高铁基层级配碎石夹层的冻胀模型

董连成, 王昊玉

(黑龙江科技大学 建筑工程学院， 哈尔滨， 150022)

0 引 言

目前，我国的机场，高速铁路与高速公路都处在蓬勃发展时期。现有数据表明未来2～3 a内将有15条铁路网线建成，其中季节性冻土地区的高速铁路约为1×104km[1]。为有效防止路基冻胀破坏的产生，一般路基施工中都会填筑非冻胀性填料，并在其上层覆盖防渗水两布一膜复合土工布，其主要作用机理是防止地下水水分迁移逐渐形成破坏地基受力结构的冰透镜体，但是根据统计数据表明，季冻区高速铁路布设人工观测断面5 000余个，观测点20 000余个，观测到路基所有观测点均有冻胀变形[2]。铺盖复合土工布对于防止路基产生冻胀并没有显著的效果。

机场道路内部由于含水量很小且没有充足的地下水补给，李强等[3]提出锅盖效应的产生是由于气候原因导致土体内部形成温度梯度，在温度梯度作用下，非饱和土体中气态水向上部迁移，由于覆盖层阻碍了蒸发作用，气态水聚集在覆盖层下冷凝成冰。宋二祥等[4]通过对一维土柱的有限元分析，解释水分场与温度场对路基中气态水迁移的影响规律。滕继东等[5]数值分析了产生冻胀破坏的第二类锅盖效应，得出温度梯度下的气态水迁移并成冰会造成覆盖层下土体接近饱和含水率。罗汀等[6]指出锅盖效应需要满足两个因素，将充足的水汽补给称为锅盖效应产生的内因，将温差称为锅盖效应的外因。同时，现场实验也证明了锅盖效应的形成需要充足水分补给。……