、率较快，当冻结指数>500℃·h时，0℃等温线深度发展速率趋于平缓，且与土体的冻结指数的发展速率趋于一致；(在模型试验中应用冻深器观测冻深有局限性，其冻深的发展具有一一定的延迟效应。关键词：季节冻土；冻融过程；干H似模拟试验；延迟效应中图分类号：¨7445文献标识码：Al引言D'F515／615系列数据采集仪和Delogger软件系统。传感器系统包括温度监测系统和冻深监测系统。其中，冻深监测除利冻土是一一种对温度分敏感目．性质不稳定的材料．在用温度传感器进行竖直面的温度监测外，还利用丹尼林冻深广大的季节冻土区，随着环境温度的季节性交替变化，士体器进行人工冻深观测。会发生冻结和融化。随

3、着大气温度的下降，土体温度达到土巾水结晶点时，冻结融化层即产生冻结。随着土中孔隙水和外界水源的补给，水结晶形成多品体透镜体、冰夹层等形式的冰侵人体，引起土体体积增大，导致地表不均匀上升，这就∞∞是通常所说的冻胀现象。到了春季，冻结后的土体从表层开始融化而冻±层的下层尚未融化，水分无法下渗，土体处于饱和及过饱和状态，导致地基承载力降低。一旦：t体中冰侵入体消融成水，而土体义未能完全排水固结，就会使上部建筑物发生沉陷变形，这种士体冻结融化给程造成的过大变形或破坏就是T冻害问题l】。。为了研究[程冻害，提}{

4、抗冻措施，常常采用野外现场试验和室内模型试验的手段，但零节冻土冻融过程模型试验研

5、究怍未见系统报道，因此，本文就场地冻融过程相似模拟试验做了一些探索性的研究．图l模型试验箱2试验设备及试验材料2．2试验材料本次试验所用黏土取白哈尔滨市郊区薛家土场，其主要2．1试验设备物理力学指标见表l，颗粒分析曲线见图2。黏土土样按《土主要由模型试验耥、温度控制系统、补水系统以及数据工试验规程》(SL237—1999)的要求进行试验。采集与处理系统组成．2．1．1模型试验箱3试验过程模型试验箱为全钢结构矩形箱体，尺寸3．1相似比尺的确定2．5m×1．5nl×J．5Ill，模型跋验箱具有足够的刚度模型根据具有相变过程的热量一水分综合输运方程试验箱实物，见图1OTa，、a71、2，1

6、．2温度控制系统M一温度控制系统分为2部分：①低温实验室提供低温环境，按设‘要求控制降温过程；②模型试验箱底板温度控制系统，模拟季节冻土层下部的暖土层。低温实验室的温度控制范围为～35℃～+25℃，榨制精度为±1．0℃；模型试验箱底板温度控制范围为Occ～+15：，控制精度为±1．0℃2．1．3补水系统补水系统由补水箱和模型试验箱底板的供水池纽成，补水箱内设置加热器，避免冻结过程中补水系统失效。2．1．4数据采集与处理系统数据采集与处理系统由数据采集仪和传感器系统组成。模型试验数据的采集与分析使．}=fj澳大利亚Datataker公司的图2试验土样颗粒分析曲线图【收稿日期]2008一

7、l1～28[作者简介]钟华(1982一)，女，山东临清人，助理工程师；岳为群(1968一)，男，吉林白城人，工程师；汪恩良(1971一)，男，河北栾南人，教授级高级工程师、钟华，等：季节冻土区场戆畚融过程相似模拟试验研究第3期表1试验用黏土主要物理力学指标出。按设计要求控制其含水量，然后，密封保湿24h，使上中水分充分混合均匀备用。4．、．⋯fJ’．“．^，I。日—5∞6{0靠20062006．20。72o072067I22l—v'[t0；20o7—2。o7”。lI21-18。V㈨⋯1lf’I川∞五II．1狲j21砒L12凹．21抓3l鼬41g：睢51嗍az：d(、Da)图4野外冻土

8、观测场2006—2007年实测冻融过程线∞应用积分类比法可推知2c·C=C2O1{c。·C=10式中：为自变量，为温度；￡为时间；A为土的导热系数；0．．吾在融土中为总含水量，在冻土中为未冻水含量；D为土中水O的扩散系数。‘lO本项试验中选用原状土样，且所采用的温度条件与原型’J土体相同，因此‘∞‘2≮C=1，Cn=1，C7，：1·30则上述相似判据变为：C：C图5各阶段典型温度控制过程曲线即时间比尺为几何比尺的平方倍。3．3．2模型成型及传感器埋设考虑到