地鐵循環(huán)荷載下凍融軟土動(dòng)力特性與微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究.pdf

1、人工凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)使土體溫度降低，形成臨時(shí)凍結(jié)加固體，可以達(dá)到提高土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的目的。近年在沿海軟土地區(qū)的地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中，凍結(jié)法施工突顯出其止水性好、強(qiáng)度高、安全性好等優(yōu)勢(shì)。但是，地鐵聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法施工后，凍融循環(huán)作用將影響地基土的工程性質(zhì)，循環(huán)荷載作用下凍融土的動(dòng)力特性有別于來凍融土，因此有必要針對(duì)凍融土進(jìn)行深入研究，為控制凍結(jié)法施工后的長(zhǎng)期沉降提供依據(jù)。本文通過動(dòng)三軸試驗(yàn)研究地鐵列車循環(huán)荷載作用下凍融土的動(dòng)力特

2、性，包括動(dòng)孔壓和動(dòng)應(yīng)交的發(fā)展規(guī)律。對(duì)凍結(jié)溫度、凍融循環(huán)周期和融土初始固結(jié)度影響下的凍融土動(dòng)力特性進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立具有實(shí)用價(jià)值的凍融土動(dòng)力模型。并結(jié)合掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)軟黏土凍融前、凍融后（加載前）和加載后的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性對(duì)比分析，利用微觀結(jié)構(gòu)定量分析的結(jié)果解釋軟土的凍融循環(huán)弱化效應(yīng)和循環(huán)荷載下凍融土的宏觀變形機(jī)理。通過試驗(yàn)分析和總結(jié)，得到了如下成果與結(jié)論:
　　(1)本文基于真空預(yù)壓原理自行研制了多聯(lián)通道重塑土

3、真空預(yù)壓儀，通過控制土樣的含水量及密度，制備均勻性更好的重塑土用于室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)。多聯(lián)通重塑土真空預(yù)壓設(shè)備主要由四部分組成:真空泵、真空水罐、土樣制備箱和智能控制顯示系統(tǒng)。微觀掃描試驗(yàn)的定量分析結(jié)果表明土樣各高度上水平和垂直斷面孔隙面積的分布規(guī)律較為一致，論證了本文試驗(yàn)所用重塑土樣的均勻性。
　　(2)采用偏壓正弦波模擬地鐵列車循環(huán)荷載，加載過程中凍融土孔壓發(fā)展趨勢(shì)與未凍融土類似，大致可以分為三個(gè)階段:迅速增長(zhǎng)、緩慢發(fā)展和穩(wěn)定階段

4、，并且孔壓在循環(huán)加載10000次左右即可達(dá)到穩(wěn)定值。凍融土的應(yīng)變發(fā)展經(jīng)歷快速增長(zhǎng)階段后即進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)階段，累積速率逐漸減小，可以推測(cè)在足夠多加載循環(huán)周期后將達(dá)到穩(wěn)定。循環(huán)荷載作用下，凍融土的孔壓和應(yīng)變發(fā)展速率較未凍融土快，穩(wěn)定孔壓和累積應(yīng)變也較大。這是因?yàn)閮鋈谘h(huán)作用在一定程度上破壞了內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)，引起孔隙體積增大，造成土體結(jié)構(gòu)性的弱化。
　　(3)對(duì)于凍融土而言，不同的凍結(jié)溫度和凍融循環(huán)周期對(duì)其結(jié)構(gòu)破壞程度有影響，進(jìn)而導(dǎo)致其動(dòng)力

5、特性的差異。試驗(yàn)結(jié)果表明，凍結(jié)溫度越低，孔壓和軸向應(yīng)變的發(fā)展速率越快，穩(wěn)定孔壓和累積應(yīng)變也越大。多次凍融循環(huán)作用也會(huì)加劇土體結(jié)構(gòu)的破壞，二次凍融土的孔壓和應(yīng)交隨加載周期的發(fā)展更快，穩(wěn)定值也更大。原因在于低溫凍結(jié)過程中凍脹效應(yīng)更加顯著，冰晶生長(zhǎng)破壞了顆粒骨架結(jié)構(gòu)，小孔隙貫通導(dǎo)致大孔隙的出現(xiàn)。融化過程中，孔隙形態(tài)和顆粒聯(lián)結(jié)作用難以恢復(fù)到原始狀態(tài)，故發(fā)生結(jié)構(gòu)性弱化，二次凍融循環(huán)后對(duì)土體結(jié)構(gòu)的破壞作用將更加明顯。
　　(4)凍結(jié)軟黏土在融

6、化過程中將發(fā)生土體骨架的重分布以達(dá)到新的顆?？紫镀胶鉅顟B(tài)，并且冰晶的融化速率大于孔隙水的排出速率。在地鐵正式運(yùn)營(yíng)前，如果凍融土的固結(jié)作用未完全完成，則會(huì)影響地基土在運(yùn)營(yíng)期間的動(dòng)力特性，進(jìn)而引起較大的累積沉降。不排水加載試驗(yàn)結(jié)果表明在循環(huán)荷載作用下，融土初始固結(jié)度越低，孔壓和軸向應(yīng)變的發(fā)展速率越快，且穩(wěn)定孔壓也越大。因此在分析地鐵運(yùn)營(yíng)過程中凍融軟土長(zhǎng)期沉降時(shí)，考慮融土初始固結(jié)度能夠獲得更好的效果。
　　(5)結(jié)合環(huán)掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，對(duì)軟