高溫-高含冰量?jī)鐾亮W(xué)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(xué)性質(zhì)很大程度上取決于凍土的溫度及含水量。對(duì)于高溫-高含冰量?jī)鐾?，溫度的微小波?dòng)會(huì)使其力學(xué)性質(zhì)發(fā)生很大的變化。在全球氣候變暖和工程活動(dòng)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?jī)鐾翆樱瑢?dǎo)致路基產(chǎn)生較大的沉降變形，對(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。多年凍土區(qū)道路工程的穩(wěn)定性是一個(gè)非常復(fù)雜的課題，高溫-高含冰量?jī)鐾恋囟温坊€(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?jī)鐾恋膲嚎s(蠕變

2、)變形特性及凍土路基的變形機(jī)理，確保凍土區(qū)路基穩(wěn)定性，本文主要采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段，圍繞高溫-高含冰量?jī)鐾恋膲嚎s(蠕變)變形特性及凍土路基變形機(jī)理展開(kāi)研究，主要包括室內(nèi)高溫-高含冰量?jī)鐾翂嚎s(蠕變)試驗(yàn)、凍土粘彈性流變模型識(shí)別與參數(shù)反演、凍土路基變形實(shí)體工程試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)凍土承載試驗(yàn)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(yàn)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(dāng)含水量為80％時(shí)，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?jī)鐾梁爿d變溫壓縮試驗(yàn)表明，在溫度較低的-1.5℃、-1.0℃下，凍土的壓縮量相對(duì)較小，而在溫度較高的-0.5℃、-0.3℃下，凍土的壓縮量相對(duì)較大，在-0.5℃、-0.3℃兩級(jí)溫度荷載下的壓縮量占總壓縮量的70％以上；當(dāng)溫度相同時(shí)，應(yīng)力越大，凍土的累加應(yīng)變量越大，對(duì)溫度越敏感；在0.1 MP

4、a應(yīng)力下，凍土的累加應(yīng)變量隨含水量的增大而減小，而在0.2MPa、0.3 MPa應(yīng)力下，當(dāng)含水量為80％時(shí)，凍土的最終累加應(yīng)變量最大。
　　 (3)利用最小二乘法對(duì)單軸蠕變?cè)囼?yàn)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(jiǎn)單性和精確性為優(yōu)選指標(biāo)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(yàn)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(hù)凍土的設(shè)計(jì)方法可以提高凍土上限，保護(hù)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(chǎng)調(diào)整過(guò)程中，引起路基下多年凍土溫度升高，產(chǎn)生了一個(gè)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(huì)產(chǎn)生較大的沉降變形量，其主要來(lái)自于天然上限以下多年凍土層的壓縮(蠕變)變形。
　　 (5)現(xiàn)場(chǎng)凍土承載試驗(yàn)結(jié)果表明，在0.1 MPa應(yīng)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(shí)體工程觀測(cè)資料類(lèi)似，高溫-高含冰量?jī)鐾翂嚎s(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(jì)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(guò)程與年平均地溫有關(guān)，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；