毕业设计（论文）-反复冻融对软土压缩性的影响.doc

X X X 大 学毕 业 论 文 题 目 反复冻融对软土压缩性的影响 学 院 建 筑 与 土 木 工 程 学 院 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 20 年 月 日XXXXX大学毕业论文摘 要我国季节性冻土区分布比较广，约占到国土面积的50%以上。东北地区受季节影响 软土面积分布较大，东北地区软土除沉降不均匀，变形量大外，还受气候和温度等因素的影响，这就在很大程度上影响了基础的稳定和安全，使得东北地区建设难度加大。因此，季节性冻融(即反复冻融)环境下软土压缩性的研究对东北地区的建设十分重要。本文首先分析了软土的工程性质及其危害，研究了软土的特性，通过室内试验的方法研究了含水率及冻融循环次数对软土压缩性的影响。分别取四种不同含水率的软土，通过对室内制备试样在经历0-7次冻融循环后，分别对冻融0次、1次、3次、5次、7次的软土试样进行固结试验，得出以下结论：在同一含水率条件下，压缩性随冻融循环次数的增加呈先增加后减小的趋势，转折点一般会出现在冻融的第五次；在相同的冻融次数下，压缩性随着含水率的增大呈下降趋势，并且具有一定的线性关系。关键词：软土；含水率；固结试验；反复冻融Abstract The seasonal frozen soil area in China is widely distributed, accounting for more than 50% of land area. The northeast area affected by seasonal effects of soft soil area distribution of larger, northeast area of soft soil in addition to uneven settlement, deformation is large, the affected factors of climate and temperature, which largely influence the stability and safety of the foundation, the construction difficulty of northeast area increase. Therefore, the seasonal freezing and thawing (i.e. repeated freezing and thawing) of compressibility of soft soil environment construction in the northeast of China is very important. This paper first analyzes the engineering properties of soft soil and its harm, to study the characteristics of the soft soil, through the indoor test of the water content and the effect of freeze thaw cycles on the compressibility of soft soil. Four kinds of soft soil with different water content, through to the interior prepared specimens after 0-7 cycles of freezing and thawing, respectively, consolidation test on soft soil samples were frozen and thawed 0 times, 1 times, 3 times, 5 times, 7 times, reached the following conclusions: in the condition of the same water content, a first increased and then decreased with the increase of