摘 要

本文利用基本物理试验和静三轴试验研究了水泥掺入比对冻融水泥土基本物理性能和静力学特性的影响，利用GDS动三轴仪研究了水泥掺入比和振动频率对冻融水泥土动弹性模量和动阻尼比的影响，为人工冻结法施工提供参考依据。

水泥土比重随水泥掺入比的增加而略有增加，其液限几乎没有变化，塑限变化较大，水泥土塑性指数随水泥掺入比增加而减小。随水泥掺入比的增加，水泥土初始冻结温度逐渐降低。导热系数和比热容与水泥掺入比成反比，导温系数和水泥掺入比成正比。

当水泥掺入比较低时，主应力差-应变曲线呈应变硬化型，水泥掺入比较高时，主应力差-应变曲线呈应变软化型。其他条件相同情况下，水泥土强度随围压和水泥掺入比升高而增大。黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比增加而增加。

当循环荷载作用在试样上，应力-应变曲线成封闭的滞回圈。当振动频率相同时，随着水泥掺入比的增加，滞回曲线顶点连线斜率变大。在其他条件相同情况下，动弹性模量随着振动次数的增加而逐渐减小，随振动频率升高而增大，随水泥掺入比增大而增大。在其他条件相同情况下，动阻尼比随着振动次数的增加而逐渐增加，随振动频率升高而减小，随水泥掺入比增大而减小。

关键字：冻融水泥土；基本物理性能；静力特性；动力学特性；

Study on dynamic characteristics of freeze-thawing cement soil

ABSTRACT

In this paper, the basic physical and static triaxial tests are conducted to investigate the influence of cement-mixing ratio on the basic physical and static properties of freeze-thawing cement soil. The influence of cement-mixing ratio and vibration frequency on dynamic elastic modulus and dynamic damping ratio of freeze-thawing cement soil are studied by using GDS dynamic triaxial apparatus.

The specific gravity of cement soil increases slightly with the increase of cement-mixing ratio, but the liquid limit is almost no change,the plastic limit changes greatly, and the plasticity index of cement soil decreases with the increase of cement-mixing ratio. With the increase of cement-mixing ratio, the initial freezing temperature of cement soil decreases gradually. The thermal conductivity and specific heat capacity are inversely proportional to the cement-mixing ratio, and the thermal diffusivity is directly proportional to the cement mixing ratio.

When the cement-mixing ratio is low, the stress-strain curve of the principal stress is strain hardening. When the cement-mixing ratio is relatively high, the stress-strain curve is strain softening. Under the same conditions, the strength of cement soil increases with the increase of confining pressure and cement-mixing ratio. The cohesion and the angle of internal friction increase with the increase of cement-mixing ratio.

When the cyclic load acts on the specimen, the stress-strain curve becomes a closed hysteresis loop. When the vibration frequency is the same, with the increase of cement-mixing ratio, the slope of the connection line of the hysteresis curve becomes larger. Under the same conditions, the dynamic modulus of elasticity decreases gradually with the increase of the number of vibration,increases with the increase of vibration frequency and the increase of cement-mixing ratio. Under the same conditions, the dynamic damping ratio increases with the increase of the number of vibration, decreases with the increase of vibration frequency and the increase of cement-mixing ratio.

Key words：freeze-thawing cement soil；basic physical property；static characteristics；dynamic characteristics

目 录

1绪论 2

1.1 研究背景 2

1.2国内外研究现状 2

1.2.1人工冻融土的物理力学特性的研究现状 2

1.2.2地铁动荷载的研究现状 2

1.2.3水泥土物理力学性能的研究现状 2

1.3目前研究中存在的问题 2

1.4研究内容 2

1.5研究方法与技术路线 2

2 冻融水泥土物理力学试验研究 2

2.1水泥土制样 2

2.1.1试验试样 2

2.1.2制样 2

2.2水泥土基本物理力学性能试验方法与步骤 2

2.2.1比重试验 2

2.2.2液塑限试验 2

2.2.3起始冻结温度试验 2

2.2.4热物理参数试验 2

2.3标准应力路径静三轴试验方法与步骤 2

2.3.1静三轴试验原理 2

2.3.2操作步骤 2

2.4水泥土动力特性试验方法与步骤 2

2.4.1动三轴试验原理 2

2.4.2试验仪器 2

2.4.3动三轴试验操作步骤 2

2.5试验规划 2

2.6本章小结 2

3 冻融水泥土物理力学性质分析 2

3.1比重试验结果分析 2

3.2液塑限试验结果分析 2

3.3初始冻结温度试验结果分析 2

3.3.1冻结过程 2

3.3.2水泥掺入比与初始冻结温度的关系 2

3.4热物理参数试验结果分析 2

3.5本章小结 2

4 三轴试验结果与分析 2

4.1静力试验结果与分析 2

4.4.1应力-应变关系 2

4.1.2抗剪强度指标 2

4.2动三轴试验结果与分析 2

4.2.1动应力-应变关系 2

4.2.2不同因素对水泥土动弹性模量的影响 2

4.2.3不同因素对水泥土阻尼比的影响 2

4.3本章小结 2

5 总结与展望 2

5.1总结 2

5.2展望 2

致谢 2

参考文献 2

1 绪论

1.1研究背景

近年来城市化速度加快，城市人口激增，交通拥堵对人们出行造成较大影响，人们迫切需要速度快、安全性高、运行顺畅不拥堵的交通工具。地铁的出现满足了人们的这一需求，有效避免了因交通拥堵造成的经济损失。我国作为人口大国，发展城市轨道交通势在必行，有数据显示，截止2016年中，我国有40个城市在发展轨道交通，合计约有4602公里在建线路，其中地铁3424公里，占74.4%（见图1-1），且快速建设势头仍在持续。长江三角洲地区城市市区范围内的软土地层分布面积大且厚度不均，物理力学性质参差不一，地质环境较为敏感和脆弱。这种土层会给地铁盾构法施工带来更高的风险，人工冻结法的出现很好地解决了这个问题。

图1-1 城轨交通各制式占比