高溫-高含冰量凍土力學特性及凍土路基變形研究.pdf

1、凍土作為一種特殊的巖土材料，其力學性質(zhì)很大程度上取決于凍土的溫度及含水量。對于高溫-高含冰量凍土，溫度的微小波動會使其力學性質(zhì)發(fā)生很大的變化。在全球氣候變暖和工程活動的雙重作用下，多年凍土區(qū)路基下凍土溫度普遍升高，產(chǎn)生高溫-高含冰量凍土層，導致路基產(chǎn)生較大的沉降變形，對路基穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重的影響。多年凍土區(qū)道路工程的穩(wěn)定性是一個非常復雜的課題，高溫-高含冰量凍土地段路基穩(wěn)定性是我們目前面臨的最大挑戰(zhàn)。為了明確高溫-高含冰量凍土的壓縮(蠕變

2、)變形特性及凍土路基的變形機理，確保凍土區(qū)路基穩(wěn)定性，本文主要采用室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬等手段，圍繞高溫-高含冰量凍土的壓縮(蠕變)變形特性及凍土路基變形機理展開研究，主要包括室內(nèi)高溫-高含冰量凍土壓縮(蠕變)試驗、凍土粘彈性流變模型識別與參數(shù)反演、凍土路基變形實體工程試驗、現(xiàn)場凍土承載試驗及凍土路基變形數(shù)值模擬等，得出以下主要結(jié)論：
　　 (1)室內(nèi)青藏粘土凍結(jié)溫度試驗表明，在含水量20％～120％之間，凍結(jié)溫度隨含水量

3、的增加而升高，當含水量為80％時，青藏粘土的凍結(jié)溫度為-0.1℃，即使含水量為20％，其凍結(jié)溫度也僅-0.2℃。
　　 (2)高溫-高含冰量凍土恒載變溫壓縮試驗表明，在溫度較低的-1.5℃、-1.0℃下，凍土的壓縮量相對較小，而在溫度較高的-0.5℃、-0.3℃下，凍土的壓縮量相對較大，在-0.5℃、-0.3℃兩級溫度荷載下的壓縮量占總壓縮量的70％以上；當溫度相同時，應力越大，凍土的累加應變量越大，對溫度越敏感；在0.1 MP

4、a應力下，凍土的累加應變量隨含水量的增大而減小，而在0.2MPa、0.3 MPa應力下，當含水量為80％時，凍土的最終累加應變量最大。
　　 (3)利用最小二乘法對單軸蠕變試驗結(jié)果反演分析表明，溫度為-0.5℃，含水量分別為40％、80％及120％三種凍土粘彈性流變模型的反演參數(shù)，在以簡單性和精確性為優(yōu)選指標建立的模糊優(yōu)選模型中，退化的Burgers模型均為最優(yōu)模型，即三元件體模型(N-M)。
　　 (4)青藏鐵路北麓河

5、路基變形試驗段的溫度及變形資料分析結(jié)果表明，采用增加路堤高度保護凍土的設計方法可以提高凍土上限，保護路基下部多年凍土，確保路基的熱穩(wěn)定性，但凍土路基在溫度場調(diào)整過程中，引起路基下多年凍土溫度升高，產(chǎn)生了一個高溫凍土層。即使路基下多年凍土不發(fā)生融化，凍土路基仍會產(chǎn)生較大的沉降變形量，其主要來自于天然上限以下多年凍土層的壓縮(蠕變)變形。
　　 (5)現(xiàn)場凍土承載試驗結(jié)果表明，在0.1 MPa應力下，溫度和含水量是影響高溫-高含冰量

6、凍土變形的主要因素，溫度越高，變形量越大，含水量越高，變形量也越大。并且沉降變形具有明顯的蠕變性質(zhì)，與凍土路基沉降變形實體工程觀測資料類似，高溫-高含冰量凍土壓縮(蠕變)變形是路基變形的主要原因。
　　 (6)凍土路基變形數(shù)值計算結(jié)果表明，路基下多年凍土溫度均隨路基使用年限的增加而升高，形成高溫凍土層；凍土路基的沉降過程與年平均地溫有關，年平均地溫越高，路基沉降變形量越大；路基中心與路肩存在差異變形，年平均地溫越高，差異量越大；