文摘

针对开裂现象的风成sand-modified土路基通辽市内蒙古东部地区附近的一个实际项目,中国东北,原位测试。温度补偿光纤布喇格光栅(FBG)应变传感器和湿度传感器嵌入到测试路基监测和观察温度之间的关系,水分,路基的变形对在这样一个寒冷地区气候条件的变化。核心问题的路基土变形和对项目的影响,两个气候条件,即温度和降雨量,作为外部因素,而路基土壤的温度和湿度作为内部因素控制路基的变形和破坏土壤。测试路基监测数据的相关分析表明,路基土壤水分是弱受环境条件的影响。路基土壤温度是独立于降雨,但空气温度变化显著相关(相关系数从0.6301到0.8926不等)。有限的边界条件的路基,路基土壤温度的变化的反应在空气温度变化逐渐削弱了肤浅的表面深度的零件和滞后的路基土壤温度变化相对于空气温度变化更加明显。监控数据的相关分析路基土的变形、土壤温度和土壤湿度显示路基土壤水分与路基土壤温度有弱相关。路基土变形是独立于土壤水分但强烈与路基土壤温度有关。因此,应变测试路基可能反映了路基变形的温度变形。路基表层土壤的温度变形明显大于土壤的深度。

1。介绍

风积沙,也被称为沙漠里的沙子,风积沙,和沙丘砂,砂形成,携带和存放。总面积的沙漠、戈壁沙漠和沙漠化土地在中国是153.3万公里²,包括干旱地区的新疆、甘肃、青海、宁夏、内蒙古西部,以及内蒙古东部的半干旱地区,陕西北部,辽宁、吉林、黑龙江西部。夏天是炎热的,冬天是寒冷的,在这些位置有最小的降水。年度和日常温度差异均显著,与年平均温差从30到40°C (1]。逐步实现中国带和道路的倡议和改善在中国国内的交通基础设施,更多的公路和铁路将最终通过荒漠化区域温差大。

在寒冷和干旱的沙漠地区,砾石公路、铁路建设供应是有限的。风积沙的使用,这是丰富的,便宜,而且容易收集,正在探索的道路建筑材料。然而,自然的风积沙承载力低、抗剪强度低、均匀的颗粒级配差,缺乏凝聚力,高孔隙度、高渗透率系数,noncollapsibility,低塑性、低含水量等特性。自然的风成砂必须修改生成土壤风蚀sand-modified之前被用于实际的高档线工程。风成sand-modified土壤,也称风成sand-ameliorated / sand-treated / sand-improved土壤或风成sand-stabilized土壤,是一种混合材料具有稳定的特性实现了通过添加修饰符到自然的风积沙。水泥是第一个修改用于提高风成砂质土的压缩和剪切强度2]。目前,大量的研究一直在进行材料的准备cement-modified(稳定)风积沙(包括填充砂级配)(3)的水泥含量(8% - -25%)4)、水灰比和养护时间2,4,5];全面的修改方案(6),力学性能(包括抗压强度(2- - - - - -5,7- - - - - -10),加州承载比(CBR)特点7),抗剪强度(8,11- - - - - -13];抗拉强度(3,10)、最大干密度和最优含水率(5,7,8]);性能测试方法(如比较压实方法(14]);和道路施工技术(15]。这些研究表明,完全固化后,风成sand-modified土的压缩和剪切强度与适当比例的水泥混合可能会大大增强,满足路基工程标准。研究结果提供科学支持的工程应用风成sand-modified土壤。

