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原文传递季冻区油页岩废渣改良土路基水汽迁移特性试验研究

论文题名：	季冻区油页岩废渣改良土路基水汽迁移特性试验研究
关键词：	季节性冻土区;道路病害;油页岩废渣;改良土路基;水汽迁移
摘要：	季冻区道路病害主要为冻胀和翻浆，严重缩短了道路的使用年限，增加了道路的养护成本。道路主要由路基和路面构成，路基为路面结构提供支撑，同时与路面共同承受行车荷载的作用。路基土是典型的非饱和土，土中的含水量变化导致土的性状改变，气态水和液态水在路基顶面和底面温差的作用下发生迁移，含水量的变化影响着路基的稳定性。冬季路基中的水分从下向上迁移，水分在负温作用下冻结成冰，体积变大对周围土体挤压形成冻胀现象。当春季温度升高后冻土融化形成饱水层，在车辆荷载作用下饱水层中的路基填料反复受到挤压，最终导致路基翻浆。　　随着油页岩资源的开发利用大量的废渣产生，油页岩废渣对环境产生严重的污染。为保护环境和实现固体废物再利用，课题组提了具有良好物理性能的油页岩废渣改良土，但缺乏对其抗冻胀性的研究。路基中的水汽迁移是导致季冻区道路冻胀翻浆等病害的重要因素，水汽迁移分为气态水迁移和液态水迁移，由于气态水测量难度较大，因此关于气态水迁移的研究十分匮乏，但其对道路冻胀和翻浆的影响是不可忽略的。　　本文依托国家自然科学基金项目“季节冻土区道路设置冷组层治理路基冻害机理研究（51578263）”，针对季冻区路基冻胀和翻浆等病害，通过发明的非饱和土气态水迁移测量装置研究了非饱和土气态水迁移规律，明确了路基中气态水与液态水之间的比例，对油页岩废渣改良土的抗冻胀性进行评价，构建油页岩废渣改良土气态水迁移预测模型。基于上述研究目的，本文的主要研究内容如下：　　（1）依据质量守恒定律创新发明了测量非饱和土中气态水迁移的试验装置，该装置可以测量不同含水率和不同压实度的非饱和土在不同温度情况下气态水迁移的质量。将发明的装置与已有的气态水迁移测量装置通过气态水迁移试验进行比较，验证发明装置的准确性与实用性。　　（2）通过非饱和土气态水迁移测量装置研究不同含水率和不同压实度的油页岩废渣改良土与粉质黏土在不同温度条件下的气态水迁移规律，分析气态水迁移影响因素的作用效果。对比油页岩废渣改良土和粉质黏土冻融循环前后的气态水迁移差异，并借助电子扫描显微镜从微观的角度对油页岩废渣改良土和粉质黏土的内部结构差异进行分析。　　（3）采用非饱和土水-热-力耦合试验装置开展室内单向冻结试验，监测土柱不同位置的温度、含水率和应力，测量油页岩废渣改良土和粉质黏土冻融循环前后的导热系数，对油页岩废渣改良土和粉质黏土的抗冻胀性进行评价。对水汽迁移数据进行分析，明确路基中气态水和液态水之间的比例关系。　　（4）将气态扩散系数应用于非饱和土气态水迁移，从理论上对油页岩废渣改良土的抗冻胀性进行评价。建立单因素和多因素的油页岩废渣改良土气态水迁移质量预测模型，为油页岩废渣改良土的工程应用提供理论基础。
作者：	邹连慧
专业：	交通运输工程
导师：	魏海斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022