季冻区路基改良土固结-蠕变特性及模型研究.doc

季冻区路基改良土固结-蠕变特性及模型研究我国季节性冻土地区占国土面积的53.5%。由于季冻区特殊的气候条件,冻胀和翻浆频发,是最常见的道路病害。本课题组以治理季冻区道路病害和有效利用工业废渣为出发点,提出了两种路基改良土:橡胶颗粒改良粉煤灰土和油页岩废渣改良粉煤灰土。已有研究成果证明了二者具有强度高、导热系数低等优秀的寒区工程特性,兼具废物利用的功能。在道路工程中,边坡、挡土墙随时间发展的失稳及路基的不均匀沉降均与土的蠕变息息相关,是道路设计与使用中无法忽略的问题。作为治理季冻区道路病害的新材料,改良土在长期荷载作用下的持续变形性质理应引起足够的重视。开展改良土蠕变特性的研究,可以为改良土路基设计提供可靠的参数,预测路基工后沉降,对路基稳定性具有重要意义。本文依托国家自然科学基金项目“季节冻土区道路设置冷阻层治理路基冻害机理研究”,开展了两种季冻区路基改良土的固结-蠕变试验研究,分析了含水率、压实度以及冻融循环对改良土固结-蠕变特性、压缩-固结特性和蠕变速率的影响,建立了适用的经验模型和元件模型,主要工作如下:(1)测定了两种改良土的基本物理、力学性质,分析了试验原材料的物质组成并评价了其对周围水环境的影响,基于研究基础确定了蠕变试验的加载方式、稳定标准等关键因素。(2)开展了两种改良土固结-蠕变特性和压缩-固结特性的研究,分析了含水率、压实度对次固结系数、压缩指数、压缩系数、固结系数的影响。采用回归分析建立了两种改良土的幂函数、指数函数及双曲线函数模型,并以西原模型为基础,通过将Merchant模型与非线性粘塑性体(NVPB)串联建立了改进模型。(3)进行了不同冻融循环次数下改良土的固结-蠕变试验,对比了改良土冻融前后的固结-蠕变特性和压缩-固结特性,分析了冻融循环作用下蠕变参数的变化规律。建立了冻融循环后的幂函数和指数函数的混合模型。引入扰动状态概念,获得了冻融循环后的改进西原模型。(4)研究了含水率、压实度和冻融循环对两种改良土初始和稳态蠕变速率的影响,与粉质黏土进行了对比,通过分析两种改良土的蠕变速率趋势得出结论:油页岩废渣改良土的长期稳定性更显著。