好文档就是一把金锄头!
欢迎来到金锄头文库![会员中心]
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本

人工冻土融沉特性及其对周围环境影响研究.pdf

29页
  • 卖家[上传人]:油条
  • 文档编号:7314166
  • 上传时间:2017-09-01
  • 文档格式:PDF
  • 文档大小:1.04MB
  • / 29 举报 版权申诉 马上下载
  • 文本预览
  • 下载提示
  • 常见问题
    • 14第二章 人工冻土融沉特性及预报模型 2.1 人工冻土冻胀融沉机理及影响因素分析 冻胀是指土中水分冻结成冰时引起的土体体积膨胀 冻胀外观表现为土层鼓包、 开裂、均匀或不均匀隆起,实质为冻结过程中,土中水份(包括土中原孔隙水和外界向冻结锋面迁移、补给的水)冻结成冰,使土中孔隙填充、颗粒触点间的间距扩大,从而引起土颗粒的相对位移 衡量冻胀的主要指标是冻胀率,冻胀率是指冻结时的冻胀量与冻结深度的比值,其计算公式如下: %100×Δ=fHhη (2-1) 式中: η ——冻胀率,%; hΔ ——冻胀量,单位mm; fH ——冻结深度,不包括冻胀量,单位mm 当冻结地层温度上升时,冻土将发生融化,冻土中的冰晶融化成水,体积缩小 9%;另外,颗粒接触处的冰融化后,降低了冰和土颗粒包裹体的胶结程度,原来由包裹体承受的部分上部作用力转移到了土骨架上,增大了作用在土骨架上的有效应力,而在此过程中产生的未冻水则减小了土颗粒间的摩擦,土颗粒结构易于调整,在自重应力作用下,土体中的孔隙将被压缩,土体体积减小,发生融沉 冻土融化后产生的沉降,由融化沉降和压缩沉降两部分组成,分别用融沉系数和融化压缩系数来表示。

      融沉系数的大小与压力无关,只与土体本身的属性及冻融条件有关,是衡量土体融沉特性的主要指标,其计算公式为: 0α = %10000×Δhh(2-2) 式中: 0α ——冻土融沉系数,%; 0hΔ ——冻土融化下沉量,单位mm; 0h ——冻土初始高度,单位mm 融化压缩系数反映了在上部荷载作用下融土固结产生的沉降量 某一压力范围内冻土融化压缩系数的计算公式为: 15iiiiicppSSa−−=++11(2-3) 式中: ica ——融化压缩系数,单位 kPa-1; iS ——某一压力稳定后的单位固结变形量,单位cm/m; ip——某级压力值,单位 kPa 某一压力稳定后的单位固结变形量由式 2-4 计算: iS =0hhiΔ( 2-4) 式中: iS ——某一压力稳定后的单位固结变形量,单位cm/m; ihΔ ——某一压力下的变形量,单位mm; 0h ——冻土初始高度,单位mm 实践证明,融沉系数与冻胀率密切相关,冻胀大则融沉大,没有冻胀的土层基本上不发生融沉,影响人工冻土冻胀融沉的因素主要有:含水率、干密度、冷端温度、荷载、外界水源补给条件及融化温度 2.2 人工冻土融沉试验设计 2.2.1 试验目的 利用自行研制的冻胀融沉试验装置, 针对南京地区典型土质 (淤泥质粘土、 粉质粘土、粉砂) ,采用单因素试验和正交试验相结合的方法,研究冷端温度、含水率、冻结开放条件、干密度、荷载及融化温度对融沉系数的影响规律,为融沉预报模型的建立和后续研究提供依据。