表面的高铁路路基土壤风蚀sand-modified Ke 'erqin在建区,内蒙古,发现展览横向裂缝显著低的温度。这个案例表明温度变形的严重性疾病项目,建立了风成sand-modified土路基[16]。一系列物理力学参数的修改应考虑风成砂质土路基在寒冷和干旱地区:热诱导土壤变形、空气和土壤之间的热对流,内部热传导的土壤,土壤内部的温度场和应力场耦合相互作用,土壤饱和程度、土壤介质和土壤微结构。广泛的研究了热诱导土壤变形。根据热力学的理论框架和基于土壤结构、土壤介质之间的相互作用引起的温度变化被认为是(17),和一个thermo-hydro-mechanical耦合模型,建立了土壤[18]。研究的冷却和收缩变形规律作风成sand-modified负温度环境中土壤发现显著收缩(18,19]。实验室调查显示,温度越低,较低的比热容和热导率越高的cement-modified(稳定)土壤样本。在适当的条件下,风积沙、水泥、粘土可以帮助减少改良土壤的温度敏感性16,20.,21]。

现有风成sand-modified土壤的温度变形的研究主要集中在理论分析和实验室土壤样品测试;然而,没有风成sand-modified路基变形的原位测试在自然环境中。风成sand-modified土壤的物理力学参数不同于那些真正的土壤由于样本量的限制;小样本测试不能反映内部温度变形的差异由于空间差异内部热传导过程中土壤温度。为了解决这些问题,一个大型原位测试路基旁装满土壤风蚀sand-modification建于Tongliao-Xinmin铁路项目在寒冷的北部区域在这项研究中。路基内的监测传感器的安排是创新发展,几种类型的传感器配对在附近地区。这项研究中,首次实现了多参数远程和自主监测土壤水分、温度和变形的土壤风蚀sand-modified道路路基构造在寒冷的气候环境。本文讨论的时间和空间变化的温度和变形的风成sand-modified土路基在寒冷地区基于测量数据。此外,它提供了一个科学依据疾病控制温度等地区风成sand-modified土路基基于实地测试。

2。材料和方法

2.1。地理位置的测试网站

测试网站位于柯'erqin,内蒙古,中国(图1)。风成sand-modified土路基的变形特性在寒冷地区显著的温度变化进行了研究依赖于Tongliao-Xinmin在建高速铁路项目。

测试地点位于柯'erqin沙地,在通辽市城市在西辽河中下游的内蒙古东部。界大兴安山脉西北部和北部Hebei-Liaoxi山脉和丘陵在南方,高在西部,北部,南部,东部低,在中间,Ke 'erqin沙地形成地形打开东边的三角地带,120 - 1500米的海拔范围(20.]。Ke 'erqin沙地曾经是Ke 'erqin草原与华丽的水生植物,因为西辽河和古希腊Mulun河流流经该地区从西到东。由于开放的晚清荒地的开垦和一段时间的土地复垦在早期的中华人民共和国的成立,膈下的砂土层'erqin草原逐渐变成沙漠化了。特别是近年来,超载放牧和人类活动的增加,再加上干燥的气候,使得部分这一次美丽的草原发展成中国最大的沙地(21]。土壤风蚀sand-modified由当地自然风积沙Tongliao-Xinmin高速铁路路基的填料是最经济、合理选择Ke 'erqin桑迪铁路的建设。

Tongliao-Xinmin高速铁路总长度197公里,设计时速250公里/小时。铁路离开通辽市站,经过Kezuohou横幅和长吴县,辽宁省,连接到新民北站的京沈高速铁路(图1)。穿越内蒙古和辽宁两省,是内蒙古第一条高速铁路连接到全国计划“八水平和八个垂直”高速铁路网络。这是通辽市城市具有重要意义,进一步融入渤海沿岸,辽宁南部,中部和东北经济区,以及京津冀一体化和促进经济发展22]。

