季节冻土区路基“时变覆盖效应”试验与数值重现

作     者：钟黎 张瑞玲 张明礼 冯德刚 严艳锋 ZHONG Li;ZHANG Rui-ling;ZHANG Ming-li;FENG De-gang;YAN Yan-feng

作者机构：中交三公局桥梁隧道工程有限公司北京市100012 兰州理工大学土木工程学院兰州市730050 甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所兰州市730000 

出 版 物：《公路》 (Highway)

年 卷 期：2022年第67卷第8期

页      面：14-23页

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目,项目编号41961010、41861012 甘肃省基础研究创新群体项目,项目编号20JR5RA478 中交第三公路工程局有限公司技术服务项目,项目编号QSGS-YLTJ-4-JS-01-2019 

主　　题：路基 季节冻土 覆盖效应 数值模拟 水分迁移 

摘      要：寒旱区封闭结构层工程构筑物在大温差作用下,水分在不透水面层底部聚集形成覆盖效应后加剧路基冻胀、融沉病害,但对长期时变环境作用下覆盖效应引起的路基内部水分累积过程、液态水与水汽输运规律,以及其与路基变形的关系尚不清楚。首先通过室内试验,验证了时变环境下季节冻土覆盖效应确实存在;然后基于非饱和土冻融过程中的液态水与水汽运移、相变过程和能量传递过程,建立了水汽热耦合分析理论模型;最后将验证后的模型应用于寒旱区某高等级公路宽幅路基,并对其内部水热输运进行了分析。结果表明:(1)室内冻融循环作用下,粉质黏土在冻深范围内含水率会随冻融循环次数的增加而增大,含水量的迁移量达6%;(2)季节温度变化导致水分向路基面层底部3 m范围内聚集,最大累积量达12%;(3)冻结期路基内部液态水和气态水向上迁移,导致路基上部的含水率增大,融化期则相反;(4)季节温度变化下,12月至次年的3月在路基上部1.5 m范围聚集的水分冻结成冰,最大冰含量可达16%,极易诱发路基冻胀破坏。