冻结过程中非饱和粗粒土水汽迁移及变形演化数值模拟研究

非饱和粗粒土冻胀是季节冻土区路基工程的主要灾害原因。为探究非饱和粗粒土的冻胀变形规律,针对其冻胀过程特点,基于达西定律和傅里叶定律,本文提出一种描述温度变化作用下适用于非饱和粗粒土水汽迁移的数值模型。该模型综合考虑了冰水相变和水汽迁移对土体冻胀变形的影响,对比数值模拟结果与室内试验结果,验证了模型的合理性与可行性。通过气态水通量和液态水通量分析冻结过程中蒸汽在水分迁移中的作用,并利用数值试验进一步探究在不同温度梯度作用下粗粒土水汽迁移和冻胀变形规律的变化特征。研究表明,在粗粒土冻结过程中,在土柱冻深范围内,气态水有明显的向上迁移趋势,对土体的冻胀有重要贡献。数值试验中发现,不同冷端温度作用对土样温度变化、含水率变化均产生影响,同时对水汽迁移变化和冻胀变形有显著影响。在不同冷端温度作用下,高度为20 cm的试样均在高度3 cm左右达到最大含水率,表面最大冻胀量可达约4 cm。

常吸力下非饱和粗粒土率相关力学特性试验研究

为研究山区高填方路基的时效变形特性,针对路基粗颗粒填料,开展了粗颗粒填料持水特性和一系列常吸力作用下的率相关力学特性试验,采用三种不同剪切速率对试样进行剪切,分析围压、基质吸力及剪切速率对土体强度和变形特征的影响。试验结果表明:粗颗粒填料的土水特征曲线未出现残余吸力值;不同围压下粗颗粒填料的峰值强度可表示为基质吸力的函数,基质吸力越大,非饱和粗粒土的剪切强度越高,且体积剪缩变形越小;非饱和粗粒土的强度与体积变形均受剪切速率的影响,且变化趋势表现出高度一致性,剪切速率越大,试样强度越高,对应的体积变形越小。

一种饱和粗粒土动强度试验成果的分析方法

一种饱和粗粒土动强度试验成果的分析方法徐刚郝鸳姬美秀谢义兵（黄委会黄河水利科学研究院４５０００３郑州）１９９７－０４－２１收稿，１９９７－１０－０５改回。０引言粗粒土（如：砾石、砂卵石、堆石…）是土石坝等建筑工程经常涉及的地基或堆筑材料，它在饱和状态...

气态水迁移诱发非饱和粗粒土冻胀的试验研究

寒区高铁粗粒土路基冻胀机理问题一直困扰科研和工程技术人员,气态水迁移诱发冻胀是目前广被关注的解释之一,但在直接试验证据方面研究较少。为证明气态水迁移可以诱发非饱和粗粒土冻胀,并进一步阐释非饱和粗粒土的冻胀机制,基于新开发的粗粒土冻胀试验仪,开展了系列的室内试验。结果表明,仅有气态水补给条件下,无细粒含量的粗粒土发生了明显冻胀,试验测得6 cm高的土柱336 h的冻胀量可达8.30 mm,672 h的冻胀量达到23.46 mm。基于X-CT扫描试验观察了气态水补给下冻胀粗粒土中冰的分布特征,发现在恒定温度梯度下冻土中无层状分布的冰透镜体,仅存在一条包含分凝冰和饱和孔隙冰的水平冻结带。冻胀试验发现土柱的冻胀量随温度梯度的增大而增大;梯度降温更有利于气态水的迁移补给,并导致更大的冻胀;土柱的初始含水率越高,越不利于气态水在土中的迁移,冻胀量越小。气态水补给诱发冻胀的试验现象,对传统液态水在细颗粒中成冰冻胀的冻土理论形成了较好补充,同时对揭示寒区高速铁路路基的冻胀机制有重要价值。