2.2。气候条件的测试网站

Ke 'erqin沙地,试验场地所在地,有温带半干旱大陆性季风气候,温度变化导致了自然温度Tongliao-Xinminhigh-speed铁路路基上的负载。柯'erqin沙地冬天又冷又长,在春季多风干燥,夏天炎热多雨,秋天凉爽和短(23]。这个地区的年降水量在200 - 650毫米,其中70%的降水主要集中在6月到8月期间。一年一度的蒸发在1600 - 2400毫米的范围,主要集中在4月到9月,这是高于78%的年度蒸发;多年平均相对湿度为55% (23,24]。温暖的低压的影响下在太平洋和蒙古冷高压,西北风能和北风在冬季和春季,夏季盛行东南风。年平均风速为3.5米/秒,最大风速为21.7米/秒,和经常刮风天到达的数量大约30天(23,25]。上面的年日照时间是2800小时,年平均无霜期140 - 150天(24,25]。年平均气温为6.6°C,极端最高气温36.48°C,和极端最低气温−27.64°C。土壤的温差在1厘米低于地面的深度可以达到30°C以上日夜之间。沙子的最大冻结深度是205厘米26,27]。

2.3。材料和参数

测试使用的风积沙路基是来自同一地区的Tongliao-Xinmin北部铁路项目。它主要包含石英和少量斜长石和钾长石。最大的干密度为1.863克/厘米³,土壤颗粒的比重是2.685,不均匀系数C_u2.1 < 5,和曲率系数C_c0.92 < 1,表明粒子是合理统一的,有一个贫穷的等级(20.]。风积沙修饰符是与普通硅酸盐水泥和粘土准备的。硅酸盐水泥的强度等级范围42.5和一个初始设置时间为117分钟。粘土平均含水率为8.8%,塑性指数10.19,液体指数−0.59。风成sand-modified土的最大干密度和10%与5%水泥粘土为1.87克/厘米³,最好的含水量是11.5%,基于实验室实验。无侧限抗压强度和分裂标准试样的抗拉强度分别为0.7479和0.0398 MPa,分别经过七天的养护(16]。线性膨胀系数是12.15十⁻⁶/°C (21]。

2.4。计划测试的路基

测试路基之间建成并平行于Tongliao-Xinmin高速铁路和现有铁路(图2),总长度150米。这是分为五个相等的路基部分用五种不同的改性材料建造的。路基的底宽15米,宽7米,顶部和高度是4米。本文讨论气候的温度和变形的影响的路基土壤风蚀sand-modified基于只测试路基部分的测试数据1。风成的质量比sand-modified土壤物质用于测试路基段的路基1如下:水泥混合比例- 5%,粘土混合比例——10%,风成砂混合比例- 85%。

测试路基填料混合站位于约10公里,和材料运输时间还不到20分钟。抽水井提供了材料的混合和路基水混合站附近的维护和测试部分。混合站可以根据温度调节水分含量在整个材料混合操作。混合水分含量分别为11.5%,12.5%,和13.5%的温度范围20 - 25、25 - 30,分别和- 35°C。八个倾倒式运输车辆(26.5米³/车辆)是用来填补路基。最大化的管理水,运输车辆的顶部覆盖着浅色的土工织物在运送物资。包装后被带到倾倒位置,包装完成后及时的摊铺和碾压,推土机、压路机和用于连续摊铺和碾压。浅色的土工织物后被覆盖滚动,避免水分(图2)。之间的时间开始的物质运输和完成路基压实不应该超过117分钟;也就是说,压实水泥初凝前必须完成。因为之前的横向裂缝提出了路基表面材料和辅助设施设置,实验段的路基表面材料和实际操作路基是不一样的。

路基填:填充和压实试验进行了按照铁路路基的施工代码(10202 - 2002年结核病)[28]。铺设方法结合分层充填,振动压实,静态压缩是基于假设压实度不小于92%,七天的无侧限抗压强度不小于0.25 MPa。在每一层的厚度分层35厘米(压实厚度30厘米和放松系数1.16),最优含水量为11.5%,和有六个压缩周期(静压1⟶弱振动1时间⟶强振动2 *⟶弱振动1⟶静压1时间)。22的组合t和18 t辊使用;第一个进行了静态压缩和振动压实的22个t辊,最后静态压缩和振动压实是由18 t辊。行之间的纵向辊轨道重叠大于40厘米,纵向搭接长度大于2米,和上下错缝的层是大于3米。大辊不能使用在1米的范围内的路基边坡;因此,使用小的振动夯压实。当一层填充合格在初凝前下一个填充层,不需要额外的照顾。如果下一层摊铺不是在初凝前完成由于传感器埋置或其他原因,土工布洒水喷头的维护必须在7天内完成。

