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南京地铁典型土层冻土热物理力学特性研究

孙谷雨  
【摘要】:随着经济高速发展,城市化水平不断提高,城市交通压力持续增大。为解决城市交通压力,建设地下交通体系成为最好的选择,地铁应运而生。对处于软弱地层且城市化程度很高的南京地铁,常需采用人工冻结法。 掌握冻土热物理力学性能是在人工冻结法的设计过程中进行合理设计及安全施工的前提和必要条件。本文以南京地铁典型土层为研究对象,通过室内试验对其人工冻土冻结温度、导热系数、冻胀率、融沉系数,原状土单轴抗压,重塑冻结粉质黏土三轴剪切试验进行研究。通过试验研究及数据分析得出主要结论如下: (1)对南京地区典型土层(淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉砂)原状土与重塑土的冻结温度、导热系数进行了分析,得出了冻结温度、导热系数随含水率增大而增大,随干密度增加也呈现增加趋势,但趋势不明显;导热系数在-10℃下比常温条件下均大1.5倍左右。并运用BP神经网络做出了影响因素下冻结温度、导热系数的预测模型,得到了归一化数据表格。 (2)对南京地区典型土层原状土与重塑土的冻胀融沉特性进行了研究分析,其中冻胀率、融沉系数随含水率增加而上升,干密度的增大对冻胀率、融沉系数的影响并不显著,出现了拐点;冷端温度的降低冻胀率增大;随外荷载增加冻胀率、融沉系数近似呈幂函数趋势减小,融沉过程中回弹量也不断增大且所需时间变长。 (3)针对南京地区典型土层进行了原状土单轴抗压试验,得出人工冻土抗压强度、弹性模量随温度降低呈线性增长。 (4)通过对重塑冻结粉质黏土进行三轴剪切试验研究分析,可知随温度降低其破坏强度增大,围压的增加也使破坏强度上升,呈线性增长趋势;通过对应力应变曲线的分析,基于邓肯—张模型理论,对冻结粉质黏土本构模型进行了分析,得出了模型参数。


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