水泥改良土人工凍土性能及抑制凍脹融沉機(jī)理研究.pdf

1、人工地層凍結(jié)法以其廣泛的使用范圍，形成的凍土帷幕強(qiáng)度高、抗?jié)B性好，且對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于城市地下空間的開(kāi)發(fā)和利用。凍結(jié)法施工中土體的凍脹和融沉是兩個(gè)一直困擾著工程技術(shù)人員的問(wèn)題，目前工程中常采用的處理辦法大都基于“被動(dòng)控制”的思想，且處理效果不是很理想。而城市淺表地層中往往密布著管道、電纜、光纜等基礎(chǔ)設(shè)施，這就要求施工必須對(duì)地層位移進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)凍脹和融沉控制方法的研究就顯得尤為迫切，并具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本

2、文依據(jù)“主動(dòng)控制”理念，借鑒水泥土的理論和實(shí)踐成果，提出利用水泥抑制凍結(jié)過(guò)程中土體內(nèi)的水分遷移，從而控制凍脹和融沉的設(shè)想。然后通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)這一設(shè)想進(jìn)行驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上提出控制凍脹和融沉的新方法——“地層改良凍結(jié)法”，即在凍結(jié)之前先對(duì)設(shè)計(jì)凍結(jié)區(qū)域土體用水泥進(jìn)行改良，然后再進(jìn)行凍結(jié)。本文主要工作和取得的研究成果有： (1)對(duì)上海隧道工程中常遇到的粘性土⑤3土和砂性土⑦2土原狀土進(jìn)行了人工凍土試驗(yàn)，研究這兩層土的人工凍土性能，

3、重點(diǎn)是凍脹和融沉性能，獲得了一些具有工程應(yīng)用價(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)： (2)在粘性土⑤3土和砂性土⑦2土中摻入不同量的水泥重塑為改良土，在恒溫保濕條件下養(yǎng)護(hù)14天，然后進(jìn)行常規(guī)土工試驗(yàn)和人工凍土試驗(yàn)，試驗(yàn)取得了較為理想的結(jié)果，獲得了改良土人工凍土性能的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)不同水泥摻量的改良土試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出了改良土的物理性質(zhì)及人工凍土性能隨水泥摻入量的變化規(guī)律： (3)通過(guò)對(duì)改良土凍脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到了粘性土⑤3和砂性土

4、⑦2改良土的凍脹率和水泥摻入量之間的關(guān)系曲線(xiàn)，每條曲線(xiàn)上均有兩個(gè)臨界點(diǎn)。⑤3改良土曲線(xiàn)上兩個(gè)臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水泥含量分別為4％和10％，⑦2改良土對(duì)應(yīng)的水泥含量也為4％和10％。當(dāng)水泥摻量在兩個(gè)臨界點(diǎn)之間時(shí)，隨著水泥摻量的增大，凍脹率迅速減?。划?dāng)水泥摻量在兩個(gè)臨界點(diǎn)以外時(shí)，隨著水泥摻量的增大，凍脹率幾乎無(wú)變化； (4)通過(guò)對(duì)改良土融沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到了粘性土⑤3和砂性土⑦2改良土的融沉率和水泥摻入量之間的關(guān)系曲線(xiàn)，每條曲線(xiàn)上也有兩

5、個(gè)臨界點(diǎn)，且臨界點(diǎn)位置和融沉率與水泥摻量之間的關(guān)系和凍脹率隨水泥摻量變化規(guī)律相同； (5)綜合分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了水泥改良土抑制人工凍土凍脹和融沉的機(jī)理是水泥土的固化作用改變了土體的結(jié)構(gòu)，使得土體變得更加密實(shí)，強(qiáng)度得以提高，土體內(nèi)的孔隙減少或變小，滲透性降低，導(dǎo)熱性能增強(qiáng)，有效抑制了凍結(jié)過(guò)程中的水分遷移，進(jìn)而減少了凍脹量，也減少了凍土內(nèi)分凝冰的形成及對(duì)土體結(jié)構(gòu)的破壞，在解凍時(shí)便可以有效抑制融沉量； (6)對(duì)粘性土壤人工凍