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银川地区地表下分布着大面积的风积砂,冬季严寒,因农田冬灌,地下水埋藏浅,粉砂的毛细作用较发达,浅层土的含水率高、冻胀量大,冻害严重。其上的地基建筑物和构筑物,如渠道、湖泊、人工湿地等,往往因冻融作用而导致衬砌隆起,岸坡滑移等病害,以及存在地基液化等潜在的不良地质现象,给冬灌区砂土地基工程带来了很多的现实问题。土的冻融效应具有明显的区域性,以及为保证冻融效应研究涉及到粉砂土样饱和度与饱和时间、密实度、组成等因素间的关系。基于以上问题,本文结合宁夏的气候和水文地质特点,进行粉砂的土力学试验,提出课题研究冬灌区粉砂的饱和特性和反复冻融效应。粉砂饱和特性研究主要以饱和方法、饱和时间和土样的干密度为因素,通过分析作用规律和机理,建立了粉砂土样饱和度与饱和时间、干密度间显著的关系模型,确定了银川粉砂土样合理的饱和方法及饱和时间。粉砂反复冻融效应研究以试样的压实度和含水率、冻融循环次数及饱和条件为因素,考虑补水条件采用一维冻融试验方法,研究了粉砂冻融变形、抗剪强度指标及压缩性的冻融效应,分析了压缩性的冻融效应与冻融变形的相关性。试验研究结果对宁夏冬灌区砂土地基工程冻害评价与防治具有重要意义。试验研究结果表明:(1)冬灌区粉砂土样的饱和度与饱和时间呈双曲线关系,早期饱和速度快,后期慢,并逐渐趋于稳定。采用真空法饱和,土样饱和速度快、程度高,可不考虑干密度的影响,抽气饱和90min后可达到饱和度不低于95%的规范要求。(2)非饱和粉砂的含水率(压实度)一定时,冻融变形均随压实度(含水率)的增大而增大,且其达到稳定的冻融循环次数与压实度(含水率)有关。非补水条件下,饱和粉砂的冻融变形随冻融循环次数的增加而增大,其达到稳定的冻融循环次数随压实度的增大而减小。补水条件下,冻胀率随冻融循环次数的增加,由随压实度的增大而减小,逐渐转为随压实度的增大而增大,压实度小的土样,融沉系数随冻融循环次数的增加而减小,反之相反。与非补水条件相比,补水条件下饱和粉砂的冻融变形较明显。(3)非饱和粉砂的含水率(压实度)一定时,压实度(含水率)越大,冻融引起的粘聚力损失量越大,且压实度对其影响较大,多次冻融后粉砂内摩擦角变化较小。非补水条件下,饱和粉砂强度指标增量的绝对值均随冻融循环次数的增加而增大,其达到稳定的冻融循环次数与压实度有关。补水条件下,抗剪强度指标增量的绝对值均随冻融循环次数的增加,由随压实度的增大而减小,逐渐转为随压实度的增大而增大,压实度越小,其达到稳定的冻融循环次数少,反之相反。与非补水条件相比,补水条件下饱和粉砂强度的冻融效应明显。(4)非饱和粉砂的含水率(压实度)一定时,压缩变形随冻融循环次数的增加而增大,且其达到稳定的冻融循环次数随压实度(含水率)的增大而增大,压实度(含水率)使冻融循环效应增大,冻融循环使压实度(含水率)效应提高。非补水条件下,饱和粉砂的压缩变形随冻融循环次数的增加而增大,其达到稳定的冻融循环次数与压实度有关。补水条件下,饱和粉砂的压缩变形随冻融循环次数的增加,由随压实度的增大而减小,逐渐转为随压实度的增大而增大,压缩系数增量随冻融变形率的增大而增大,二者间存在非常好的线性相关性。