2.5。传感器和布局

一个适当的温度补偿光纤光栅应变传感器的数量(mark图形▲TS代码,用于温度和变形监测),普通光纤光栅应变传感器(mark图形△代码,用于土壤变形监测)[32],和插件探测土壤水分传感器(mark图形○W代码,用于土壤水分监测)是嵌入测试路基。这样做是为了监控温度的空间分布、变形、土壤和水分测试路基在寒冷的气候环境下,考虑到传感器空间分布和成本(图3)。传感器嵌入在同一时间作为路基填料。传感器和电线被挖了一个嵌在定位层0.2米深沟在填料填充每个定位层(F1-F5) 0.2米以上。铺平道路的下一层之前,海沟与风成sand-modified回填土前初始设置和压实。

所有的传感器都嵌入在空间的监测节点测试路基由三个垂直平面的交集的长轴垂直于路基(缩写为横截面H1, H2, H3的NW SE),五个横向飞机(缩写为水平飞机F1-F5从下到上),和七个垂直纵向平面平行于长轴的路基(缩写为纵向部分L1-L7从东北到西南)(图4)。的长轴变形传感器嵌入到路基土壤的长轴一致测试路基,路基土的变形测量的传感器是路基的变形沿长轴。

使用字母和阿拉伯数字标记的组合传感器监测节点的路基,H对应于横截面,第一个字母和数字1到3代表H1-H3横截面,分别。第二个字母F对应于水平面,和1 - 5的数字代表水平飞机F1-F5,分别。第三个字母L对应于纵切片,和1到7的数字对应于纵向部分L1地级,分别。例如,节点数量H2-F3-L4代表节点截面H2,水平面F3,纵切面L4相交。此外,路基中的每个传感器被分配一个惟一的编号:节点编号+传感器类型代码,例如,H1-F2-L3-TS数量表示的温度补偿光纤光栅应变传感器的嵌入式监控节点“H1-F2-L3”(之间的交叉截面H1,水平面F2,和纵切面L3)。

测试路基的传感器连接到调制解调器通过信号电缆和数据采集设备,以及水分、温度和应变数据自动收集并通过无线网络上传至云平台。因此,监测数据远程采集和不间断。

3所示。监测结果

传感器嵌入到冬天的路基监测数据产生跨越从2017年12月到2018年4月。研究区域的空气温度和降雨量数据相同的监测期间获得中国国家气象局的网站。

3.1。时间和空间的变化气候条件下的土壤水分

图5显示在监控期间,土壤水分的F5层路基相对较高,土壤水分变化在H2-F5-L6-W 12.1% - -12.7%的范围内气温和降雨量的影响下,土壤水分变化曲线相对直接。然而,土壤水分在H1-F5-L2-W明显下降的曲线在2月5日,2018年。推测这一现象的原因是土壤的开裂和扩展,使低温空气进入和水冻结,因此产生的土壤湿度的下降。土壤中的水分层F1, F2, F3是主要在4% - -6%的范围在-平均空气温度。当平均气温上升到积极(−2°C在2018年3月12日,3°C 3月13日,2018),土壤水分在F1, F2和F3层增加,F1和F2显著增加,增加了约5%,而层F3的增加土壤水分相对较小,大约增长了2%。2018年2月26日,每日降雨量为5.4毫米;然而,每一层的水分路基没有显著变化由于降雨,表明路基土壤的水分略小的降雨在寒冷和干旱地区的影响。