      2.2.2 融沉试验装置 本文人工冻土融沉试验采用南京林业大学自制的冻胀融沉仪进行, 该仪器能够在负温环境下,使土体单向冻结、单向融化;能够按照土工试验方法标准( GB/T 50123-1999)的要求, 在一台仪器上完成冻胀量试验和冻土融化压缩试验 整套仪器由恒温箱、 试样盒、制冷系统、加热系统、温度数据采集系统、位移数据采集系统、加压系统和补水装置等组成,图 2-1 为冻胀融沉仪原理示意图 冻胀融沉仪试样盒采用有机玻璃制成,其尺寸为:内径 79.8mm,高 40.0 mm,能够有效消除融沉时环刀对土样的摩阻力,图 2-2 为冻胀融沉仪试样盒结构图 16图 2-1 冻胀融沉仪原理示意图 1—温控器 2—循环冷水进口 3—循环冷水出口 4—循环水泵 5—恒温水槽 6—补水装置 7—位移传感器 8—数据采集仪 9—电脑 10—制冷块 11—加压设备 12—恒温箱 13—加热传压盖 14—试样盒 图 2-2 融沉仪试样盒结构图 1—制冷块 2—保温材料 3—固定环 4—环刀 5—透水石 6—加热传压盖 7—导环 8—补水孔 9—热敏电阻测温点 2.2.3 试验安排 本文融沉试验主要采用重塑土进行, 并对重塑淤泥质粘土与原状淤泥质粘土融沉特性 17进行了对比试验。

      试验条件分为开敞型(冻融过程中有水源补充)和封闭型(冻融过程中无水源补充)两种在进行荷载对融沉系数影响的单因素试验中采取了三种不同的试验方法: 1)融前卸载方式——土样冻结时加载,融化前卸载; 2)带载融沉方式——土样冻结时加载,融化时荷载保持不变; 3)融后加载方式——土样冻结时加载,融化前卸载,融化后再施加相同大小的荷载进行压缩单因素融沉试验安排见表 2-1、表 2-2 和表 2-3,原状土与重塑土融沉特性对比试验安排见表 2-4 正交试验选择含水率、干密度和冷端温度三个因素,按三因素三水平正交试验设计,目的是找出各因素对融沉特性影响的显著程度,试验安排见表 2-5 表 2-1 含水率、干密度、冷端温度 对融沉特性影响的单因素试验安排 试样编号 土质 含水率 % 干密度 g/cm3冷端温度 oc 1-8 12、 16、 18、 20、 22、 24、 26、 28 1.40 -159-14 22 1.38、 1.42、 1.46、 1.50、 1.54、 1.58 -15 15-20 24 1.38、 1.42、 1.46、 1.50、 1.54、 1.58 -15 21-26 24 1.38、 1.42、 1.46、 1.50、 1.54、 1.58 -15 27-30 24 1.54 -5、 -15、 -25、 -3531-34 淤 泥 质 粘 土 24 1.54 -5、 -15、 -25、 -3535-41 15、 17、 19、 21、 24、 26、 28 1.40 -1542-47 23 1.40、 1.44、 1.48、 1.52、 1.56、 1.60 -15 48-53 饱和 1.40、 1.44、 1.48、 1.52、 1.56、 1.60 -15 54-57 23 1.46 -5、 -15、 -25、 -3558-62 粉 质 粘 土 23 1.46 -5、 -15、 -25、 -3563-66 16、 19、 22、 24、 26 1.44 -1567-72 22 1.40、 1.44、 1.48、 1.52、 1.56、 1.60 -15 73-76 22 1.48 -5、 -15、 -25、 -3577-80 粉 砂 22 1.48 -5、 -15、 -25、 -35注: 21~ 26、 31~ 34、 58~ 62 和 77~ 80 试验条件为开敞型,其它为封闭型;荷载均为 0kPa;融化温度均为 45oc。

      表 2-2 荷载对融沉特性影响的单因素试验安排 试验 编号 土质 含水率 % 干密度g/cm3加载 方式 冻结温度oc 荷载 kPa 81-87 淤泥质粘土 24 1.54 融前卸载方式 -15 0、 14.5、 29.5、 50、 100、 200、 300 88-93 淤泥质粘土 24 1.54 带载融沉方式 -15 14.5、 29.5、 50、 100、 200、 300 94-99 淤泥质粘土 24 1.54 融后加载方式 -15 14.5、 29.5、 50、 100、 200、 300 100-106 粉质粘土 25 1.56 融前卸载方式 -10 0、 14.5、 29.5、 50、 100、 200、 300 107-112 粉质粘土 25 1.56 带载融沉方式 -10 14.5、 29.5、 50、 100、 200、 300 113-117 粉砂 22 1.54 融前卸载方式 -15 0、 50、 100、 200、 300 118-121 粉砂 22 1.54 带载融沉方式 -15 50、 100、 200、 300 注:试验条件均为封闭型;融化温度均为 45oc。

