季节冻土区渠道水分迁移规律及冻胀特性试验研究

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。     

景电工程干渠块石换填措施抗冻融效果评价

为解决景电工程干渠红砂土基础在地下水浅埋条件下冬季冻胀量大、暖季融沉滑塌严重的问题,对渠道基础采用块石换填的抗冻胀融沉方案。根据地下水埋深与渠基土冻胀、融沉强度的关系,得到冻土的本构方程,采用COMSOL有限元软件对换填前和换填后渠道衬砌的位移场和应力场进行了对比计算。结果表明:换填后的渠坡、渠底衬砌板法向位移最大值相对于换填前分别减小了53.8%、78.0%;换填后,渠道衬砌最大法向冻胀力和切向冻结力相比换填前分别减小了73.2%和82.8%,且整体分布更均匀。在地下水浅埋和土体遇水软化的水文地质条件下,块石换填渠道具基础有优良的抗冻胀融沉效果。     

生石灰添加对北方粉质盐碱渠基土冻胀融沉改良研究

为控制和改善由于北方寒区冻融过程所导致的渠道基土的冻胀变形等现象,丰富盐碱渠基土改良相关工程的理论和经验.研究采用室内试验的方式,选择能对生石灰改良渠基土冻胀融沉特征产生影响的生石灰掺量、冷端温度以及含水率3个因素,在不同梯度水平条件下进行单因素冻融试验,通过探讨各因素对生石灰改良粉质粘土冻胀率和融沉系数的影响规律,确...     

季节冻土区梯形混凝土衬砌渠道冻胀预测研究

依据热传导和质量迁移理论,建立渠基冻土温度场、水分场和应力场耦合数学模型,分析了影响季节冻土区渠基土体冻结的核心因素温度和水分运移量,提出以冻结期渠基土体温度和水分迁移量为变量,建立渠基土体冻深和冻胀量预测模型。借助于季节性冻融条件下梯形混凝土衬砌渠道原型观测成果,观测了冻结期渠基以下5 cm处土体温度以及水分迁移量,研究了季节冻融渠基温度和水分运移及其诱发的冻深发展和冻胀变形的变化。经检验,预测曲线与实测曲线基本一致,且满足误差要求,用冻结期土体温度和水分迁移量来预测冻深、冻胀的方法准确可行。     

地下水埋深对冻融土壤水分入渗特性影响的试验研究

本文基于冻融期间大田测坑不同地下水埋深条件下，自然冻结土壤水分入渗试验，分析讨论了地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力、相对稳渗率的影响和冻融期间土壤入渗能力的变化特点。结果表明：地下水埋深对冻融土壤入渗能力的影响十分明显；土壤入渗能力随地下水埋深的增大而增大；冻融土壤的相对稳渗率随地下水埋深的减小而减小；冻融期间地下水埋深小的土壤的入渗能力始终小于地下水埋深大的土壤的入渗能力。地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力的影响通过其对地表土壤含水量的影响而实现。研究结果对于指导季节性冻土地区冬、春灌溉合理灌水技术参数的确定具有实际意义     

亚硫酸盐渍土各冻融周期盐-冻胀规律试验研究

为研究罗布泊地区天然亚硫酸盐渍土盐-冻胀各冻融循环周期内的变化规律及影响因素,采用控制初始含水率和干密度的方法进行冻融循环试验。试验结果表明:亚硫酸盐渍土各周期的盐-冻胀率为先增后减的二次函数状,在冻融循环作用下盐溶液浓度降低,土体内部结构达到临界点,4周期后各周期的盐-冻胀率开始降低;前4周期的盐-冻胀率呈先减速后加速,且随含水率的增大表现明显,土体结构性损伤是盐-冻胀增长加速的主要原因;随初始干密度的增大,盐-冻胀作用在改变土体的孔隙和结构时所需的能量增加,试验中各周期的盐-冻胀率表现出波动性的变化。研究结果表明:亚硫酸盐渍土各冻融周期的盐-冻胀率与土体在各周期所呈现的结构状态有密切关系。     

NE45°混凝土衬砌渠道抗冻胀设计特点

结合塔里木河流域工程实例，研究北方寒区工程地下水埋深与混凝土衬砌渠道设计冻深的关系，进行衬砌结构抗冻胀稳定计算，确定相应的抗冻胀措施。计算结果表明，渠道设计冻深随地下水埋深与基础之间垂向距离的增加而增加，但当相对距离大于2?m后设计冻深增长缓慢；设计冻深与工程区标准冻深值成正比；基础冻胀量随工程区地下水埋深与基础之间垂向距离的增加而递减；NE45°混凝土衬砌渠道阴坡冻胀量最大。     