3.2。时间和空间的变化气候条件下的土壤温度

从顶部的距离测试路基表面F5和F4层20 - 50厘米,分别。图6表明,土壤温度曲线的三个传感器在F5层更一致和有更好的与空气温度变化同步,而土壤温度曲线的F4层略滞后于空气温度变化,特别是当空气温度变化从消极到积极的。土壤的温度附近路基顶部的响应更加迅速和敏感的变化空气温度。

上表面的距离测试路基的F2层是200厘米。图7表明,土壤温度的F2层路基处于负温度,当温度上升到正数。之间有一个明显的滞后效应的时间温度最低的路基土壤和空气温度最低的时候。

图8表明,接近表面的路基,越大的影响空气温度对土壤温度和土壤温度变化的范围就越大。当空气温度变化的范围−22.5 -18°C,传感器H1-F5-L1-TS, H1-F4-L7-TS,和H1-F2-L3-TS记录的土壤温度变化范围11.2−-9.7°C, 10 - 9.8°C,−−9.3−1.3°C,分别和土壤温度最低的时候落后2的最低气温,15日分别和38天。这表明浅监控节点,更敏感的土壤温度的空气温度变化。具体表现如下:在冷却过程中,浅的土壤温度节点冷却快,和最低温度低于深节点。在加热过程中,浅的土壤温度节点上升更快,和节点的最高温度相对较高。基于数据6- - - - - -8,可以看出,从表面到内部,从浅到深,内部测试路基的土壤温度分布是不均匀的,在寒冷的气候条件下随时间不同。

(图建立的关系9)的基础上延迟几天的最低土壤温度相对于最低空气温度和埋深(监测节点之间的距离和路基顶面)的监测传感器(表1)。

图9表明远离路基顶面,滞后效应越明显的土壤温度相对于最低的最低气温。之间的关系延迟天(Y)和传感器的埋深(X)是对数曲线拟合,对数曲线的方程Y= 15.71·ln (X)+ 26.76,R²= 0.99。

3.3。时间和空间变化的土壤气候条件下变形

改良土壤的小变形的单位记录的应变传感器微应变(με)。积极应变读数表明张力下的应变传感器,即土壤传感器的嵌入式扩展或延伸。相反,消极应变阅读表明压缩应变传感器,即土壤传感器的位置已经缩水了。

土压力变化曲线如图10表明在F5层土壤的压力远远大于在F2层。土压力变化在F2层−73.8至214.8με在监测期间;然而,土壤应变变化F5层是−889.5到694.9με。的趋势在同一层土压力变化是相同的,和不同土壤在不同位置在同一层应变很小,但明显不同的层。

图11表明土壤的变化趋势和大小应变在每一层路基同一气候条件下不同。正极和负极土壤菌株在F3, F4,路基的F5层大于F1和F2层。土壤最大应变的绝对值在F1和F2层不超过300με,但这些在F3、F4和F5层大于600με。土壤-空气温度,期间株F3, F4,和F5层都是负面的,而土壤应变关系是F5 > F4 > F3。期间积极的空气温度,土壤菌株在F3, F4,和F5层是积极的,和土压力的关系是一样的,F5 > F4 > F3。土壤变形监测结果表明,在消极的空气温度,土壤在F3, F4, F5层表现出收缩变形,都有拉伸变形期间积极的空气温度。然而,应变的这三个层次是不同的,即使他们是在相同的空气温度。接近顶部的路基表面的负应变越大土壤低温和高温时的积极应变,应变变化的振幅越大,土壤的更加明显和敏感响应压力空气温度。

土壤的反应应变测试路基不同位置的相同的空气温度具有显著的时间和空间差异,导致土壤的不均匀分布在路基变形,开裂的根本原因在路基土壤。根据一项研究,开裂和变形的临界拉伸应变路基的顶面是600με(29日]。因此,基于路基变形监测数据的结果,下面的文章的部分将重点分析影响土壤在路基变形和开裂的因素层F3, F4, F5。

