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原文传递高温—高含冰量冻土强度及蠕变特性研究

论文题名：	高温—高含冰量冻土强度及蠕变特性研究
关键词：	高温冻土区;高含冰量冻土区;冻土强度;蠕变试验;钻孔旁压试验;青藏铁路;铁路路基
摘要：	青藏铁路穿越连续多年冻土区550km，不连续多年冻土区82km，其中有275km处于高温冻土区(年平均地温高于-1.0℃)，有221km通过高含冰量冻土区(体积含冰量大于20﹪)，高温、高含冰量重叠路段134km。冻土作为一种特殊的岩土材料，其力学性质很大程度上取决于冻土的温度及含水量。特别是对于高温冻土，温度的微小波动就会引起未冻水含量发生较大改变，从而导致冻土强度发生很大的变化。现场地温及沉降观测资料表明，青藏铁路高路堤段在冻土人为上限有所提升的前提下，路基仍会由于下部高温—高含冰量冻土温度升高，弹性模量减小及蠕变而产生较大的沉降。然而，由于受到试验条件的限制，目前关于高温—高含冰量冻土强度及蠕变的研究鲜见报导，这种情况给我们开展路基变形计算造成了极大的困难，为此作者开展了室内高温—高含冰量冻土的强度及蠕变试验研究，同时也对青藏铁路路基下及天然地表下的多年冻土开展了现场旁压试验研究，通过研究得出以下结论： (1)通过对不同温度、不同含水量(温度：-0.3℃、-0.6℃、-0.9℃、-1.5℃、-5.0℃，含水量：20﹪、40﹪、60﹪、90﹪、120﹪)的冻结粘土单轴抗压强度试验发现：高温—高含冰量(温度：-0.3℃～-1.5℃，含水量：60﹪～120﹪)冻土的应力—应变曲线为应变硬化型，试样以塑性破坏形式破坏为主。含水量40﹪～90﹪的高温冻土抗压强度值随土温的降低线性增大，含水量120﹪的冻土的抗压强度随温度降低而增加的幅度随温度降低而减小。当温度低于-0.9℃时，高温冻土存在最不利含水量，该值随温度的降低而增大。当温度高于-0.6℃时，高含冰量冻土随含水量的增加，单轴抗压强度增大。 (2)开展了温度分别为-0.3℃、-0.5℃、-1.0℃，含水量分别为40﹪、80﹪、120﹪的冻结粘土单轴蠕变试验。试验结果表明：无论加载应力多大、荷载作用时间多长，高温—高含冰量冻土单轴压缩蠕变过程都具有衰减特征；在相同的温度条件下，在相同时段，含水量40﹪时长期强度最大，含水量120﹪时次之，含水量80﹪时最小；还得到高温—高含冰量冻土的蠕变方程、应力—应变关系、长期强度方程及其有关参数。 (3)通过对路基下及天然地表下高温—高含冰量多年冻土的旁压强度试验发现：铁路的修筑不仅使路基下原天然上限以下高温—高含冰量多年冻土的温度有了一定幅度的升高，还导致路基以下多年冻土的临塑压力Pf、极限压力Pl及剪切模量Gm有了较大幅度的降低；对于高温冻结粘土，富冰冻土和饱冰冻土的剪切模量Gm对温度改变的敏感性高于含土冰层；饱冰冻土的临塑压力Pf和极限压力Pl对温度变化的敏感性高于富冰冻土和含土冰层。 (4)通过对青藏铁路北麓河试验段不同温度、不同含水量多年冻土的旁压蠕变试验发现：对于高温—低含冰量冻土短时旁压蠕变实验，瞬时变形在总变形中占有很大比例，必须考虑初始瞬时变形；给出了考虑初始瞬时弹性变形的旁压参数的反演方法。试验结果还表明：对于高温—高含冰量冻结粘土，随含水量的增加或温度升高，冻土流变性增强。
作者：	马小杰
专业：	岩土工程
导师：	张建明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
学位年度：	2006
正文语种：	中文