季冻区路基土宏观力学行为与微观结构特征关系研究

In seasonally frozen soil area, serious disease of roads often occurs because the roads is frozen in winter and melt in spring. The majority of the disease is caused by the subgrade performance changed. The mechanical behavior of compacted subgrade soil will change in the experience of the freeze-thaw cycle. The essence of soil macroscopic mechanical behavior changed is the change of soil micro-structural features. The variation of the compacted subgrade soil macroscopic mechanical behavior experiencing different number of freeze-thaw cycle is obtained by triaxial compression tests. The microstructure characteristic variation of compacted subgrade soil experiencing different number of freeze-thaw cycles is obtained by the field emission scanning electron microscopy. Summarize the variation of compacted subgrade soil macro-mechanical behavior and microstructure characteristics with the freeze-thaw cycles. Try to find relation between the compacted subgrade soil changes in the mechanical behavior and microstructure characteristics by means of mathematical techniques, solute the seasonal permafrost embankment disease from the fundamental, and control the quality of the subgrade soil to reduce the occurrence of disease.

季节性冻土区，冬冻春融常使道路发生严重病害，其中由于路基性能变化所引起的病害占大多数。压实路基土在经历冻融循环后，其力学行为会发生变化。土宏观力学行为的变化，其本质是土微观结构特征的改变。通过三轴压缩试验得到压实路基土经历不同次数冻融循环后的宏观力学行为变化规律，采用场发射扫描电镜获取压实路基土经历不同次数冻融循环后的微观结构特征变化规律，总结压实路基土宏观力学行为及微观结构特征随冻融循环次数的变化规律，并通过数学技术手段寻求压实路基土宏观力学行为变化和微观结构特征之间的关系，从根本上解决季节性冻土区路基病害发生的原因，控制路基土的质量，减少病害发生。

季节性冻土区，冬冻春融常使道路发生严重病害，其中由于路基性能变化所引起的病害占大多数。压实路基土在经历冻融循环后，其力学行为会发生变化。在季冻区选取几种不同塑性指数路基土，使其基本涵盖能直接用于路基建设而无需改良或加固的土。在室内对所选土样按最佳含水量及最佳含水量上下共3-5个不同含水量（模拟路基运营过程中的失水与补水情况）压实成最大压实度试件，并进行0-16次冻融循环之后进行静三轴试验。对试验结果进行统计分析，得到了冻融循环及含水量变化对不同塑性指数压实路基土宏观力学行为的影响规律。静三轴试验结果表明：冻融作用对不同塑性指数路基土的抗剪强度影响不大，随着冻融循环次数增加，粘聚力有下降趋势，内摩擦角小幅上升，弹性模量下降幅度较大，最低可降低60%左右；含水率越大，抗剪强度越低，粘聚力越低，弹性模量越低。由于路基土宏观力学行为的变化在本质上是土微观结构特征的改变，在经历冻融循环作用时，土颗粒中自由水在局部区域冻结、集聚，在冻结过程中的体积膨胀，会扰动整个土体结构，可能会造成土样内部颗粒的相对移动，小颗粒的粘结或大颗粒的破碎等，融化后冻结的冰转化为水体积减小，被撑大的孔隙失去支撑，可能会引起土颗粒骨架的局部塌落、变形，继续对土样的内部结构进行扰动。采用扫描电镜得到与宏观力学参数试验同条件路基土试件的微观结构形态图片，并进行统计分析，得到了不同塑性指数、不同含水量的压实土在经历不同冻融循环次数之后的微观结构参数特征。基于灰色关联法，研究了不同含水量、不同塑性指数的路基土在经历不同冻融循环后的微观结构形态的变化与宏观力学特性改变的本质联系。研究结果表明：冻融循环导致压实土粒径分维、孔径分维和颗粒定向性的改变对峰值强度和抗剪强度的影响最大；微观参数中平均丰度、粒径分维、颗粒定向性和孔径分维的改变对内摩擦角的影响较大；塑性指数越小，冻融循环作用导致微观参数的改变对宏观力学特性的影响越大。