the number of freeze-thaw cycles of compression; in the same freeze-thaw cycles, the compressibility decreases with the increase of the water content, and has a certain linear relationship.Key words: Soft soil; moisture content; consolidation test; repeated freezing and thawing目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 软土11.2 软土的工程性质及工程中的危害11.2.1 软土的物理力学性质11.2.2 软土地基的工程危害11.3 国内外研究现状21.4 研究的目的及内容3第2章 软土压缩性影响的试验研究42.1 试验原理42.2 试验方案设计52.2.1 试验影响因素52.2.2 冻结融化方法及冻融时间的确定52.2.3 试验内容52.2.4 试验技术路线52.3 试验方法及试验仪器62.3.1 试样制备62.3.2 软土的基本物理指标试验62.3.3 软土的固结试验72.4 试验数据92.4.1 20%含水率土样固结试验数据记录92.4.2 23%含水率土样固结试验数据记录292.4.3 25%含水率土样固结试验数据记录492.4.4 30%含水率土样固结试验数据记录69第3章 数据分析893.1 冻融循环对软土压缩性的影响893.2 含水率对软土压缩性的影响91第4章 结论与展望954.1 结论954.2 展望95参考文献96致 谢98III第1章 绪论1.1 软土软土，一般是指在静水或缓慢流水环境中沉积而成的、天然含水量大、压缩性高、承载力低、透水性差的一种软塑到流塑状态的饱和粘性土层。它主要包括内陆湖塘盆地、江河海洋沿岸和山间洼地沉积的各种淤泥和淤泥质粘性土。粘土常因生物化学作用含有较多的有机质，天然含水量，天然孔隙比。当天然孔隙比时，称为淤泥；时，称为淤泥质土。1.2 软土的工程性质及工程中的危害1.2.1 软土的物理力学性质表1-1 软土的物理力学性质1.2.2 软土地基的工程危害软土地基的危害是承载力低，变形大，特别是不均匀变形大，而且变形稳定时间很长，几年甚至几十年。往往造成建筑物沉降大且不均匀，造成建筑物开裂，倾斜等。例如2010年8月，福建正得房地产开发有限公司开发的格林兰景3号楼地基塌陷一事，以及各地不断传来的“楼薄薄”、“楼脆脆”和“楼歪歪”等新闻，如此多的房屋出现质量问题，已经让老百姓不寒而栗。1.3 国内外研究现状在国外一些专家通过有关试验研究了冻融循环对纤维加筋粘土压缩性的影响，发现随着冻融循环次数增加，所有加筋和不加筋样本的压缩强度降低20%-25%左右；1-10次冻融循环过程中样本高度和强度的变化，大部分发生在1-7次循环，7-10次循环后的变化并不明显。还有一些专家学者通过大比例土体模型试验，研究了土体的冻胀、融沉特性；研究了土体融沉与含水率、干密度、孔隙率等因素的变化关系。 Corte. A.E. Ingles等研究了在冻融循环条件下土体中的物体向上迁移的原因。研究表明在单向冻结的条件下，细颗粒土总是与冻结锋面移动方向相反的方向迁移，而粗颗粒则与冻结锋面移动方向相同的方向移动。由于在冻结过程中伴随着土颗粒，特别是无粘性土颗粒的有方向运动，多次冻融循环以后，将会导致颗粒重组，土体分层。同时研究表明土颗粒迁移将会受到冻结速率、冻结方向、颗粒尺寸、形状、分布以及含水量的因素影响。在国内80年代以来，中国的建设进入了快速发展阶段，同时，在软土路基(软土反复冻融)预期的估计遇到了很大的困难。虽然国内已经提出了软土路基分析方法。在工程项目还总结了一些当地的基础特点，但这些方案具有一定的弊端和使用的使用条件。国内学者对过去的理论和方法进行了系统研究与分析，解决了理论上提出的软土计算的方法，它已被证明在理论上更为合理及完善。然而，有些工程提供的地质资料和试验参数往往不能如人所愿。杨成松通过室内实验得到以下结论：土体在冻融循环过程中的变化量与温度梯度和时间密切相关，而且不同初始干容重在连续冻融过程中的变化趋势不同。但是冻融循环达到一定次数后，任何干容重土体的最大冻胀量与随后发生的最大融沉量相等。