季冻区粉质黏土强度及变形参数试验研究

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我国季节性冻土主要分布在西北、华北以及东北等地区,分布较为广泛。随着季节变化,这些地区土体状态、性质均发生较大变化,也带来了大量工程问题,因此研究温度变化对季冻区土体强度与变形特征的影响具有重要的工程意义。本文以长春地区工程中常见的粉质黏土为研究对象,进行不同温度-围压条件下的三轴试验,依据试验结果分析天然含水率下的粉质黏土以及饱和粉质黏土在不同温度-围压作用下的强度及变形特征变化规律,并将试验相关参数应用于越冬工程的数值模拟分析中。主要研究内容及成果如下:一、考虑到土体的非饱和特性,利用Geo-Experts压力板仪实现对该地区粉质黏土的土-水特征曲线测定,并依据GD模型及VG模型对测得的土-水特征曲线进行拟合。考虑到吸力无穷大时残余含水率为0,对VG模型进行修正,并在此基础上建立温度与基质吸力的函数关系。二、依据三轴试验结果,详细分析了不同温度及围压作用对粉质黏土强度的影响以及黏聚力与内摩擦角的转变趋势,解释了季冻区粉质黏土黏聚力与内摩擦角的构成部分以及影响因素,研究了温度变化对粉质黏土冻胀变形的影响,指出了体积含冰量不同时粉质黏土力学参数的变化规律,计算了长春地区粉质黏土的弹性模量,并分析了其在不同温度、围压下的变化规律。三、将试验得到的相关参数应用于越冬基坑工程数值模拟分析,分析温度变化与冻土力学参数选取对模拟结果的影响。结果表明:当温度降低至-20℃后,坑底隆起值、支护桩水平位移、桩侧土压力、内支撑轴向力等均显著增加,选取实际温度下土层的力学参数与采用常温下的力学参数模拟相比结果差异较大,且更符合工程实际。季冻区土体随温度变化的强度及变形参数研究具有重要的工程实用价值。
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