高速公路黄土路基冻胀性试验分析柴帅停【摘要】季节冻土区高速公路修建必然面临着路基冻胀问题，威胁公路建设与运营安全。本文首先围绕高速公路黄土路基展开分析，探讨了黄土路基冻融循环机理，并围绕具体试验具体分析了高速公路黄土路基冻胀性。掌握黄土路基冻胀变化情况，可为高速公路施工中防冻胀加强措施与运营维护提供参考依据。【关键词】高速公路;黄土路基;冻融循环机理;冻胀性试验【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.22.1401、引言黄土在世界范围内分布较为广泛，约为世界陆地面积的10%左右。在我国，黄土分布面积可达44万km2，且在黄河中游所占面积约为27.3万km2。我国部分地区处于季节性冻土区域，同时也处于黄土地区，局部冻土区域受昼夜温差大因素的影响，导致黄土冻融循环作用影响加剧，不利于高速公路路基施工，对此本文针对高速公路黄土路基冻胀性试验展开分析。2、黄土路基冻融循环机理冻融循环的机理即为土体反复冻胀、融沉的过程。土体处于冻胀过程时，土体的部分水分遇冷凝结为固体，造成土体体积增长，相关研究表明冻结后的土体强度略微增强;而土体处于融沉过程时，土体中的冰晶逐步融化，反复的冻胀、融沉过程对土体的结构性造成了破坏，导致土体强度降低。因此，季节性冻土区域高速公路黄土路基施工面临较大的安全风险，路基土会因为冻胀、融沉的影响物理力学性能发生变化同时夏季较为充沛的雨水和冬季冻结的土体水分，都会诱发土体含水率增高的风险，从而导致路基土抗剪强度降低，造成路基不均匀沉降、路面开裂等災害的发生。对此，加强高速公路黄土路基冻胀性研究具有重要意义。3、高速公路黄土路基冻胀性试验方法3.1试验方案本次试验所用土样取自某高速公路项目，针对黄土冻胀特性开展试验，试验中主要变化因素包括环境温度与含水率。试验中的冻结环境温度设定了三个基准，分别为-10℃、-15℃、-20℃，试验土体含水率分别设置为14%、16%、18%。土体压实度设置为0.9，在土体的四周填充适量的保温棉，达到绝热效果。3.2试验步骤本次试验平坦黄土冻结情况，具体试验步骤如下：（1）制作模型箱、环境箱，两者之间充填保温棉，模拟一维冻胀状态，导热系数为0.03～0.035W/（m·K），相对土体导热系数设定范围为1.0～1.6W/（m·K），经监测保温棉导热系数是土体的2%～3.5%。（2）模型箱的底部，铺设一层厚度为5cm的中粗砂，模拟边界条件，以接近自然环境状态。（3）均匀拌和土分层，后填充至模型箱中，反复夯击至规定压实度。填土时，在指定位置安装温度传感器与土压力盒，填筑结束后添加一定量的水，静置土体3d，保证土体含水率均衡。（4）安装位移传感器。将土分层装至试验箱中静置，在适当位置加装位移监测设备（位移传感器）。因机电百分表接触土体的面积相对较小，为弱化刺入土体动作对测量结果的负面影响，确保测量数据准确，可在土体表层放置有机玻璃板，尺寸为100mm×100mm。在完成机电百分表的安装后，调试初始读数。（5）正式开始试验前，需将土样放置在指定位置静置8h以上，以保证土体含水率均衡。若最底层温度<6℃，表明冻结阶段结束。此时，需调试恒温液浴循环设备，将温度设置为正温，实现环境温度的快速回升。环境箱的温度到达20℃时，温度恒定，表明试验进入融化阶段。3.3试验数据采集当采集设备工作状态趋于稳定，即可开展试验内容。首先，启动环境箱的温度控制系统，将温度调试至对应温度水平。每间隔10min即采集一次数据，后对模型实施降温冻结处理，对采集的所有数据进行梳理与检查。若土体温度接近试验方案中的设计值，或试验持续时间达规定时间，则表明土体已经完成冻结。在土体融化阶段，需设置适宜的温度，模拟自然环境中土体的融化过程，采集数据，整理成文档。4、高速公路黄土路基冻胀性试验结果分析该工程单位对黄土路基段进行封闭处理，后开展下一维冻胀试验，测算出不同冻结环境温度、含水率条件下土体的温度变化、冻胀量及水平冻胀力。4.1土体温度场时空分布土体不同深度，降温趋势不同，可总结如下：冻结初期，不同深度的土体降温速率均较快;-0.4℃前后，各深度土体的降温速率曲线逐渐开始平行于横坐标中的平稳段;-0.4℃末段...