土体冻胀率随冻结速率呈指数形式递减，而冻胀力的发展量和大小取决于冻结速率的快慢。未冻区的压密状态以及水份向冻结锋面的迁移量；经过多次冻融循环以后，土体的干容重最终趋向某一个只与土体性质有关的稳定值。和礼红运用试验手段对冻结粉质粘土的无侧限抗压强度特性进行了研究，并对在多次冻融循环作用下的粉质粘土的无侧限抗压强度、抗剪强度以及压缩性等力学性质进行了研究。在封闭环境和快速、三向冻结条件下，土体在冻结过程中其含水量迁移量很小，冻胀也不明显，密度可以认为基本不变。同时试验确定，含水量在11.34%16.1%范围内的粉质粘土，当冻结温度为-3时，冻结稳定时间可确定为48小时；当冻结温度为-15时，冻结稳定时间可确定为24小时。如果没有足够的稳定时间，将导致试验结果失真。 张婷通过自行研制的试验设备，分析影响冻胀、融沉的因素在各个影响因素改变状况及多因素正交作用情况下冻土在冻融循环中的变化特性。并根据试验结果建立了初步冻胀综合预报模型，采用各因素对冻胀影响的相加、相乘等方式来反映其对冻胀的综合作用。1.4 研究的目的及内容软土具有天然含水率大、承载能力低的特点。在工程中危害比较大。因此有必要对软土进行反复冻融研究其工程性质。通过试验复习和巩固以前所学知识，了解反复冻融对软土工程性质的影响，系统地综合运用所学的基础理论和专业知识，来解决工程试际问题，达到加强技能性培养的目的。熟悉有关软土的工程性质和试验方法，培养进行调查研究、查阅文献、收集资料以及使用本专业各种规范和手册的能力；锻炼试验动手和数据分析的能力；培养独立思考、独立进行工程试验的能力。为毕业后的工作打下坚试的基础。本课题主要研究的是反复冻融对软土压缩性的影响，通过室内固结试验对人工冻融的软土物理力学性质进行研究。通过固结试验的结论以及试验过程中得出的大量数据为实际工程、科学研究提供帮助。第2章 软土压缩性影响的试验研究2.1 试验原理 1.测定含水率的试验原理：利用水在不断加热后变成水蒸气的性质。加热一定时间后，在温度不高于110，土中自由水全部变成气体挥发，最后土的重量不再发生变化，即处于恒重状态。这时挥发掉的水重。土恒重即认为是干土质量。 2.测定密度的试验原理：土的密度试验需要分别测量试样体积及其质量，然后用质量除以体积计算出密度。 (2-1)式中 环刀加土的质量() 环刀的质量() 土的体积() 3.测定软土压缩性指标的试验原理：试验是将试样放在限制侧向变形的压缩容器内，分级施加垂直压力，记录加压后不同时间的压缩变形，直至各级压力下的变形量趋于某一稳定标准为止。然后将各级压力下的最终变形与相应的压强绘成曲线，以求得压缩指标。 4.冻融原理：土的冻融作用是冻土力学与工程中的重要研究课题。在冻结过程中，土中水从冷源方向(地表)开始竖直向下逐渐冻结，未冻水在从未冻区向冻融界面和己冻区迁移并冻结，同时土颗粒之间由结合水转变为固态冰，体积膨胀导致结构疏松，加大了土颗粒之间的间距。由于固态冰结构呈竖向排列胶结，地基土强度反而较高。但是随着温度的回升，季节性冻土在自然条件下融化，受大气温度控制，由地表竖直向下逐渐融化。由于下部土层还处于冻结状态，未冻水势能小，因此未冻水将从上一刻融化的土层内被抽吸到下一刻正在融化的土层内，结果上部正融土的水分又不断的向下迁移；而当冻土胶结物由固态转化成液态时，冻胀力亦消失殆尽，土颗粒以不同的下沉组合方式(在自重条件下沉降、在结合水作用下，产生胶结力相互靠近、土颗粒之间在竖向产生压力)进行重新组合。在冻融过程中，水分的两次迁移(即冻结过程水分向着冷源方向迁移，在融解过程中水分逆向迁移)和土颗粒的重新排列，使得土体的孔隙特征发生了变化，土孔隙特征的变化必然导致土骨架特征发生相应的变化，使传力骨架的结构体系发生内部位移，造成结构性的变化；使得土体垂直方向的渗透性增大，力学性质也发生变化。2.2 试验方案设计2.2.1 试验影响因素试验影响因素的选择：含水率和冻融次数。2.2.2 冻结融化方法及冻融时间的确定冻结融化方法及冻融时间的确定：在封闭的环境下将四种不同含水率的土样放入冰箱，冰箱温度控制在-202，恒温冻结；融化时同样在封闭环境下将土样放入恒温箱，恒温箱温度控制在25，放置时间控制在。上述的冻结融化过程为一次循环，对土样进行7次冻融。2.2.3 试验内容具体的试验方案设计如下：1.分别对预先配制的20%含水率、