详情

原文传递季节性冻土区路基冻胀特性及治理方法研究

论文题名：	季节性冻土区路基冻胀特性及治理方法研究
关键词：	季节性冻土区;铁路路基;冻胀特性;盐分变化;注盐治理
摘要：	本文以季节性冻土区青藏铁路西格段路基冻害为研究背景，通过现场挖探，从温度、土质和水分三个因素分析西格段铁路路基冻害的主要原因。取典型冻害地段224断面和221断面土样，进行室内冻胀试验，研究冻胀与温度、水分、盐分和压实度之间的关系，并拟合公式，在拟合公式的基础上提出既有线铁路路基的冻胀预报模型和新建铁路路基的冻胀预防模型。在室内填筑模型，进行冻胀模型试验，分析在冻融循环作用下的温度、位移和盐分变化规律，验证注盐法整治路基冻害的效果。本文的主要内容有: 　　(1)选取青藏铁路西格段典型冻害地段现场进行挖探并取土样进行室内土工试验。路基冻害主要原因为浅层土体为粉质粘土，粘粒含量较大，含水率较高，当气温低于冻结温度时，这层土中的水分冻结，造成轨面抬高。无论是新路基还是老路基，无论是垫层较厚的路基还是垫层较浅的路基，西格段路基冻害主要发生在浅层，属于浅层冻害。温度和含盐量对路基土体的冻胀率有极显著的影响，含水率对路基土体冻胀率有显著影响，压实度和四个因素之间的交互作用对冻胀率无显著影响，四个因素之间的主次排序为温度＞含盐量＞含水率＞压实度。　　(2)考虑水分、盐分、温度和压实度四个因素，进行室内冻胀试验，得出不同条件下的土样冻胀率。综合比较六种盐分和三种压实度下土样的冻胀率，在含水率较小时压实度对土样影响较大，含水率较大时则影响较弱。含盐量低于1.0％时，随着压实度的增加冻胀率增大，当含盐量为2.0％时，冻胀率不随压实度的变化而变化，进一步增大含盐量时，冻胀率随压实度的增加反而呈现降低的趋势，说明要控制路基冻害需要同时控制主要影响因素，每个因素只有控制在合理的范围，冻胀率会保持较为缓慢地发展。　　(3)在冻土模型箱进行路基模型填筑，设置普通试验段和注盐试验段，进行位移、温度和盐分的监测。路基内不同位置温度整体变化趋势一致，按余弦曲线规律变化，与理想控制温度一致。随着深度的增加，温度逐渐升高，温度波动幅度越大。距离坡面越近的点，即越接近冷端的点，温度波动越大。随着温度的高低变化，路基土体呈现出小范围周期性的冻胀融沉，随着时间的累计，路基土体表现出一定的沉降固结。在温度变化周期内，均呈现出正弦变化的规律，温度低于一定值开始冻胀，温度高于一定值时开始融沉，在温度最高处和温度最低处推后半个周期后出现冻胀最大值和融沉量最大值。普通试验段的最大冻胀量为0.4mm，注盐试验段的最大冻胀量为0.075mm，注盐之后路基土体冻胀量减小81.25％，说明将路基土体人工盐渍化之后，可有效抑制路基土体的冻胀，采用注盐法整治路基冻害是可行的。温度对盐分的迁移影响极小，可以忽略，在封闭环境中，盐分基本不发生迁移。　　(4)根据室内试验的结论和得到的参数，在现场布设试验段，进行注盐，通过埋设温度传感器、水分传感器、盐分传感器和布置冻胀观测桩来监测注盐效果。通过监测数据可知，注盐对整治季节性路基病害是有效的、可行的。四次监测注盐段较非注盐段冻胀量下降分别为45％、48％、47％、175％，平均下降78.8％。　　(5)针对小型冻胀试验的冻胀数据，拟合冻胀率与温度、含水率、含盐量、压实度之间的关系，并对其进行验证。在拟合的公式的基础上，提出了既有线路基冻胀的预报模型和新建路基冻胀的预防模型，同时建立基于BP神经网络的冻胀预报模型，并进行验证。
作者：	王彦虎
专业：	道路与铁道工程
导师：	王旭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文