心墻相變礫質(zhì)土工程特性及寒區(qū)冬季施工防凍控溫研究

劉東海，戴懷建，鄭 涵

(天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300350)

1 研究背景

我國將要在高寒地區(qū)建設一批超高礫質(zhì)土心墻堆石壩，寒區(qū)心墻冬季施工面臨著土料凍結(jié)與融化問題[1-2]。負溫條件下心墻土料凍結(jié)強度高，造成壓實性能降低，碾壓遍數(shù)增加，影響工程進度；壓實后的心墻料經(jīng)凍融作用會誘發(fā)結(jié)構(gòu)破壞[3-4]。如兩河口礫質(zhì)土堆石壩心墻土料冬季施工時發(fā)現(xiàn)有凍結(jié)現(xiàn)象[5]，已經(jīng)填筑的心墻土料會經(jīng)歷1～5次凍融循環(huán)[6]；加拿大glacio-lacustrine土石壩經(jīng)過反復的濕干和凍融循環(huán)產(chǎn)生裂縫，導致強度和穩(wěn)定性下降[7]；美國的Twin Lakes壩在0.4 m深處發(fā)生凍結(jié)，土料出現(xiàn)裂縫[8]。當前，國內(nèi)外在路基、渠道等防凍脹方面已有較多的研究，主要通過隔熱保溫[9]、土質(zhì)改性[10]、防滲排水[11]及供熱裝置[12]等方法防止土體凍脹。目前常采用攤鋪保溫材料來防止心墻土料凍結(jié)，上述工程措施直接有效但保溫材料的收放過程施工干擾大，易造成有效施工時間短[5]。

近年來，相變材料(Phase Change Material，PCM)由于其相變儲放熱特性，已廣泛用于建筑物的墻壁[13]、地板[14]、玻璃窗[15]、天花板[16]和屋頂[17]等，以提高建筑物的熱舒適性。此外，PCM用于改善路基路面的凍融凍結(jié)，以減少季節(jié)性和晝夜循環(huán)期間路面溫升和溫降的影響[18]。如Mahedi等[19]證明了微膠囊PCM可有效改善路基土凍融作用；Kravchenko等[20-21]采用微膠囊PCM用于解決路面季節(jié)性凍結(jié)及融化的問題；Chen等[22]將粉煤灰和相變材料摻混到膨脹土中改善寒區(qū)膨脹土熱學性能，控制凍融循環(huán)破壞程度?！?br>