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        地鐵施工土層凍結(jié)溫度試驗研究

        2020-04-14 06:58:30
        江西建材 2020年3期
        關(guān)鍵詞:凍脹力凍土電勢

        南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,江蘇 南通 226001

        凍結(jié)法施工是通過對底層進行人工制冷技術(shù),來加強底層的牢固性以及穩(wěn)定性。當(dāng)前,地鐵建設(shè)當(dāng)中大量使用了凍結(jié)法,以應(yīng)對軟土地鐵施工當(dāng)中可能存在的問題[1]。我們進行地區(qū)土層人工凍結(jié)黏土凍脹力試驗,來發(fā)現(xiàn)凍脹力隨時間變化的規(guī)律;對不同土層的進行凍結(jié)溫度試驗,尋找這些土層的凍結(jié)溫度隨時間變換的規(guī)律。這些規(guī)律成果可為地鐵建設(shè)中提供可靠的依據(jù),施工得到了便利,為安全提供了保障的同時也減少了經(jīng)濟方面的損失。

        1 土樣采集

        工作人員在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求之下,在確定取樣層取得土型樣品,除去其中的泥漿皮,做好標(biāo)高,層位,數(shù)量以及土性的相關(guān)記錄,然后將土樣品用雙層塑料保鮮袋和線繩進行密封,并且用膠帶進行密封,將這些樣品裝箱后運送到實驗室當(dāng)中,運送過程中取樣箱的放置位置,應(yīng)該保持在較低水平面上防止取樣箱滑落損傷其中的樣品,在取樣筒下放稻草和碎紙等具有一定緩沖功能的物品,防止樣品在運輸過程中被損壞[2]。

        2 試驗內(nèi)容和方法

        2.1 凍土試驗內(nèi)容

        2.1.1 凍土的凍脹試驗

        首先需要進行試樣的采集工作,當(dāng)冷板溫度達到試驗溫度之后,將樣品放入凍脹以當(dāng)中將其高度的變化值設(shè)置為小于等于0.02 的規(guī)定位置之上,并且安置好位移傳感器和量表等設(shè)備。如果樣品在某一個確定的荷載之下,間隔2h,凍脹依舊不發(fā)生變化,則認為該樣品在該幾何載之下達到相對穩(wěn)定,允許凍脹量應(yīng)該小于等于0.01mm,記錄此時施加的平衡荷載,或者通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄此時凍土的凍脹力。

        2.1.2 凍土的凍結(jié)溫度試驗

        用熱電偶插入試瓶的中心,然后再背蓋周邊用硝基漆進行密封處理[3]。低溫瓶當(dāng)中放入每升兩摩爾的氯化鈉溶液所制成的鹽冰塊,再倒入相同濃度的鹽水,使水面與冰塊面相互齊平。將封好底并且已經(jīng)裝入5cm 高干砂的塑料瓶插入低溫瓶之內(nèi),然后將塑料瓶頭和低溫瓶口,用橡皮塞和瓶蓋進行密封處理,將熱電偶測溫端與數(shù)字電壓表相連接,每分鐘記錄一次熱電勢。

        2.2 試驗方法

        試驗的溫度分別是-5℃、-10℃和-15℃,熱端的溫度則是20±2℃,實驗在開放系統(tǒng)之下進行單向凍結(jié)。試件規(guī)格為Φ50×25mm。在實驗過程中測量規(guī)定時間范圍之內(nèi)樣品軸向的位移長度與時間之間的聯(lián)系,并且得到試件的最大凍脹量[4]。

        凍脹力試驗方法:使樣品在零位移約束之下進行膨脹試驗,在樣品上下兩端施加縱向的約束力,并且用荷重傳感器測量凍土的凍脹約束力,從實驗結(jié)果研究凍脹約束力和時間之間的關(guān)系,并且得到凍土最大凍脹約束力[5]。

        3 凍脹試驗結(jié)果及分析

        各個土層試件的最大凍脹力的試驗結(jié)果如表1。

        表1 各個土層的最大凍脹力

        根據(jù)試驗結(jié)果,以第二組數(shù)據(jù)為例畫出土層凍脹力與時間關(guān)系曲線見圖1。

        圖1 凍土凍脹力與時間關(guān)系曲線

        從上表的數(shù)據(jù)可以得知,試驗土層的凍脹力在0.35~0.65 之間,并且大部分實驗凍土的凍脹力和凍脹率都保持在較低水平。

        4 凍結(jié)溫度試驗

        4.1 凍結(jié)溫度試驗方法及標(biāo)準(zhǔn)

        試驗嚴(yán)格按照國國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。試驗在低溫瓶與零溫瓶間進行,低溫瓶溫度為-7.6℃,零溫瓶溫度為0±0.1℃,試驗杯用黃銅制成,其直徑3.5cm、高5cm,帶有杯蓋[6]。

        4.2 凍結(jié)溫度的計算

        式中:

        T-凍結(jié)溫度;

        V-熱電勢跳躍后的穩(wěn)定值,μv;

        K-熱電偶的標(biāo)定系數(shù),℃/μv。

        4.3 凍結(jié)溫度試驗結(jié)果

        土壤中水結(jié)冰的過程主要是過冷,跳躍,恒定和遞降這4個階段所構(gòu)成。當(dāng)出現(xiàn)跳躍時,電勢會突然減小,然后在某一數(shù)值穩(wěn)定,這也是開始凍結(jié)的溫度。根據(jù)這一原理,各土層凍結(jié)溫度試驗結(jié)果如表2。

        表2 凍結(jié)溫度試驗結(jié)果表

        4.4 凍結(jié)溫度與時間關(guān)系曲線

        同樣,以第二層為例,凍結(jié)溫度時間曲線見圖2。

        圖2 凍結(jié)溫度與時間關(guān)系曲線

        5 結(jié)語

        (1)有凍脹力與時間關(guān)系曲線可以看出溫度越低凍土的凍脹力數(shù)值越大,在一段時間凍脹程度與時間成正比,增加到一定程度呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)。處于快速上升,過渡,相對穩(wěn)定的三個階段。

        (2)各層土樣凍脹程度曲線變化趨勢大體相同。在前期快速凍結(jié)期間,曲線爬升相對較快,凍脹程度大;在過渡期,曲線上升變得緩慢,可見凍脹程度明顯減小;之后曲線幾乎趨于平穩(wěn),整個土凍脹程度維持不變。

        (3)各土層凍結(jié)溫度隨時間的曲線變化大體接近,土中水結(jié)冰的時間過程一般須經(jīng)歷過冷、跳躍、恒定和遞降四個階段。當(dāng)出現(xiàn)跳躍時,電勢會突然減小,接著穩(wěn)定在某一數(shù)值。

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