季節(jié)凍土凍融損傷及高路塹邊坡抗融沉滑塌研究.pdf

1、季節(jié)凍土區(qū)冬季土體凍結膨脹，春季冰晶融化在凍融交界面形成富水帶，高速鐵路、公路的路塹邊坡不斷發(fā)生凍融滑塌工程災害事故，造成了重大經(jīng)濟損失。開展季節(jié)凍土區(qū)邊坡凍融滑坡機理的基礎性研究，尋求一種全新且有效的防止季節(jié)凍土層邊坡凍融滑塌的工程技術，減少寒區(qū)邊坡凍融坍滑病害的發(fā)生，減少災害損失，是凍土工程學科的前沿課題，面對我國鐵路、公路交通事業(yè)迅猛發(fā)展，也是國民經(jīng)濟發(fā)展的需求。
　　本文在系統(tǒng)查閱國內外相關資料基礎上，開展了500個原狀土

2、試樣（失敗86個）的凍融三軸試驗，一是尋求凍融作用對土體結構的損傷過程、損傷機理，提出損失率的定義與計算公式，建立凍融土損傷模型以及驗證工作；二是通過不同方法試驗結果的對比認識到排水是解決富水帶交界面滑移的最有效途徑，提出多層水平排水管技術防治邊坡凍融滑塌的思想，完成了相關室內試驗；三是利用有限元計算將新技術與目前設計單位采用的措施對比穩(wěn)定安全系數(shù)、水平位移等關鍵數(shù)據(jù)，確立了該技術的設計方法與穩(wěn)定性分析計算公式，最后在哈爾濱至大連高速鐵

3、路路邊邊坡工程試驗，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證該技術的優(yōu)越性與良好的工程效益。
　　論文得到了如下研究成果：
　　1.通過不同凍融次數(shù)（1~9次）、5個凍結溫度、6個融化溫度、不同補水條件，3種試驗方法的原狀土試樣凍融—三軸試驗，確定了不同試驗條件下原狀土抗剪強度指標 C、φ的凍融損傷的變化規(guī)律。凍融次數(shù)增加抗剪強度指標變化幅度增大，7次凍融循環(huán)后二者數(shù)值趨于穩(wěn)定；凍結溫度越高、初始含水率越高、水分補給越充足原狀土的抗剪強度指標損傷變

4、化幅度越大。得到了各影響因素與原狀土抗剪強度指標的量化關系，提出了土樣 C、φ與凍融次數(shù)、凍結溫度和初始含水率之間的數(shù)學計算關系式。
　　2.試驗結果確定凍融損傷作用可使土體粘聚力減小45％，內摩擦角略微增長，使土體抗滑力大幅下降，得到了凍融損傷機理：“土體化學晶格鍵凍脹破壞”、“微小土塊壓密體”，季節(jié)凍土區(qū)土質路塹邊坡凍融滑塌的機理：“冰質小滾珠效應”和“融化水潤滑作用”。
　　3.分析了不同凍融次數(shù)、不同凍結溫度和不同圍

5、壓應力條件下凍融損傷試樣土的應力—應變曲線的變化規(guī)律，提出了初始切線模量損失率和最大偏應力損失率的定義，根據(jù)定義引入了雙損傷因子，建立了土的凍融損傷模型，試驗資料對模型進行了驗證，證明模型能夠正確反映出原狀粉質粘土的力學性能的凍融損傷程度。
　　4.對水平排水管進行了凍脹融沉試驗和凍融排水試驗，同時確定了合理的排水管管徑和間距，試驗證明了多層水平排水管技術的可行性。對比了3種護坡邊坡工程的數(shù)值計算的安全系數(shù)、水平位移等，提煉出多層

6、水平排水管技術，并得到了該技術下邊坡穩(wěn)定性的計算公式。
　　5.在哈大高路塹邊坡 D3K691+700～865段進行了多層水平排水管防凍融滑塌技術和無措施對比現(xiàn)場工程試驗，埋設了溫度探頭、水分分析儀、凍融位移計、水位監(jiān)測管和測斜管等傳感器，共計280個測試元件的水分、溫度、位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：多層水平排水管防凍融滑塌技術可有效減小季節(jié)凍土區(qū)高路塹邊坡的凍結深度、降低邊坡地下水位和水分遷移量、減小凍脹融沉量和水平位移，完全保證淺水位高