水泥改良土人工凍土性能及抑制凍脹融沉機理研究.pdf

1、人工地層凍結法以其廣泛的使用范圍，形成的凍土帷幕強度高、抗?jié)B性好，且對環(huán)境影響小等優(yōu)點越來越廣泛地應用于城市地下空間的開發(fā)和利用。凍結法施工中土體的凍脹和融沉是兩個一直困擾著工程技術人員的問題，目前工程中常采用的處理辦法大都基于“被動控制”的思想，且處理效果不是很理想。而城市淺表地層中往往密布著管道、電纜、光纜等基礎設施，這就要求施工必須對地層位移進行嚴格控制，對凍脹和融沉控制方法的研究就顯得尤為迫切，并具有重要的現(xiàn)實意義。 本

2、文依據(jù)“主動控制”理念，借鑒水泥土的理論和實踐成果，提出利用水泥抑制凍結過程中土體內的水分遷移，從而控制凍脹和融沉的設想。然后通過試驗和數(shù)值模擬對這一設想進行驗證，在此基礎上提出控制凍脹和融沉的新方法——“地層改良凍結法”，即在凍結之前先對設計凍結區(qū)域土體用水泥進行改良，然后再進行凍結。本文主要工作和取得的研究成果有： (1)對上海隧道工程中常遇到的粘性土⑤3土和砂性土⑦2土原狀土進行了人工凍土試驗，研究這兩層土的人工凍土性能，

3、重點是凍脹和融沉性能，獲得了一些具有工程應用價值的試驗數(shù)據(jù)： (2)在粘性土⑤3土和砂性土⑦2土中摻入不同量的水泥重塑為改良土，在恒溫保濕條件下養(yǎng)護14天，然后進行常規(guī)土工試驗和人工凍土試驗，試驗取得了較為理想的結果，獲得了改良土人工凍土性能的相關試驗數(shù)據(jù)。通過對不同水泥摻量的改良土試驗數(shù)據(jù)對比分析，得出了改良土的物理性質及人工凍土性能隨水泥摻入量的變化規(guī)律： (3)通過對改良土凍脹試驗數(shù)據(jù)分析，得到了粘性土⑤3和砂性土

4、⑦2改良土的凍脹率和水泥摻入量之間的關系曲線，每條曲線上均有兩個臨界點。⑤3改良土曲線上兩個臨界點對應的水泥含量分別為4％和10％，⑦2改良土對應的水泥含量也為4％和10％。當水泥摻量在兩個臨界點之間時，隨著水泥摻量的增大，凍脹率迅速減小；當水泥摻量在兩個臨界點以外時，隨著水泥摻量的增大，凍脹率幾乎無變化； (4)通過對改良土融沉試驗數(shù)據(jù)分析，得到了粘性土⑤3和砂性土⑦2改良土的融沉率和水泥摻入量之間的關系曲線，每條曲線上也有兩

5、個臨界點，且臨界點位置和融沉率與水泥摻量之間的關系和凍脹率隨水泥摻量變化規(guī)律相同； (5)綜合分析試驗數(shù)據(jù)，得出了水泥改良土抑制人工凍土凍脹和融沉的機理是水泥土的固化作用改變了土體的結構，使得土體變得更加密實，強度得以提高，土體內的孔隙減少或變小，滲透性降低，導熱性能增強，有效抑制了凍結過程中的水分遷移，進而減少了凍脹量，也減少了凍土內分凝冰的形成及對土體結構的破壞，在解凍時便可以有效抑制融沉量； (6)對粘性土壤人工凍