      18表 2-3 融化温度对融沉特性影响的单因素试验安排 试验 编号 含水率 % 干密度 g/cm3冻结温度 oc 融化温度oc 试验编号含水率% 干密度g/cm3冻结温度 oc 融化温度oc 122 24 1.40 -15 15 126 28 1.40 -15 15 123 24 1.40 -15 30 127 28 1.40 -15 30 124 24 1.40 -15 45 128 28 1.40 -15 45 125 24 1.40 -15 70 129 28 1.40 -15 70 注:土质为淤泥质粘土;试验条件均为封闭型;荷载均为 0kPa 表 2-4 原状土与重塑土融沉特性对比试验安排 试验 编号 土样 类型 试验 系统 冻结温度 oc 融化温度 oc 试验编号土样 类型 试验系统冻结温度 oc 融化温度oc 130 原状土 封闭 -10 45 136 原状土 开放 -10 45 131 原状土 封闭 -20 45 137 原状土 开放 -20 45 132 原状土 封闭 -10 15 138 原状土 开放 -10 15 133 重塑土 封闭 -10 45 139 重塑土 开放 -10 45 134 重塑土 封闭 -20 45 140 重塑土 开放 -20 45 135 重塑土 封闭 -10 15 141 重塑土 开放 -10 15 注:含水率均为39 %;干密度均为1.29 g/cm3;荷载均为 0kPa。

      表 2-5 融沉正交试验安排 试验 编号 土质 冻结温度 水平oc 含水率 水平 % 干密度水平 g/cm3荷载 kPa 冻结 方式 融化温度oc 142-150 淤泥质粘土 -5、 -15、 -25 18、 22、 26 1.40、 1.48、 1.56 0 封闭 45 151-159 粉质粘土 -5、 -20、 -35 20、 23、 26 1.40、 1.48、 1.56 0 封闭 45 160-168 粉砂 -5、 -15、 -25 18、 22、 26 1.40、 1.48、 1.56 0 封闭 45 2.2.4 试样制备 (1) 试验土样的基本物理性质 试验所用三种土料均为南京地区典型土质,分别取自三个不同基坑,其基本物理指标见表 2-6 表 2-6 试验士料基本物理性质 土质 液限W L 塑限Wp 塑性指数Ip 分类 备注 淤泥质黏土 37 19 18 中液限粘土 原状土、重塑土粉质黏土 34 18 16 中液限粘土 均为重塑土 粉砂 28 12.5 15.5 低液限砂土 均为重塑土 19(2) 原状土试样制备 根据试验要求加工内径为 79.8mm,高 40mm 的环刀用来进行原状土样制备。

      1)首先在环刀内壁涂一层凡士林,然后刃口向下垂直下压,同时用切土刀沿环刀外侧切削土样,边压边削直至土样高出环刀,制样时不得扰动土样; 2)采用钢丝锯或切土刀平整环刀两端,然后擦净环刀外壁,称取环刀和土的总重量; 3)从切削的余土中取代表性试样,测定含水率及比重; 4)原状土同一组试样间密度的允许差值不得大于 0.03g/cm3,切削土样时,应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物及裂隙等进行描述 (3) 重塑土试样制备 重塑土试样采用分层( 3 层)压样法制作,在压实过程中保证每层土成型高度相同,加工成形的试样密度与要求密度之差不得大于士 0.01g/cm3、含水率与要求含水率之差不大于士 1% (4) 饱和试样制备 先按重塑土试样制备方法制备干密度符合要求的重塑土试样, 再采用抽气饱和法使试样充分饱和 2.2。

      点击阅读更多内容
      关于金锄头网 - 版权申诉 - 免责声明 - 诚邀英才 - 联系我们
      手机版 | 川公网安备 51140202000112号 | 经营许可证(蜀ICP备13022795号)
      ©2008-2016 by Sichuan Goldhoe Inc. All Rights Reserved.