第七届青年地学论坛

人工地层冻结法是一种具有适应性强，隔水性好和环境影响性低等优点的绿色施工方法，目前被广泛应用于上海、深圳等沿海城市地下工程的修建中。随着地下工程建设的大型化及复杂化，冻结法工程面临更加复杂的水文地质及工程地质问题的挑战。现代地铁隧道建设的安全考虑已从传统单一的地层穿越拓展到周围多源异质动态复杂环境的综合，沿海典型砂黏组合地层渗流问题日益突出。粉砂土和软黏土在冻结过程中表现出的水分迁移和变形特性上的差异性不可忽略，这也是目前较多冻结法工程事故的根源所在。为了具体探明两者之间的差异性，本文通过自制单向冻结仪对上海第‚₃层灰色粉砂土及上海第„层淤泥质软黏土，分别进行冻结温度为-20℃、-15℃和-10℃的冻结试验，分析两种土在冻结过程中水分迁移及变形特征的差异。试验结果表明，粉砂土及软黏土的总变形曲线可按土性分为Ⅰ类陡变曲线（粉砂土）和Ⅱ类缓变型曲线（软黏土），且软黏土较砂层水分迁移现象明显，分层变形出现压缩和冻胀变形交替变化的现象。以此为基础设计组合地层渗流作用下的冻结法模型试验，从宏细观角度探讨了不同组合地层渗流速度对冻结法冻结效果及周围工程环境的影响。当存在0.6m/d渗流速度的下卧砂层时，上海第四层淤泥质黏土极限未冻水含量为9.2%，随着渗流速度增大，极限未冻水含量增大。在冻结过程中，渗流会导致冻结管下方靠近砂层的一侧的冻结帷幕比上方薄；融化时，上游处冻结帷幕率先融化并较快融沉稳定，逐步向冻结帷幕下游扩展，融沉稳定时间均至少冻结时间的五倍，且最终融沉量可达最大冻胀量10倍；但下卧砂层渗流的存在，尤其渗流速度较大时，最终融沉量反而有所减小。冻结过程中持有未冻水的孔隙半径不断减小，未冻区富孔隙水的孔隙大小并未发生变化。冻结前各层的FID曲线主峰具有很好的对称性，土样孔隙大小均匀；在主峰右侧存在一个小峰，土中存在一定数量的大孔隙。冻融后土样在冻结区的大孔隙孔径减小，但总体积增大，结合CT扫描结果发现，冻融在冻结管及靠近下卧渗流砂层出现贯通性裂隙扩展。从宏微观相结合的角度，将模型试验与CT试验有机结合，定量描述了CT数的空间分布特征，根据CT数与干密度的定量关系，完成了模型试验融化沉降的计算。

组合地层渗流、冻融软黏土、水分迁移、细微观分析