《表1 室内试验模型温控方案》

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《基于EPS颗粒保温垫层的季冻区渠道冻胀特性分析》

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现有的U型渠道混凝土强度一般为C15～C20，其在寒冷地区强度较低，难以达到稳定运行的要求，为模拟室外自然条件下渠道降温及升温冻融循环变化，在室内模型试验中提高了混凝土强度，选择C50，试验的渠道选择矩形薄壁结构，其在实际工程中使用寿命较长且稳定、便于安装，因此选择矩形渠道作为模型开展试验，其长度设置为2.5 m。EPS密度及导热系数均较小，在工程保温材料中被广泛应用。试验采用垫层厚度为20 cm的聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene简称EPS）轻质土作为保温材料，对比分析加保温材料及自然状态下对渠道冻胀破坏产生的影响。试验渠道所在的模型试验箱长度为4 m，宽为3 m，高为1.6 m，为了模拟自然条件下土体内水分单向及双向冻结，试验箱第一层至第三层分别为：直径为2 cm的铜管加热板、5 cm厚砂垫层、塑料补水管及无纺布，第四层为天然土壤或EPS。模型几何比尺为1∶4，温度比尺为1∶1，填土干密度控制为1.56 g/cm3，最大干密度为1.61 g/cm3，最优含水率为13.2%。EPS颗粒堆积密度为0.0291 g/cm3，直径为3 mm～6 mm。固化剂采用42.5普通硅酸盐水泥。同时还添加了一些外加剂，如丙乳和引气剂等。本试验在矩形渠下设置4种不同的垫层，分别为：不掺EPS颗粒轻质土、掺2%EPS轻质土、掺3%EPS轻质土、掺4%EPS轻质土。温度及位移传感器布置方式见图1～图2，为模拟自然情况实现模型土体的双向融化，并模拟冻结土体的下卧层温度，本文控制试验箱底板温度为8℃。为模拟自然情况下北方平均冻融期213 d，根据时间比尺，试验周期为13.75 d即330 h。室内试验过程中模型温控方案见表1，共分为4个温控阶段，从温度降低到土体开始冻结，此时地温变化较小，一般为1月和2月，至3中旬后温度升高至土体完全融化，模拟了土壤完整的冻融循环过程。