【摘 要】
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水泥加固法和人工冻结法是地铁隧道建设中应用较多的两种方法。两种加固方法各自的缺陷导致地下水渗流问题和冻胀融沉问题无法有效解决。随着工程地质条件越来越复杂,工程师和学者提出将两种方法联合使用,即对复杂地形先注浆再冻结的方法。然而,岩土工程领域对于该新型方法的研究鲜有报道。基于此,本文开展了冻结水泥改良土的物理性质、力学性质、冻胀融沉特性、微观机理等室内试验研究,最后基于室内试验对冻胀结果进行有限元分
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水泥加固法和人工冻结法是地铁隧道建设中应用较多的两种方法。两种加固方法各自的缺陷导致地下水渗流问题和冻胀融沉问题无法有效解决。随着工程地质条件越来越复杂,工程师和学者提出将两种方法联合使用,即对复杂地形先注浆再冻结的方法。然而,岩土工程领域对于该新型方法的研究鲜有报道。基于此,本文开展了冻结水泥改良土的物理性质、力学性质、冻胀融沉特性、微观机理等室内试验研究,最后基于室内试验对冻胀结果进行有限元分析。本文主要研究内容和结论如下:（1）按照规范测定素土和水泥改良土的基本性质。结果表明:水泥掺量达到12%后,渗透系数变化较小。水泥掺量越高,冻融后的水泥改良土渗透系数变化越小。水泥掺量的增加,导热系数呈现先增大后减小的趋势,在8%-12%之间达到峰值。冻结水泥改良土的导热系数约为水泥土的1.3-1.4倍,冻融后的水泥改良土导热系数只在数值上比水泥改良土小。（2）为研究冻结和冻融后水泥改良土的力学性质,开展了单轴抗压强度试验。结果表明:单从冻结水泥改良土的强度与破坏形式考虑,12%水泥掺量最佳。水泥掺量越高、冻结温度越低、养护龄期越长,冻结水泥改良土强度越高,脆性特征越明显。冻融后的水泥改良土相比水泥改良土强度下降。水泥掺量越高,冻融后水泥改良土的强度损失越小。（3）为研究水泥改良土的冻胀融沉特性开展了冻胀融沉试验。结果表明:8%水泥掺量的冻胀融沉抑制率最佳。养护龄期在14d后,冻胀率与融沉率基本不变。水化反应程度能有效抑制土体内部的水分迁移。（4）为研究冻融后水泥对改良土微观结构的影响,开展了电镜扫描试验。结果表明:水泥掺量与养护龄期的增加,土颗粒从分散的颗粒状逐渐粘结为块状,且水泥掺量的增加也能填充土体内部的空隙。水化产物发展初期为纤维状并不能有效粘结土颗粒,养护龄期的增加能产生更多水化产物,使土颗粒粘结为块状,提高土体的强度。（5）采用ABAQUS对土体冻胀过程进行模拟。结果表明:数值模拟的温度场变化、位移场变化与室内试验吻合度较高,验证了模型的可靠性。对0%、8%、12%、16%、20%水泥掺量下的冻胀量进行模拟,得到模拟值和实测值误差在0.25%-1.13%之间,数值模拟能较好地反应水泥改良粉质粘土的冻胀特性。
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