摘要
随着服役期延长和长大编组超大轴重列车的运营，季节性冻土区重载铁路路基由于冻胀融沉引起的病害已趋于常态化，导致轨道的平顺性降低，影响重载铁路运量提升，耗费大量维修养护费用。本文以季冻区重载铁路路基填料为研究对象，通过室内模型试验，引入粒子图像测速(ParticleImageVelocimetry,PIV)技术，模拟开放补水条件下路基填料的7次冻融循环试验，研究7次冻融循环作用下路基填料的冻胀融沉特性。结合扫描电镜与压汞试验，对冻融循环试验前后试样的微观结构进行定性和定量研究，深入探究路基填料的宏观变形与微观结构演化规律的内在联系，旨在揭示路基填料的冻胀融沉变形演化机理，为冻土区路基的病害治理提供理论依据和数据支撑。本文的主要工作和结论如下: (1)根据基本物性指标，该路基填料为低液限粉土。对试验采用的温度和水分传感器进行了标定。经标定后，温度传感器平均测温误差与最大测温误差分别为0.03℃与0.06℃。采用Lagrange插值法有效降低了水分传感器的测量误差，与烘干法相比，绝对误差平均值为0.56％,相对误差平均值为0.43％。 (2)在开放补水条件下，通过7次冻融循环作用下路基填料的冻融循环试验可知，试样的温度、含水率和整体变形量随时间呈现周期性变化，经过4次冻融循环后趋于稳定;温度变化显著影响试样的变形特征，水分迁移和冰水相变是导致土体变形的主要根源。 (3)通过可视化变形追踪结果表明，首次冻结过程中，试样内部出现压缩变形，在7次冻结过程中，膨胀和压缩的分界线为冻结锋面的上方，该处应变值最大，试样整体呈现膨胀变形。在7次融化过程中，首先，试样顶部发生膨胀变形，整体呈现膨胀变形;第1次融化过程后，试样的顶端和底端并未发生变形，整体呈现压缩变形。 (4)在7次冻融循环过程中，土中水分发生反复相变和迁移，土中孔隙也随之不断调整和变化。土体间的作用力产生变化，土骨架发生重组;土中孔隙由小孔隙转化为中大孔隙，孔径明显增大，孔隙轮廓线更为简单，土体结构性发生改变，土体最终呈现膨胀变形。
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