4所示。路基土变形影响因素的相关分析

土壤水分的变化过程,温度,和静态路基变形随时间的变化可以归因于外部环境条件下,空气温度和降雨量。空气温度和降雨量的变化直接导致路基土壤的温度和湿度的变化。路基土壤的温度的变化进一步导致土壤变形和土壤水分的变化,和土壤水分变化对土壤的影响变形应评估。

土壤水分的变化、温度、变形、温度和空气构成四种类型的数据系列。相关性分析方法用于探索的影响空气温度对土壤温度、湿度和压力确定的主要外部影响因素导致土壤变形和裂纹的形成。的值之间的相关系数的变化空气温度和土壤温度的变化,确定和土壤湿度,以及土壤温度的变化之间的相关系数,土壤湿度和土壤压力,判断强度的相关性。如果相关性强,影响将是巨大的,反之亦然,影响不大。相关分析方法如下:

假设有两个数据系列:X= {x_我},Y= {y_我},我= 1、2、3、…n可以表示为,他们的平均值

相关系数r_xy两个数据系列的计算使用以下公式:

相关系数的值范围是−1≤r_xy≤+ 1,r_xy< 0表明X是负相关Y;r_xy> 0表明X和Y有关;和r_xy= 0意味着X和Y是无关紧要的30.,31日]。|越大r_xy|值之间的关系越强X和Y。相关系数|r_xy|推荐的分类比较的相关程度关系被称为小勇和邵风扇(32,33),表中列出2。以下相关强度的定性描述遵循建议的解释r_xy:0.0 - -0.2:无关紧要;0.2 - -0.4:弱相关;0.4 - -0.6:中度相关;0.6 - -0.8:强烈的相关性;0.8 - -1.0:很强的相关性,虽然其他的解释了34- - - - - -36]。

4.1。之间的相关分析路基土变形的内部因素和外部因素

裂纹形成和变形过程的土壤,内部因素是直接影响因素,而外部因素间接影响土壤变形影响的内部因素。之间的相关分析外部因素(空气温度和降雨量)和内部因素(土壤温度和土壤湿度)产生变形和裂纹的路基土壤应该进行。

表3表明之间的相关系数在F5层土壤温度和空气温度大于0.8,代表一个很强的相关性;的值之间的相关系数在F4层土壤温度和气温在0.6和0.8之间,代表很强的相关性,而土壤温度之间的相关系数在F5和F4层和降雨量小于0.2,代表一个无关的结果。相关分析结果表明,路基土壤温度的变化明显受气温变化的影响,不考虑降雨。空气温度的变化的主要原因是路基土壤温度的变化。

表4相关分析结果显示土壤水分的变化由湿度传感器监控F3和F5层和降雨记录图5。结果表明:路基土壤湿度和降水之间的相关系数都小于0.2,代表一个无关的结果。这表明很少降雨在寒冷和干旱地区不能显著影响路基土壤水分的变化,特别是当路基土壤的水分含量很低。

4.2。相关分析路基土的变形和内部之间的直接影响因素

上面的相关分析表明,气温变化显著影响路基土壤温度的变化和降雨的影响在路基土壤水分是微不足道的。之间的相关分析路基土变形和内部直接影响因素(土壤温度和土壤湿度)如下介绍。

(1)土壤温度和土壤湿度之间的相关分析路基。表5的相关性分析结果显示土壤水分的F5和F3层路基在图5和土壤温度的F5和F4层路基在图6。从F3的F5层路基,土壤水分的变化之间的相关系数和土壤温度的变化主要是小于0.4,表明土壤水分的变化是弱相关的土壤温度的变化。当土壤含水量的上部寒冷和干旱地区低路基,路基的土壤温度的变化有一个弱对含水率的影响。

