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原文传递吉林省敦化地区沼泽草炭土冻胀融沉特性研究

论文题名：	吉林省敦化地区沼泽草炭土冻胀融沉特性研究
关键词：	路基工程;草炭土;冻胀机理;融沉特性;极限学习机
摘要：	草炭土是一种具有高含水率，高有机质含量、高压缩性和高孔隙比等特殊工程地质特性的腐殖质土，常存在于特殊的沼泽湿地环境中，对调节周围环境的生态平衡起到重要作用。草炭土主要分布于中国的东北区域、青藏高原、川西若尔盖高原和长江中下游等植被发育、常年积水的地势低平地区。当草炭土在季冻区分布时，会出现冻胀融沉现象，常出现道路破坏，路基软化，公路承载能力降低等工程问题。而近年来，由于我们国家经济建设快速发展，以及公路铁路工程的日益发达，很多新建的线路工程穿越季冻区沼泽草炭土分布区是无法避免的，为了保护沼泽草炭土湿地以及减少工程问题的出现，有必要对草炭土的冻胀融沉特性展开探究，为工程建筑设计提供理论基础。　　本文基于国家自然科学基金项目“季冻区沼泽草炭土冻胀机理研究”，以敦化地区典型的季冻区沼泽草炭土为主要研究对象，首先通过常规的土工试验，测定了草炭土的基本物理化学指标，然后选取天然含水率、干密度、有机质、分解度四个影响因素，在不同冻结温度下对草炭土展开封闭条件下的冻胀融沉试验，建立了基于极限学习机（ELM）的草炭土冻胀和融沉预测模型，得出以下结论：　　（1）由Pearson相关性分析可知，草炭土的含水率，干密度，有机质含量以及分解度四个因素之间有显著的线性关系，含水率与干密度成负相关，与有机质含量和分解度均成正相关；干密度与有机质含量和分解度均成负相关；而有机质含量和分解度二者成正相关。　　（2）不同深度的草炭土含水率与干密度差距较大，冻胀力与含水率和干密度均成正比关系，但干密度过小便不会产生明显的冻胀力。深度为0-0.4m的土样，干密度不超过0.41g/cm3时，几乎不产生冻胀力，随着深度增加，含水率逐渐增加，干密度逐渐降低，不产生明显冻胀力的界限值在逐渐降低，深度为0.8-1.6m的草炭土，当干密度低于0.25g/cm3后不会产生明显的冻胀力。　　（3）草炭土属于强冻胀土，其冻胀率与融沉系数成显著的正比关系；含水率和分解度对与冻胀率和融沉系数的影响规律相同，均成正比关系，并且冻胀率和融沉系数均随着有机质含量的增加先增加后减小；另外含水率越大，未冻水含量越高，冻胀完成的温度也越低；而干密度越大，孔隙率越小，冻胀率越大，冻结时所需的温度降低；对于融沉系数，干密度增加，其先逐渐减小后增加，即存在一个临界干密度值使得草炭土的融沉系数最小。　　（4）分别建立了基于ELM的草炭土冻胀和融沉预测模型并检验，通过此模型得到的预测值和实测值偏差相对较小，整体拟合度较好，可应用于季冻区草炭土路基工程中冻胀融沉特性的初步预测，为实际工程提供一定参考。
作者：	刘婷婷
专业：	土木工程
导师：	吕岩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022