地铁列车荷载下人工冻融软土微观试验研究

基于地铁联络通道冻结法施工,以冻结温度和冻融周期为控制变量,对冻融土加载前、后微观结构进行电镜扫描试验.定性描述了冻融土经历动三轴加载后微观结构的孔隙特征、颗粒特征和结构连结方式.基于ImagePro Plus图像软件,对人工冻融软土微观结构中的孔隙直径、孔隙圆形度、孔隙定向频率等微观结构参数进行定量分析.结果表明:在循环荷载作用下,土体孔隙结构具有压密趋势,土颗粒破碎程度加剧,小孔隙增多,大孔隙减少,孔隙变得更加规则,孔隙呈定向性分布.对于人工冻融土而言,不同的冻结温度和冻融周期对结构破坏程度有影响,从而导致动力特性的差异.冻结温度越低,冻融循环次数越多,在循环荷载作用下将表现出更明显的结构弱化效应.

地铁冻结法工后融土微观结构试验研究

研究目的:冻结法施工以其止水性好、强度高等优点广泛应用于软土地区地铁联络通道施工,但是冻结法施工后,冻融循环作用将影响地基土的工程性质,因此有必要针对地铁冻结法工后融土进行深入研究。基于地铁联络通道冻结法施工背景,本文对冻结法工后冻融软土的微观结构进行电镜扫描试验,定性描述饱和软土经历冻融循环后微观结构的孔隙特征、颗粒特征和结构连接方式,同时基于Image-Pro Plus图像分析软件对冻融软土微观结构中孔隙直径、孔隙面积等微观结构参数进行分析。研究结论:(1)冻融循环后,微孔隙(d<0.5μm)含量减小,较大尺寸孔隙(d≥1μm)数量增加,面孔隙比有增大趋势;软土经历冻融后孔隙结构变得更为复杂,表现为孔隙平均分形维数的增加;(2)随着冻结温度的降低和冻融循环周期的增加,颗粒间孔隙体积增加,絮凝结构更加明显,结构连接作用受到一定程度的弱化;(3)冻融土微观研究成果可以解释其宏观动力特性的变化,为控制冻结法施工后的长期沉降提供依据。

地铁循环荷载下冻融软土孔压发展及微观结构研究

近年人工冻结法在地铁联络通道施工中得到广泛应用,土体经过冻融后工程性质将发生改变。通过室内不排水动三轴试验模拟冻结法施工后冻融土在地铁列车荷载作用下的动力特性,针对重塑黏土开展冻结温度和冻融周期影响下的动孔压测试试验,并首次提出了考虑冻结温度和冻融周期的孔压发展模型。结合扫描电子显微镜(SEM)试验,对软土冻融后及循环加载后微观结构的变化进行分析,从微观角度揭示冻融软土宏观特性的变化机制。试验结果表明:冻结温度越低,在循环荷载作用下孔压发展速率越快,稳定孔压也越大;随着冻融循环次数的增加,软土结构弱化效应越明显,将会加剧孔压发展;对比软土冻融前后的微观结构可以看出,冻融循环过程将破坏土颗粒之间的联结作用,导致颗粒骨架重新排布,微小孔隙联结成为较大孔隙,结构性发生弱化效应,处于非稳定状态;在循环加载过程中,外部传递的能量使内部结构向稳定状态发展,大孔隙体积逐渐减少,发生较为显著的挤密作用,微观结构的变化在宏观表现为超孔压的累积和变形的发展。并基于试验数据,采用复合指数函数对孔压发展曲线进行非线性多元拟合,建立循环孔压累积经验模型,结果表明,拟合效果较好。