盾构影响下的路基土气态水迁移研究.pdf
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1、为了探讨盾构影响下路基土的抗冻胀性及其气态水迁移规律,本文通过创新发明的试验装置,开展了不为了探讨盾构影响下路基土的抗冻胀性及其气态水迁移规律,本文通过创新发明的试验装置,开展了不同含水率和不同压实度的路基土在不同温度下的气态水迁移试验。试验结果揭示出:同一压实度的路基同含水率和不同压实度的路基土在不同温度下的气态水迁移试验。试验结果揭示出:同一压实度的路基土在相同温度情况下气态水迁移质量随含水率的增大而增大;当含水率较低时,路基土的气态水迁移质土在相同温度情况下气态水迁移质量随含水率的增大而增大;当含水率较低时,路基土的气态水迁移质量随着压实度的增大呈先减小后增加的趋势,当含水率较高时,路基
2、土的气态水迁移质量随着压实度的量随着压实度的增大呈先减小后增加的趋势,当含水率较高时,路基土的气态水迁移质量随着压实度的增大而增加;同一含水率的路基土在相同压实度情况下气态水迁移质量随着温度的升高而增大。本研究增大而增加;同一含水率的路基土在相同压实度情况下气态水迁移质量随着温度的升高而增大。本研究成果对于探索路基土在盾构影响下的气态水迁移规律具有一定的现实意成果对于探索路基土在盾构影响下的气态水迁移规律具有一定的现实意义,同时为非饱和土的水汽迁移义,同时为非饱和土的水汽迁移机理深入研究提供借鉴。机理深入研究提供借鉴。关键词关键词 盾构影响盾构影响,路基土路基土,气态水迁移气态水迁移,含水率含
3、水率,压实度压实度 Study of Gaseous Water Migration in Roadbed Soil under the Influence of Shield Kai Wang1,Lianhui Zou2,Haibin Wei2 1China Railway First Bureau Group Second Engineering Co.,Changchun Jilin 2Transportation College,Jilin University,Changchun Jilin Received:Jul.26th,2023;accepted:Aug.16th,2023;
4、published:Aug.28th,2023 Abstract In order to investigate the frost swelling resistance of the roadbed soil and its gaseous water mi-gration law under the influence of shield structure,this paper carried out the gaseous water mi-gration test of roadbed soil with different water content and different
5、compaction degree at dif-ferent temperatures by means of an innovative invented test device.The test results reveal that:王锴 等 DOI:10.12677/hjce.2023.128129 1130 土木工程 the gaseous water migration mass of the same compaction degree of roadbed soil at the same temperature increases with the increase of
6、water content.When the water content is low,the ga-seous water migration mass of roadbed soil decreases with the increase of compaction degree and then increases with the increase of compaction degree.When the water content is high,the ga-seous water migration mass of roadbed soil increases with the
7、 increase of compaction degree.The gaseous water migration mass increases with the increase of temperature for the same moisture content of the roadbed soil at the same compaction level.The research results are of practical sig-nificance for exploring the gaseous water migration law of roadbed soil
8、under the influence of shield structure,and also provide reference for the in-depth study of water vapor migration me-chanism of unsaturated soil.Keywords The Influence of Shield Structure,Roadbed Soil,Gaseous Water Migration,Water Content,Compaction Degree Copyright 2023 by author(s)and Hans Publis
9、hers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 季冻区路基冻胀是影响工程安全以及道路使用寿命的重要因素,而在道路下方进行盾构施工会改变路基土的含水率及压实度等状态,进而影响路基的抗冻胀性能。路基是典型的非饱和土,非饱和土中的水汽迁移导致含土中含水量发生变化,土中含水量在很大程度上影响着土体的稳定性,比如体积和抗剪强度发生变化、土中的孔隙压力的
10、变化会导致土体的有效应力发生一定的改变、在水渗透时产生的渗透力在一定程度上影响边坡的稳定性 1。路基发生的工程病害问题如冻胀、塌陷、翻浆、冲刷,在很大程度上与路基土中的水汽迁移有着密切的联系,而水汽迁移分为气态水迁移和液态水迁移 2。王铁行 3 4 5、贺再求 6、李颜龙 7、张升 8、李颖颖 9等多位学者对非饱和土的气态水迁移进行了相关试验研究,结果表明非饱和土气态水迁移与温度、含水率和压实度有密切的联系。气态水迁移在季冻区路基冻胀中的作用是不能忽略的,系统研究路基土的气态水迁移对其在实际工程中的应用具有重要的意义 10。本文考虑通过自主创新的试验装置对盾构影响下不同含水率和不同压实度的路基
11、土在不同温度下的气态水迁移进行试验研究。2.试验装置及方案试验装置及方案 2.1.试验装置试验装置 本文创新发明测量土中气态水迁移质量的装置,气态水迁移盒示意图与实物图如图 1 所示,具体包括底座(1)、环刀(2)、试验土样(3)、滤纸固定垫片(4)、滤纸(5)、螺栓(6)、螺母(7)。将含有土样的环刀放入底座当中;将滤纸固定垫片放到底座上;将密封橡胶圈放在滤纸固定垫片外沿上;该装置上下两侧为对称结构,上侧操作过程与下侧操作过程相同;将烘干并称重后的滤纸用镊子放在滤纸固定垫片上;将上下两结构迅速结合并通过螺栓和螺母连接形成一体,此操作在 2 s 内完成;将装配好的气态水迁移盒放入低温恒温槽中,
12、8 h 后从低温恒温槽中取出且卸下螺栓和螺母;用镊子快速将Open AccessOpen Access王锴 等 DOI:10.12677/hjce.2023.128129 1131 土木工程 滤纸取出立即放到精度为 0.0001 g 的电子天平上称重,该操作在 2 s 内完成以减小滤纸在空气中脱湿所造成的误差;这个过程需要两人共同参与,并且必须戴干燥的塑胶手套,禁止使用手直接接触滤纸。采用本试验装置测量土中气态水迁移质量具有精确度高、方便快捷、试验周期短、低成本、小工作量、可循环利用等优点。Figure 1.Schematic diagram and physical diagram of g
13、aseous water migration device 图图 1.气态水迁移盒示意图与实物图 2.2.试验方案试验方案 为探究路基土在盾构影响下的不同条件下的气态水迁移规律,本实验拟通过试验装置测定不同条件下路基土的气态水迁移的质量。通过在盾构轴线上方布设含水率传感器及温度传感器,监测盾构过程中含水率及温度的变化,并通过现场钻芯取样进行试验的方法测定路基土的压实度变化情况,含水率在盾构过程中的变化趋势如图 2所示,在施工开始前的含水率大约为 27.8%,开工后第 15 天降低至 22.8%,第 18 天降低至 17.8%,第20 天降低至 7.8%,之后开始回升至 12.8%并保持稳定,全
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