冻融循环下黄泛区粉土动力特性演化规律研究

发布时间：2020-06-10 02:49

【摘要】：翻浆是山东黄泛区公路的主要病害,本质上是路基土在温度、盐分和车辆交通荷载共同作用下动力强度丧失的表现,其成因与黄泛区路基土动力学特性紧密相关。山东黄泛区属于季节性冻土地区,地表有较厚粉土层,区域内地下水位较浅、且水中盐分浓度较高,由于粉土的毛细作用,盐渍化现象普遍,故研究冻融循环、盐分对路基粉土动力性能的影响具有重要意义。为了对山东黄泛区粉土公路路基处理提供理论基础,本研究通过对无盐土样和含盐土样开展有压冻融循环试验、无压冻融循环试验、振动三轴试验、超声波试验及核磁共振扫描成像测试,深入分析了盐分及冻融循环对土动力学性能和微观结构的影响:(1)冻融循环、盐分均会降低粉土的动剪切强度,冻融循环期间施加一定竖向荷载能够提高土样动剪切强度。无盐粉土六次冻融循环后动剪切强度降低15.7%,含盐3%土样六次冻融循环后动剪切强度比无冻融时降低33.9%;在无冻融条件下,无盐粉土初始动剪切强度相比含盐量3%粉土高约19.6%;冻融六次后动剪切强度差提高到约36.9%。冻融循环中施加20kpa竖向压力的试件动剪切强度要比无压冻融试件的动剪切强度提高12.1%～16.5%。(2)冻融循环、盐分均会降低土样的动弹性模量。无盐粉土六次冻融循环后比未受冻融作用时的动弹性模量降低约26.7%,含盐量3%粉土六次冻融循环后比未受冻融作用时的动弹性模量降低45.2%,盐分增强了冻融作用降低动弹性模量的程度;未受冻融作用时,无盐粉土动弹性模量相比含盐量3%粉土高87.2kpa,约46.2%,六次冻融循环作用后,无盐粉土动弹性模量相比含盐量3%粉土高 82.7kpa,约 59.8%。(3)冻融循环、盐分均会增大土样的阻尼比。无盐粉土六次冻融循环后比未受冻融作用时的阻尼比提高约15.8%,含盐量3%粉土六次冻融循环后比未受冻融作用时的阻尼比提高约20.5%,盐分增强了冻融作用增大阻尼比的程度;未受冻融作用时,无盐粉土阻尼比相比含盐量3%粉土低约11%,六次冻融循环作用后,无盐粉土阻尼比比含盐量3%粉土低约15.9%。(4)冻结状态土样的超声波波速随冻融次数增加而减小。无盐粉土六次冻融循环后比未受冻融作用时的波速降低约0.32m/s,约15.5%,含盐量3%粉土六次冻融循环后比未受冻融作用时的波速降低0.283m/s,约14.3%,含盐量6%粉土六次冻融循环后比未受冻融作用时的波速降低0.277m/s,约14.2%;未受冻融作用时,无盐粉土的波速相比含盐量3%粉土的高0.078m/s,约3.78%,六次冻融循环作用后,无盐粉土波速比含盐量3%粉土波速高0.041m/s,约2.3%,无盐粉土的波速相比含盐量6%粉土的高0.116m/s,约5.62%,六次冻融循环作用后,无盐粉土波速比含盐量6%粉土波速高0.073m/s,约4.18%。(5)基于上述(1)、(2)、(4)项的研究,建立了冻结状态土样超声波波速损伤DV与动剪切强度损伤Dτ的关系模型、冻结状态时的土样超声波波速损伤Dv动弹性模量的损伤DE的关系模型,借助该模型可通过现场实测超声波数据快速评估路基土的动力性能损伤。(6)通过核磁共振扫描成像测试发现:黄泛区粉土在冻融循环作用下,孔隙会变大,骨架重组,土颗粒排列方式改变,土颗粒间距变大,颗粒间接触面积减小,进而导致颗粒间接触力的降低,宏观表现为黄泛区粉土动力特性的改变。
【图文】：

技术路线图

图１－１技术路线图逡逑

黄泛区,域工程,地质相,鲁西北

本文依托济东高速公路建设项目，济东高速位于山东省境内，途经济南市、逡逑济阳县、高青县、利津县以及东营市，现场取土的地点位于济东高速公路逡逑Ｋ１５９＋５３４．５处与省道Ｓ２３１交口西侧，图２－１中红点位置即为取土位置，，济东高逡逑速公路路线所经地区大部分为早期受黄河泛滥沉积影响的平原地带，地表形态起逡逑伏较小，地下水相较于其他地区比较浅。济东高速公路西段比东段地势低，地势逡逑相对稳定，所经地区海拔高程基本不超过５０米，地表土主要由黄河泛滥堆积物逡逑构成，组成物质以粉土为主。逡逑山东省千戍公珞囝逡逑、．１－，／邋，邋－邋ａ－－逦＇逦’逦．逦、逦！邋？逦／逡逑１邋－逦＿＿、＇－ｄｄ：：邋ｒ．—二－二逡逑图２－１济东高速段位置逡逑路线所经区域工程地质相对稳定，属于鲁西北黄泛区平原。济东高速路线位逡逑于山东省境内，属于温带性季风气候，夏季气温较高，降雨较多，冬季又偏寒冷逡逑干燥
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.1

【参考文献】