【摘 要】
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在我国,季节性冻土面积广阔,约为514万km~2,占国土总面积的53.5%。季节性冻土冬季冻结春季融化,土体在冻融循环作用下,整体强度下降,导致基础不均匀沉降,给此类地区的施工带来一定的困难。在地基内部加筋,可以改善地基的承载力,增强地基的稳定性。本文对沈阳地区粉质粘土加筋结构进行试验研究,探讨了加筋对冻融后土体力学性能的影响,采用5个可控水平,分别进行了25组冻融和三轴试验,测定了冻融后的土体含
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在我国,季节性冻土面积广阔,约为514万km~2,占国土总面积的53.5%。季节性冻土冬季冻结春季融化,土体在冻融循环作用下,整体强度下降,导致基础不均匀沉降,给此类地区的施工带来一定的困难。在地基内部加筋,可以改善地基的承载力,增强地基的稳定性。本文对沈阳地区粉质粘土加筋结构进行试验研究,探讨了加筋对冻融后土体力学性能的影响,采用5个可控水平,分别进行了25组冻融和三轴试验,测定了冻融后的土体含水率、粘聚力、内摩擦角和融沉位移,研究了土体初始含水率、压实度、加筋间距等因子对冻融后土体含水率、粘聚力、内摩擦角和融沉位移的影响规律。建立了冻融后土体含水率、粘聚力、内摩擦角和融沉位移值由各影响因子表示的回归方程,确定各目标值最优时的加筋条件。结合试验所得冻融后土体性能参数,对设定的路基进行有限元分析,绘制竖向、横向位移和剪切应力的等值线图,并对其极限状态进行分析。主要结论如下:(1)冻融后的土体含水率与上部荷载、压实度呈负相关,与冻结温度、加筋间距呈正相关;在冻结温度等条件一定时,随着冻融次数增多,土体含水率先增大后减小,加筋间距为15cm时含水率最小;冻融后的土体粘聚力、内摩擦角与上部荷载、压实度呈正相关,与冻结温度、加筋间距呈负相关,与冻融循环次数无明显线性关系。土体的融沉位移与土体上部含水率的变化更为密切,在含水率>23.5%时,土体融化下沉,融沉量随含水率的增加而增大;在含水率<23.5%时,土体发生融化下沉和抬起两种情况;加筋对土体水分的渗透有利,随着压实度的提高,其影响更加明显。(2)冻融条件下,各因素对粘聚力的影响顺序为:初始含水率>加筋间距>压实度;各因素对土体内摩擦角的影响顺序为:加筋间距>压实度>初始含水率;各因素对土体融沉位移的影响顺序为:上部荷载>加筋间距>压实度。加筋条件为:初始含水率11%、压实度98%和加筋间距15cm时,各目标值组合最优,此时,土体上、中、下部粘聚力分别为5.06k Pa、9.54k Pa和6.56k Pa,内摩擦角分别为26.4°、26.3°和25.1°,含水率分别为24.7%、23.7%和22.9%,融沉位移分别为-2.5mm、-3.0mm和-3.9mm。(3)对于设定条件的加筋土体,其竖向位移较未加筋时分别降低了13.2%、10.4%、8.9%、8.6%和6.8%,剪应力较未加筋时分别降低了13.6%、8.8%、7.2%、9.2%和11.2%,加筋土体稳定性有不同程度的增加,结合竖向位移与剪应力分析结果,确定最优加筋间距为15cm。本文对加筋粘土结构冻融后的物理力学性能进行了较为全面的研究,相关结论可为季节性冻土地区类似结构的理论研究和工程建设提供参考。
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