冻融对压实黄土工程地质特性影响的试验研究

季节冻土区黄土路基经常遭受强烈的冻融循环作用,使得路基土体的水分重新分布、密度发生变化,严重的会导致路基发生较大变形而破坏,造成一定的经济损失和安全隐患。通过补水条件下的压实黄土冻融循环试验,研究冻融循环作用对压实黄土的水分分布、变形和干密度等工程地质特性的影响。试验结果表明:反复的冻融循环作用使得土样含水率增加,从底板到顶板土样含水率逐渐递增,且含水率增加幅度随冻融次数的增加而增加;土样在冻融循环初期冻胀变形大于融沉变形,总体变形显著增加,经过一定冻融循环次数后土样总体变形趋于稳定,冻融循环后期土样出现较小的沉降变形;冻融循环使得土样的干密度逐渐减小,冻融循环次数越多,其干密度减小幅度越大。研究成果对压实黄土路基病害形成机理及防治措施研究具有重要的科学意义。     

冻结期和冻融期土壤水与潜水转化关系研究

在天山北麓昌吉地下水均衡试验场，选择天山北麓平原的三种代表性土壤（粉质轻粘土、细砂、砂砾石）进行冻结期和冻融期的土壤水与潜水转化关系的模拟试验研究。观测不同土壤地质，不同潜水埋深条件下的潜水补给过程和潜水蒸发过程，分析土壤水与潜水的转化关系和转化量，研究成果对于认识内陆盆地冻结期和冻融期的潜水补给和蒸发特点以及对于准确评价地下水资源和土壤水资源均具有实用价值。     

冻融循环条件下罗布泊天然盐渍土的盐胀融沉规律研究

以罗布泊湖积平原区的盐渍土为研究对象,分别从影响盐渍土冻胀和融沉的各因素、冻融循环次数、干密度和含水率等方面进行试验研究。结果表明:不同含水率、不同干密度的土样经多次冻融循环作用后,土样的盐冻胀量随冻融循环次数的增加而递增;含水率相同而干密度不同的土样,其盐—冻胀率相差不大,含水率为影响盐—冻胀率的主要因素。     

季节性冻土区铁路路基冻融变形规律

为探究冻融循环作用对季节性冻土区铁路路基变形特性的影响,以兰新铁路的路基填土为研究对象进行冻融循环试验和固结压缩试验,得到了冻融变形和压缩特性的变化规律,并利用正交试验对压缩特性的影响因素进行显著性分析。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,冻胀率和融沉系数均呈多项式函数增加;在相同冻融循环次数下,两者均与含水率呈正相关,与压实度呈负相关。压缩模量随冻融循环次数的增加先增加,最终趋于稳定,各因素及其交互作用对压缩模量的影响从高到低依次为压实度B、含水率C、冻融循环次数A、B和C的交互作用BC、A和B的交互作用AB、A和C的交互作用AC。建议选取9次冻融循环后的压缩模量作为兰新铁路路基强度设计值,该研究成果对防治冻胀融沉和控制路基变形具有一定的指导意义。     

水盐运移对硫酸盐渍土盐-冻胀规律的影响

为研究水盐运移情况下硫酸盐渍土盐-冻胀规律,采用室内土柱冻融试验,利用teros-12传感器及位移计测定冻融循环过程中土体含水率、电导率、温度和位移的变化,分析了水盐运移规律及其对土体盐-冻胀变形的影响。试验结果表明:在自上而下的冻结方式中,土体底部水分向冻结锋面移动,带动盐分向上聚积,同时土体体积含水率和电导率随温度的升降循环存在明显“滞回”现象。冻结阶段土体发生膨胀,竖向变形可分为3个阶段:①调整阶段,由生成芒硝引起;②快速变形阶段,由生成芒硝与冰晶共同作用所致;③缓慢变形阶段,由生成少量冰晶所致。融化阶段土体竖向变形以一定融陷速率发生快速融沉。含硫酸钠盐渍土冻融循环过程中,竖向变形随时间的变化关系呈现“桃尖型”趋势,且每次冻融土体竖向变形速率基本一致。随冻融次数的增加,盐-冻胀率也不断增加。土体含盐量越高对土体竖向变形的影响越显著。本研究可为揭示含硫酸盐渍土盐分和水分随温度变化的“滞回”现象以及水-盐-热-力耦合模型的建立提供数据支撑。     

齐齐哈尔地区粉质黏土冻胀特性试验研究

黑龙江省受寒冬负温影响,容易引起渠道渗漏、地基下陷、轨道不顺等问题,这增加了工程建设难度。为解决实际问题,以齐齐哈尔地区粉质黏土为研究对象,进行封闭系统下的人工冻结试验,对冻胀试验数据进行分析,研究不同含水率、干密度、冷端温度及冻结速率条件下土体的冻结过程及冻胀率的变化规律。试验结果表明:冻胀率在含水率高、干密度大、冷端温度低、冻结速率低的条件下,土体冻胀现象更为显著,且冻胀率与4个因素相关性较好。冻胀正交分析结果表明:冷端温度对冻胀率的影响程度最弱,干密度较强,含水率的影响最为剧烈。采用SPSS统计分析软件,建立含水率、干密度和冷端温度三因素综合影响下的冻胀率多元线性回归模型,模型拟合效果好、可信度高、精度高,满足实际需求,操作简便,可用于粉质黏土的相关计算和预测。     

