冻融作用对非饱和土路基水分迁移及强度的影响研究
发布时间：2021-11-18 11:12
膨胀土对水分极其敏感,其通常具有长期潜在危险的破坏特点,所以针对这种“问题土”的研究已成为不容忽视的课题。本文以某山区机场高填方跑道路基中的膨胀土为研究对象,通过室内模型试验和水-热耦合数值模型计算探究实际工程中由于施工工艺或环境因素导致的高填方体碾压后不同层存在压实度梯度和含水量梯度情况下的水分迁移规律,在此基础上进一步研究在冻融循环作用下膨胀土的强度变化规律,为防治冻融循环作用下膨胀土路基的工程问题提供研究支撑。论文的主要研究内容和成果如下:（1）模型试验系统的研发与验证。根据试验目标要求,研发了非饱和土水分迁移试验装置,该试验装置在研究非饱和路基土时重点需要满足以下几个要求,可控制温度梯度、上覆压力和补水条件,且具备数据采集装置。经过多次试验尝试,形成了一套系统的试验操作方法和步骤,在节省试验时间的同时尽可能减小试验误差。（2）水分迁移模型试验研究。进行室内模型试验,分别进行3次冻融循环试验,模拟4种实际工程中的情况,即试样顶端不存在上覆荷载、试样顶端存在上覆荷载、试样存在含水量梯度和试样存在压实度梯度。根据测量不同时间点的各测点的温度、含水量以及试样体积的变化数据,探究冻融过程...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型土-水特征曲线（SWCC）
3冻融作用下非饱和土水分迁移室内模型试验153冻融作用下非饱和土水分迁移室内模型试验室内水分迁移模型试验是研究水分迁移规律的最直接有效地手段，在可控制可设置的条件下进行相关影响因素对试验影响的研究。本章中，组装和验证了可用来研究冻融循环作用下非饱和水分迁移规律的试验装置，结合土样基本性质测试结果，进行室内冻融循环模型试验。测定冻融循环过程中试样温度尝水分场和位移场的变化情况，探究上覆荷载、含水量梯度和压实度梯度对水分迁移规律的影响。3.1室内冻融装置在之前学者研发的非饱和土水汽迁移试验装置的基础上，结合本论文试验需要研发和改装完成了室内冻融循环试验装置，装置示意图如图3-1所示，该装置包含水分迁移桶、顶部温控装置、底部温控装置、温度传感器、数据采集器、水分测定仪、位移计、隔热层和配重。图3-1室内冻融装置示意图Fig.3-1Schematicdiagramofindoorfreeze-thawmodel水分迁移桶为高度500mm，内径110mm、外径120mm的有机玻璃圆桶，如图3-2所示。圆桶外壁有3道箍环，目的为增强侧壁的抗拉性能，防止在试验过程中由于试样土
西安理工大学工程硕士专业学位论文16体冻胀导致桶壁开裂。桶壁左右两侧对应位置各有11个直径为10mm的圆孔，从125mm开始每隔25mm有一个，用于温度传感器和水分测定仪的插入，如图3-2所示。温控装置由制冷器和定制铁桶组成，用于真实模拟实际工程中的气候温度条件，在实际工程中浅层的路基土受外界气候影响非常大，所以室内试验在进行过程中应当真实模拟工程条件，以便试验得出更适用于工程参考的理论基础和实践指导。本文中顶部温度和底部温度均为恒温，顶部温控装置放置于模型体的上部，底部温控装置放置于模型体的底部，侧壁绝热，达到单向控温的试验条件。水分测定仪选用的是JK-100系高周波水分仪，由感应探针、显示屏、调零旋钮、开关机键和档位旋钮组成，可根据被测物的不同选择不同的档位。测量范围为%1000，精度为%1，分辨率为0.01%，响应时间为s1，可以在试验过程中快速准确的读取含水量数值。试验温度获取为温度传感器通过数据信号转换器将数据传入电脑。温度传感器选用RS485输出信号传感器，测量范围为8040℃℃，精度为2.0℃，分辨率1.0℃，响应时间＜s1.0，具有精度高，响应快。输出稳定的特点，并且该类传感器受土壤含盐量影响较小，适用于各种土质。试验中将传感器并联通过RS485转USB正确连接电脑后，便可从电脑中获取试验中各测点在不同时间点的温度变化。图3-2水分迁移桶示意图Fig.3-2Diagramwatertransferbucket
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑水分迁移影响的浅层膨胀土抗剪强度冻融劣化特征[J]. 李彦龙,汪自力. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[2]土体冻融对水份迁移影响及微观研究[J]. 程卫星,崔宏环,马玉涛,杨鑫. 低温建筑技术. 2017(07)
[3]冻融循环下压实度对粉质黏土力学性质影响的试验研究[J]. 胡田飞,刘建坤,房建宏,常丹,刘大伟. 岩石力学与工程学报. 2017(06)
[4]土体冻融特征研究现状与展望[J]. 张熙胤,张明义,路建国,裴万胜,晏忠瑞. 冰川冻土. 2016(06)
[5]不同冻结温度条件下膨胀土冻融循环试验[J]. 许雷,薛洋,鲁洋,宋迎俊,张雨灼,孔维耀. 水资源与水工程学报. 2016(05)
[6]冻融循环下膨胀土物理力学特性研究[J]. 许雷,刘斯宏,鲁洋,宋迎俊,杨齐. 岩土力学. 2016(S2)
[7]锅盖效应的形成机制及其防治[J]. 姚仰平,王琳,王乃东,贾峻峰. 工业建筑. 2016(09)
[8]单向冻结条件下饱和粉质黏土的冻胀试验研究[J]. 马宏岩,张锋,冯德成,唐康为. 建筑材料学报. 2016(05)
