人工凍融軟土微觀結構與融沉特性內在機理研究

《人工凍融軟土微觀結構與融沉特性內在機理研究》是依託南京林業大學，由楊平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：人工凍融軟土微觀結構與融沉特性內在機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊平
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

大規模捷運建設、營運將面臨在軟弱土層人工凍結法施工聯絡通道等地下工程的長期融沉控制難題，而凍融土微觀結構與融沉特性內在機理是解決長期融沉控制的關鍵科學問題。本課題擬通過室內試驗、理論分析，研究具有強凍脹、強融沉特性的軟土（粉質黏土、淤泥質黏土）在不同凍融條件下（溫度、解凍條件）凍融土的融沉特性、巨觀融沉模型，凍融前後巨觀物理力學及微觀結構的差異性與變化規律；運用灰色關聯度分析和粗糙集理論，研究各微觀特徵參數對巨觀融沉特性（融沉係數、壓縮係數）的影響，以微觀結構變化揭示巨觀融沉特性內在機理，評價微觀結構參數與巨觀融沉特性（融沉係數、壓縮係數）間的關聯性；綜合考慮土的微觀結構對融沉的影響，建立包含微觀結構參數的非線性融沉模型。為預測和控制人工凍結法施工的聯通道等地下工程長期融沉，以及季節性凍土地區道路路基融沉提供理論依據，並豐富凍融土力學理論。

結題摘要

大規模城市地下工程（如捷運聯絡通道、盾構進出洞）及礦山井筒利用凍結法施工，面臨軟土地層人工凍結長期融沉和工後沉降控制難題。為研究軟黏土融沉變形的微細觀變化機制，從微細觀角度揭示人工凍融軟黏土融沉特性內在機理，本課題改制了一套基於溫度梯度控制、模擬單向凍融的凍脹融沉試驗系統，研究了原狀軟黏土人工凍融特性、壓縮係數、熱物理特性與水分遷移研究，分析了含水率及應變速率對凍結軟黏土強度特性的影響，通過SEM、壓汞等方法對軟土凍融前後微觀結構差異性研究，研究了凍融對軟黏土孔隙與顆粒的平均直徑、定向性、平均圓形度、豐度、分維的影響規律，基於X-CT技術，研究了人工凍融軟黏土細觀特性，首次發現了軟黏土封閉系統單向凍融條件下，靠近暖端位置出現的凍融頸縮現象，提出用凍融體積收縮率評價融沉變形量，分析了凍融前後含水率、孔隙比和乾密度變化與CTI之間的相關性。研究成果對解決軟土地區人工凍結法融沉控制具有重要的理論、實踐和學術價值。