心墻相變礫質土工程特性及寒區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建設一批超高礫質土心墻堆石壩，寒區心墻冬季施工面臨著土料凍結與融化問題[1-2]。負溫條件下心墻土料凍結強度高，造成壓實性能降低，碾壓遍數增加，影響工程進度；壓實后的心墻料經凍融作用會誘發結構破壞[3-4]。如兩河口礫質土堆石壩心墻土料冬季施工時發現有凍結現象[5]，已經填筑的心墻土料會經歷1～5次凍融循環[6]；加拿大glacio-lacustrine土石壩經過反復的濕干和凍融循環產生裂縫，導致強度和穩定性下降[7]；美國的Twin Lakes壩在0.4 m深處發生凍結，土料出現裂縫[8]。當前，國內外在路基、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，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，以減少季節性和晝夜循環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用于解決路面季節性凍結及融化的問題；Chen等[22]將粉煤灰和相變材料摻混到膨脹土中改善寒區膨脹土熱學性能，控制凍融循環破壞程度。……