心墙相变砾质土工程特性及寒区冬季施工防冻控温研究

寒区砾质土心墙堆石坝冬季施工面临着心墙土料冻结与融化问题。通常冬季心墙填筑采用摊铺保温材料以防止土料冻结,但易干扰施工,导致有效填筑时间缩短。本文利用相变材料(Phase Change Material, PCM)的相变储放热性能,制备了心墙相变砾质土,用于寒区冬季砾质土心墙控温防冻。通过渗透试验、无侧限抗压试验、三轴试验、热常数试验及温控试验等,研究不同PCM掺量下心墙相变砾质土工程特性和防冻控温性能。试验结果发现,相变砾质土的无侧限抗压强度、抗剪强度和抗渗性能均随PCM掺量的增加而显著提高;随着PCM掺量的增加,相变砾质土导热系数及比热下降。在室内控温箱试验验证相变传热模型有效性的基础上,开展了心墙相变砾质土施工控温有限元模拟,分析了不同施工环境温度(最低温-5℃、-8℃和-10℃)工况下心墙相变砾质土的温控效果,发现6%PCM掺量的相变砾质土在最低温-5℃施工环境下保证土体不发生冻结;采用提高制备温度和上层铺筑联合控温措施,可保证最低温-10℃施工环境下心墙连续高效填筑;与常规砾质土相比,相变砾质土可延长心墙冬季施工时间,改善了心墙砾质土防冻性能,为心墙土料冬季施工防冻提供了一种潜在选择。