(2)土壤变形之间的相关分析和路基土壤水分。表6显示了土壤水分的相关分析结果记录的两个湿度传感器放置在路基的F5层横截面1和2和土壤应变变化记录的两个压力传感器放置在湿度传感器。从表6,可以发现,应变变化之间的相关系数在不同位置的土壤在F5层和土壤的水分变化在关闭位置大多低于0.2,这是无关紧要的。因此,可以认为,路基土的应变变化是独立于土壤水分的变化。

(3)相关分析之间的土路基的变形和土壤温度。表7之间的相关性分析结果显示土壤温度变化在路基温度传感器记录的F5和F4层和土壤应变变化记录的应变传感器在不同的位置在同一层。表7表明土壤温度变化之间的相关系数的F5和F4层路基土壤和应变变化在不同的位置在同一层大于0.8,代表一个非常强烈的相关性。因此,确定路基土壤的温度变化的关键因素导致路基土的变形和开裂。

结合表中列出的结果4和5土路基的应变变化发现,独立的土壤湿度和强烈的变化与土壤温度变化,证明路基土壤温度和土壤湿度是弱相关的间接。结果列在表中5表明这两个因素,土壤温度变化和土壤水分变化,影响路基土的变形是相互独立的,土压力主要受土壤温度的影响。空气温度变化(外部因素)转化为土壤通过土壤热传导,温度变化和土壤温度变化(内部因素)是导致土壤应变变化的直接因素。

上述研究表明,土壤测试路基变形监测期间的温度变形。

4.3。时间和空间变化规律路基土壤的温度变形

平均株的F5和F4层路基的应变监测数据可以计算出五个传感器位于F5层和三个传感器位于F4层(图12)。

从F5的平均应变之间的关系和F4层和空气温度图12,两个统计图的平均应变F4和F5层空气温度的函数,和数据趋势是线性拟合,如图13和14。

数据13和14表明土壤在不同位置的应变水平下(同一深度)路基内不同相同的空气温度,但土壤的平均应变是线性相关的空气温度。当空气温度下降从0°C−24°C,土壤的应变显示负值和线性下降的趋势,表明路基土继续收缩和变形随着气温下降。当空气温度上升从0°C到18和24°C,土壤的负面压力减少,和积极的应变逐渐增加,这表明路基土壤的收缩和变形继续减少,变成扩张和变形在空气温度的上升。平均应变之间的关系的拟合方程的F4和F5层路基和空气温度变化ε₄= 32.60 ?T-54.83 (R²= 0.72)和ε₅= 26.11 ?T-195.82 (R²分别为= 0.84)。空气温度对应于600年的临界拉伸应变με土壤的F4和F5层路基−16.72°C和−15.47°C,分别。拟合直线方程的斜率是变化的速率与土壤温度、土壤中的应变,改良土壤的热膨胀系数从现场试验获得。F4的热膨胀系数和F5路基层32.6×10⁻⁶和26.11×10⁻⁶/°C,分别与线膨胀系数不同的土壤风蚀sand-modified测量实验室21),或许是由于不同大小和边界。测试膨胀系数的线性膨胀系数样本沿着长轴带,和样品的尺寸用于测量室内热膨胀系数只有10毫米×10毫米×50毫米。然而,周围的土壤的边界影响改性土的变形在大规模现场路基试验,可以更好地反映实际情况。

的嵌入深度传感器的距离基准面以下路基的上表面。例如,传感器在F5层的埋深0.2米的路基的上表面;因此,其隐藏的深度为0.2米,是其他四层的埋藏深度传感器(图4 (b))。埋深之间的关系的平均应变传感器和土壤可以通过计算获得的平均应变的绝对值土壤在不同层,如图15。