[9]非饱和原状黄土冻融强度研究[J]. 张辉,王铁行,罗扬. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]基于红外热扫描测温技术的冻土分凝冻胀[J]. 胡坤,周国庆,张琦. 煤炭学报. 2015(02)
博士论文
[1]季节冻土水分迁移的机理及数值模拟[D]. 原国红.吉林大学 2006
硕士论文
[1]非饱和黄土水热耦合数值模拟研究[D]. 郝超.西安理工大学 2017
[2]冻融循环对黄土结构性的影响[D]. 薛婷.西安理工大学 2017
[3]辽西地区膨胀土特性研究[D]. 汪东林.辽宁工程技术大学 2004
本文编号：3502795
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型土-水特征曲线（SWCC）
3冻融作用下非饱和土水分迁移室内模型试验153冻融作用下非饱和土水分迁移室内模型试验室内水分迁移模型试验是研究水分迁移规律的最直接有效地手段，在可控制可设置的条件下进行相关影响因素对试验影响的研究。本章中，组装和验证了可用来研究冻融循环作用下非饱和水分迁移规律的试验装置，结合土样基本性质测试结果，进行室内冻融循环模型试验。测定冻融循环过程中试样温度尝水分场和位移场的变化情况，探究上覆荷载、含水量梯度和压实度梯度对水分迁移规律的影响。3.1室内冻融装置在之前学者研发的非饱和土水汽迁移试验装置的基础上，结合本论文试验需要研发和改装完成了室内冻融循环试验装置，装置示意图如图3-1所示，该装置包含水分迁移桶、顶部温控装置、底部温控装置、温度传感器、数据采集器、水分测定仪、位移计、隔热层和配重。图3-1室内冻融装置示意图Fig.3-1Schematicdiagramofindoorfreeze-thawmodel水分迁移桶为高度500mm，内径110mm、外径120mm的有机玻璃圆桶，如图3-2所示。圆桶外壁有3道箍环，目的为增强侧壁的抗拉性能，防止在试验过程中由于试样土
西安理工大学工程硕士专业学位论文16体冻胀导致桶壁开裂。桶壁左右两侧对应位置各有11个直径为10mm的圆孔，从125mm开始每隔25mm有一个，用于温度传感器和水分测定仪的插入，如图3-2所示。温控装置由制冷器和定制铁桶组成，用于真实模拟实际工程中的气候温度条件，在实际工程中浅层的路基土受外界气候影响非常大，所以室内试验在进行过程中应当真实模拟工程条件，以便试验得出更适用于工程参考的理论基础和实践指导。本文中顶部温度和底部温度均为恒温，顶部温控装置放置于模型体的上部，底部温控装置放置于模型体的底部，侧壁绝热，达到单向控温的试验条件。水分测定仪选用的是JK-100系高周波水分仪，由感应探针、显示屏、调零旋钮、开关机键和档位旋钮组成，可根据被测物的不同选择不同的档位。测量范围为%1000，精度为%1，分辨率为0.01%，响应时间为s1，可以在试验过程中快速准确的读取含水量数值。试验温度获取为温度传感器通过数据信号转换器将数据传入电脑。温度传感器选用RS485输出信号传感器，测量范围为8040℃℃，精度为2.0℃，分辨率1.0℃，响应时间＜s1.0，具有精度高，响应快。输出稳定的特点，并且该类传感器受土壤含盐量影响较小，适用于各种土质。试验中将传感器并联通过RS485转USB正确连接电脑后，便可从电脑中获取试验中各测点在不同时间点的温度变化。图3-2水分迁移桶示意图Fig.3-2Diagramwatertransferbucket
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑水分迁移影响的浅层膨胀土抗剪强度冻融劣化特征[J]. 李彦龙,汪自力. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[2]土体冻融对水份迁移影响及微观研究[J]. 程卫星,崔宏环,马玉涛,杨鑫. 低温建筑技术. 2017(07)
[3]冻融循环下压实度对粉质黏土力学性质影响的试验研究[J]. 胡田飞,刘建坤,房建宏,常丹,刘大伟. 岩石力学与工程学报. 2017(06)
[4]土体冻融特征研究现状与展望[J]. 张熙胤,张明义,路建国,裴万胜,晏忠瑞. 冰川冻土. 2016(06)
[5]不同冻结温度条件下膨胀土冻融循环试验[J]. 许雷,薛洋,鲁洋,宋迎俊,张雨灼,孔维耀. 水资源与水工程学报. 2016(05)
[6]冻融循环下膨胀土物理力学特性研究[J]. 许雷,刘斯宏,鲁洋,宋迎俊,杨齐. 岩土力学. 2016(S2)
[7]锅盖效应的形成机制及其防治[J]. 姚仰平,王琳,王乃东,贾峻峰. 工业建筑. 2016(09)
[8]单向冻结条件下饱和粉质黏土的冻胀试验研究[J]. 马宏岩,张锋,冯德成,唐康为. 建筑材料学报. 2016(05)
[9]非饱和原状黄土冻融强度研究[J]. 张辉,王铁行,罗扬. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]基于红外热扫描测温技术的冻土分凝冻胀[J]. 胡坤,周国庆,张琦. 煤炭学报. 2015(02)
博士论文
[1]季节冻土水分迁移的机理及数值模拟[D]. 原国红.吉林大学 2006
硕士论文
[1]非饱和黄土水热耦合数值模拟研究[D]. 郝超.西安理工大学 2017
[2]冻融循环对黄土结构性的影响[D]. 薛婷.西安理工大学 2017
[3]辽西地区膨胀土特性研究[D]. 汪东林.辽宁工程技术大学 2004
本文编号：3502795
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