【摘 要】
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高温-高含冰量冻土在气温升高吸热作用下具有较强的压缩性,且力学强度迅速降低,这对青藏铁路冻土路基的稳定性构成了潜在的威胁,并已在部分路段造成了路基沉降、开裂等病害,
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高温-高含冰量冻土在气温升高吸热作用下具有较强的压缩性,且力学强度迅速降低,这对青藏铁路冻土路基的稳定性构成了潜在的威胁,并已在部分路段造成了路基沉降、开裂等病害,为了保持冻土路基的稳定性,既有工程中普遍采用了“保护冻土”与“冷却路基”的方法。然而,在全球升温的背景下,这种措施必然存在一定的局限性。本研究拟借鉴常规土地基处理方法,以青藏铁路为工程背景,采用土体固化剂对高温-高含冰量冻土路基进行加固,为冻土路基融沉病害整治提供一条新的思路。通过负温环境下的室内试验,确定最佳固化剂种类及配比,而后采用有限元软件数值模拟进行推广。研究成果具有很好的工程实用价值与学术实用意义。本文主要进行了以下研究工作并获得了相关研究成果:首先,经过前期调研及实验方案可行性测试后,确定两种固化剂分别为:普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥。其次,研究高温-高含冰量冻土固化后的力学性质,对固化土进行了温度升高时自重作用下的融沉试验、K0固结试验和低温三轴试验,得到掺入9%硫铝酸盐水泥加固后,融沉系数较未固化土减小5.2%;掺入9%普通硅酸盐水泥时融沉系数较未固化土减小4.12%。由试验结果可知,对两种水泥而言,最佳掺量均为9%,考虑工程扰动,实际工程掺量下限应设为5%,并且硫铝酸盐水泥的固化效果优于普通硅酸盐水泥。第三,采用英国进口的核磁共振分析仪对高温-高含冰量冻土固化后未冻水含量进行室内实验,得到了未冻水含量与温度的变化曲线。普通硅酸盐水泥掺入9%时,固化土的未冻水含量较未固化土减小5.58%,硫铝酸盐水泥掺入9%时,固化土的未冻水含量较未固化土减小5.89%。然后,建立了冻土弹性模量与未冻水含量的表达式,并分析了其固化机理,提出水泥加固土样的协调性原理。最后,采用有限元软件建立青藏铁路路基模型,在升温吸热和上部荷载共同作用下最大沉降量出现在路基中心处,并存在差异沉降。在路基中心处,未固化土初始沉降量为-6.56cm,普通硅酸盐水泥掺量为9%时,沉降量减少了57.3%,硫铝酸盐水泥掺量为9%时,沉降量减少了61.6%。可见加固效果非常显著,大大提高了冻土路基的稳定性。
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