图15表明土路基的变形并不减少单调的埋深增加传感器,但首先增加然后减少传感器。多项式拟合方程对路基土的平均应变之间的关系(ε)和传感器的埋深(X)是ε= 427.66−245.47·X+ 40.02。X²(R²= 0.94),这表明路基土的应变在不同深度是不同的。越近,对路基顶面,路基土壤的温度变形越大。基于现场监测数据,风成sand-modified土路基被发现在低温收缩,和土壤的收缩应变在低温下不同深度的分布存在显著差异。路基表面的压力超过了临界值的路基开裂应变;然而,路基的底部附近的应变低于临界值。土壤表面的风成sand-modified道路路基断裂在寒冷地区低温收缩的过程和粗糙表面和内部萎缩。值得注意的是,底部的平均应变的路基大于土壤之上,这可能是由于热膨胀和收缩的网站底部的路基。因为路基的试验部分是建立在一个非刚性的网站,虽然是清洗和前滚铺平了测试部分,非刚性的网站仍然会变形在寒冷气候,影响测试的变形部分的底部。冬天现场调查(2017年12月27日)透露,周围的地面测试路基的地方是位于地面裂缝几乎垂直于路基的方向,和地面裂缝穿透了路基图16;freeze-shrinkage变形的地方测试路基位于有着不可忽视的影响底部的路基土压力。

5。结论

基于裂缝诱导风成sand-modified土路基,这项研究被认为是高速铁路路基工程在建在寒冷地区建立一个大型原位土壤风蚀sand-modified路基研究时间和空间变化的温度和变形的路基内部风成sand-modified土壤。土壤温度的变化、水分和应变的路基的影响下这个寒冷地区的气候条件监控使用光纤布喇格光栅(FBG)应变传感器嵌入到路基。相关性分析方法用于分析监测数据之间的相关性(土壤温度、水分和应变)和气候条件(气温和降水),探索之间的关系的内部和外部因素导致路基土变形,并确定主要影响因素,导致路基土变形和裂纹。从研究中可以得出以下结论:(1)土壤水分的变化在风成sand-modified土路基的变形影响很小改良土路基,路基土的应变变化是独立于土壤水分的变化。在风成sand-modified土路基土壤含水量相对较低,很少降雨在寒冷和干旱地区有弱影响路基土壤含水量的变化。(2)路基土变形的直接原因low-air-temperature环境中被发现在路基土壤温度变化,以及路基土壤温度的变化是由于空气温度的变化。路基边界控制了路基内的土壤温度的空间分布不均匀,导致热引起的土壤温度的显著差异。风成sand-modified土路基表面的断裂在寒冷地区低温收缩的过程和粗糙表面和内部萎缩。变化的内部变形改良土路基有很强的相关性与路基土壤的温度变化。路基土的反应温度的空气温度表现出滞后的影响。从路基表面越远,滞后效应越明显。(3)风成sand-modified土路基的变形是线性相关的空气温度变化。引起路基土壤-空气温度收缩和变形。土壤的收缩和变形量增加与减少消极的空气温度。从消极到积极空气温度变化,土壤的负面压力逐渐降低,把积极的。路基土的变形量先下降然后传感器埋深的增加而增加。网站基础的温度变形有显著影响土壤底部的路基。

与风成sand-modified土路基现场试验,土壤温度场和应变场的路基的影响下空气温度是直观地使用一个温度补偿光纤传感器监测。得到了一些有价值的数据,一些法律基于现场试验数据确定。然而,仍然存在缺点在测试;例如,传感器的数量是不够的,而土壤变形测量只在一个方向上。在未来,增加监视点的数量和执行路基土的变形监测三个正交方向可以帮助获得一个更深入和全面的了解路基土壤的温度变形。

数据可用性

现场试验数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有关于这篇文章的出版的利益冲突。

确认

这项工作是支持的特殊创新团队项目中央高校基本科研业务费用(批准号ZY20180106)。作者感谢MJEditor (http://www.mjeditor.com)的语言帮助在准备这个手稿。