【摘 要】
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我国东北、西北、甘肃及宁夏等地都属于季节性冻土区,区域面积约占全国陆地面积的53.5%。在这些地区的路基、埋地管道及函道等工程中,因制约土体冻胀量发展产生的法向冻胀力使得工程结构受到不同程度的破坏。本文选取哈尔滨市松北区某工程粉质砂土,通过测定所取粉质砂土物理参数,结合松北区地温、气象资料选取试验影响因素及其数值,测试其在不同补水边界、压实度、初始含水率和变温方式下法向冻胀力的变化情况。为了实现对
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我国东北、西北、甘肃及宁夏等地都属于季节性冻土区,区域面积约占全国陆地面积的53.5%。在这些地区的路基、埋地管道及函道等工程中,因制约土体冻胀量发展产生的法向冻胀力使得工程结构受到不同程度的破坏。本文选取哈尔滨市松北区某工程粉质砂土,通过测定所取粉质砂土物理参数,结合松北区地温、气象资料选取试验影响因素及其数值,测试其在不同补水边界、压实度、初始含水率和变温方式下法向冻胀力的变化情况。为了实现对哈尔滨市松北区粉质砂土法向冻胀力和实时补水情况的监测,自制了一套可实现自上而下单向冻结及自下而上无压补水要求的冻胀装置。对冻胀过程中法向冻胀力、补水量的发展以及温度变化情况进行分析,试样边界、初始含水率以及压实度的变化都会影响试样法向冻胀力的发展曲线和最终稳定值。在不同的变温方式下,冻结试样法向冻胀力会随温度升降而产生相应变化,温度变化幅度越大,对冻胀变化影响越显著。通过冻结时试样内部各层温度测试,可以发现试样冻结深度稳定值受初始含水率和压实度变化影响,且初始含水率对试样冻结深度的影响更为显著。试样补水量曲线与冻胀力增长曲线发展趋势相近,补水量随压实度和初始含水率的增加而降低,当土样含水率越趋近于饱和时,冻结时试样补水量越不明显。试验研究结果表明通过调节冻结温度可以有效控制法向冻胀力的发展,为防止工程冻害提供切实可行的解决方法。根据质能守恒定律,以土水势为土壤水分驱动力,引用固液比编写水热耦合方程,基于弹性力学基本理论,考虑热应变影响从而建立冻土的水热力耦合方程,通过COMSOL Multiphysics软件PDE模块,建立水热力耦合模型并进行数值模拟,将模拟结果与实测数据进行对比,验证了模型的适用性,该模型可为工程应用提供相应的规律性认识。图[67]表[11]参[56]
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