含水率和温度影响下的高原土体力学特性试验研究

利用自主研制的土体冻融循环剪切试验仪,开展了温度和含水率影响下的青藏高原土体力学特性正交试验,从压缩特性、冻结和冻胀、剪切特性3个方面对土体进行分析。结果表明:土样压缩过程的法向位移随含水率的增大而增加,压缩量与法向应力关系可用双曲线模型进行描述。不同含水率的土体从0 ℃降至?12 ℃过程中均产生了土体冻结现象,含水率12%的土体发生冻胀时的温度集中在?3~?2 ℃范围内。温度越低,土体的应力软化特性越明显,且峰值剪切应力和残余剪切应力越大,土体在最佳含水率附近时峰值剪切应力最大。?12 ℃土体的法向位移变化规律在不同试验条件下均表现出剪胀特性,而12 ℃和0 ℃土体随着含水率的增加由胀缩特性并逐渐变化至完全以剪缩特性为主。内摩擦角随含水率和温度的增大而减小,黏聚力随温度的升高而减小,在最佳含水率附近最大。     

基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究

南水北调南阳段膨胀土位于季节性冻土区域,易受冻融循环的影响。以南阳膨胀土为研究对象,对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数的膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验发现,含水率对膨胀土力学性质影响较大,含水率越高,强度与弹性模量衰减量越大;冻结温度对试样体积有较大影响,尤其是-10 ℃。根据显著性分析理论,研究含水率、冻结温度、冻融循环次数以及各因素间交互作用对膨胀土物理力学性质影响的显著性。结果表明,含水率对膨胀土力学性质影响最明显,含水率和冻结温度间的交互作用对强度影响较为显著;冻结温度对膨胀土体积变化影响最大,含水率和冻融循环次数的交互作用对体积变化有一定影响。在研究冻融循环条件下膨胀土物理力学性质时,不仅要考虑单一因素的影响,还应综合考虑各种因素交互作用的影响。     

高寒地区水工混凝土防护修复技术与应用

高寒地区水工混凝土建筑物处于超大温差、极端低温、强辐射、大风、干燥等复杂条件,混凝土结构容易产生以冻融破坏为代表的劣化病害,防护修复技术是常用的劣化防治措施之一。通过有限元方法对冻融循环作用下水工建筑材料劣化过程及影响规律进行了模拟计算。结果显示,在周期变温荷载作用下,孔隙水结冰产生的冻胀应力是导致混凝土耐久性降低的主要因素。除了改善混凝土本体抗冻性外,还应采用表面防渗处理,如表面涂层防护,以控制混凝土内部含水量和冻胀应力,提高抗冻融能力。介绍了高寒地区水工建筑物防护修复材料的选择原则、种类特点和施工工艺,总结了防护修复技术在高寒地区的典型工程应用,为高寒地区水利水电工程维护提供了一定的参考借鉴,并从材料性能、配套设备、工艺拓展、标准制定4个方面进行了展望。     

冻融循环下水泥改性膨胀土物理力学特性研究

为探究冻融循环作用对水泥改性膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为试验对象,进行不同掺灰比的水泥改性,然后对经历不同冻融循环次数后的试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验结果表明在冻融循环过程中,水泥改性膨胀土试样的含水率损失量较小,不同掺灰比试样的体积变化规律均呈现为“冻缩融胀”,掺灰比越大,试样体积的变化幅度越小,最大冻缩量和最大融胀量也越小,但会存在一个最优水泥掺灰比。冻融循环作用对水泥改性膨胀土力学特性的影响较大,尤其是初次冻融。随着冻融循环次数的增多,不同掺灰比试样的强度与弹性模量逐渐降低并趋于稳定,掺灰比越大,强度和弹性模量的衰减量越小。水泥改性膨胀土经历冻融后韧性变好。     

基于冻融循环试验的季节性冻土区边坡稳定性分析

内蒙古包头地区属于典型的季节性冻土区,冻胀和融沉是冻土危害产生的主要原因,也是人们面临的重大难题。通过建立非饱和粉砂土黏聚力、内摩擦角与冻融循环参数之间的定量关系,探索冻融循环对粉砂土抗剪强度的影响规律。通过对不同含水率、不同干密度的土样进行不同次数的冻融循环分析并总结其变化规律,研究发现:不同干密度、不同含水率的土样,黏聚力都会随着冻融次数的增加不断减小;内摩擦角会随着冻融次数的增加逐渐趋于稳定,波动的幅度在5°之内;抗剪强度的变化趋势受黏聚力的影响较大。最后,用岩土工程软件进行有限元分析,利用折减系数法计算边坡的安全系数,以此为包头地区季节性冻土的研究提供更好的理论基础。