坡腳水熱效應(yīng)和滲流效應(yīng)對(duì)路基凍融深度人為上限的影響試驗(yàn)研究

孫安元1,，吳亞平1，張曉波2,，王友平2

(1.蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院,，甘肅 蘭州 7300702;2.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

摘 要 在冷熱交變?cè)囼?yàn)箱內(nèi)構(gòu)建凍土路基模型,，進(jìn)行室內(nèi)凍融循環(huán)模擬試驗(yàn),，研究坡腳水熱效應(yīng)單獨(dú)作用及熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用對(duì)凍土路基人為上限的影響。結(jié)果表明:坡腳水的熱效應(yīng)在季節(jié)性凍融活動(dòng)層融化及凍結(jié)的初期對(duì)人為上限的影響較為明顯,，此后熱效應(yīng)的作用逐漸減弱,，人為上限趨同于自然變化;在坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的共同作用下人為上限變化顯著，較無(wú)坡腳水工況,，路基中軸,、路肩,、坡腳處的人為上限極限深度分別有超過5%，8%,，33%的增長(zhǎng);由于坡腳水的存在,，路基坡腳處季節(jié)性凍融活動(dòng)層的融化階段提前，但開始凍結(jié)的時(shí)間變化不大,。

關(guān)鍵詞 鐵路路基;凍融深度;人為上限;試驗(yàn)研究;坡腳水;熱效應(yīng);滲流效應(yīng)

凍土是一種對(duì)水,、熱場(chǎng)的變化極其敏感的特殊巖土體，在我國(guó)青藏高原,、東北等地區(qū)廣泛分布［1-3］,，按凍結(jié)特點(diǎn)大致可分為永久凍土及季節(jié)性凍土。凍土路基人為上限有別于天然上限,，是指筑堤后在新的熱平衡條件下凍土的季節(jié)最大融化深度,。對(duì)位于多年凍土區(qū)的鐵路線路，水,、熱場(chǎng)的變化會(huì)導(dǎo)致凍土路基人為上限的上下波動(dòng),，間接影響路基的承載能力及穩(wěn)定性，如若處理不當(dāng)將會(huì)引起路基下陷,、翻漿等線路病害［4-7］,。在青藏高原等高寒地區(qū)，坡腳水的存在會(huì)使坡腳處的表層土體在常年的凍融循環(huán)作用下變得松散,，相對(duì)疏松的土質(zhì)為坡腳水的滲流提供了便利條件并加速熱效應(yīng)向深層土體的發(fā)展,。由熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用帶來的土體溫度場(chǎng)的變化將直接影響凍土路基的人為上限，進(jìn)而引起活動(dòng)層厚度的改變,，加劇凍土路基的融沉凍脹現(xiàn)象,，導(dǎo)致線路不穩(wěn)定性因素的出現(xiàn)。因此,，進(jìn)行坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)對(duì)凍土路基人為上限影響的試驗(yàn)研究具有較高的實(shí)際意義,。

王友平［8］通過室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了坡腳水的熱效應(yīng)對(duì)路基活動(dòng)層厚度的影響，并從理論上對(duì)人為上限與凍土地區(qū)路橋過渡段差異沉降的關(guān)系進(jìn)行了分析,。王小軍等［9］結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)青藏高原凍土路基人為上限的影響因素進(jìn)行了分析,，研究了人為上限與路基穩(wěn)定性的關(guān)系，得出了路基累計(jì)沉降量與人為上限上升量的比例關(guān)系,。孫增奎等［10］通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的分析,，研究了多年凍土區(qū)路基人為上限在外界氣溫季節(jié)性變化情況下的響應(yīng)特點(diǎn)，并構(gòu)建有限元模型進(jìn)一步探討了不同施工方式及路基填料對(duì)路基熱穩(wěn)定性的影響,。鄒澤雄等［11］對(duì)多年凍土路基的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了降水,、光照,、風(fēng)向等因素對(duì)路基陰陽(yáng)坡的差異性影響,，對(duì)青藏鐵路路基溫度場(chǎng)的變化規(guī)律進(jìn)行了預(yù)測(cè)。陰琪翔等［12］基于多年凍土區(qū)路橋過渡段熱穩(wěn)定性的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料,，構(gòu)建三維溫度場(chǎng)模型,，分析了凍土路基多年熱穩(wěn)定性的成因。

目前,，國(guó)內(nèi)外對(duì)于凍土區(qū)鐵路路基人為上限的研究主要集中在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)分析及有限元模擬計(jì)算,，而坡腳水對(duì)路基人為上限影響的室內(nèi)試驗(yàn)研究相對(duì)較少。且現(xiàn)有的室內(nèi)試驗(yàn)只是對(duì)坡腳水的熱效應(yīng)及滲流效應(yīng)進(jìn)行單方面研究,，并未考慮坡腳水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的共同作用,，而實(shí)際情況中坡腳水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)是同時(shí)存在并且相互影響。因此,，本文通過在冷熱交變?cè)囼?yàn)箱內(nèi)構(gòu)建鐵路路基模型,，利用一種新型的模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)單獨(dú)作用及熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用的水熱裝置，在模擬路基活動(dòng)層形成的前提下,，以環(huán)境溫度的季節(jié)性變化為變量,，研究了坡腳水的熱效應(yīng)單獨(dú)作用及熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用對(duì)路基人為上限的影響，為多年凍土區(qū)鐵路路基的病害防治提供有效參考,。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 模型制作

自制模型箱尺寸為50 cm×50 cm×47 cm,，用厚度為4 mm的薄鋼板焊接而成。地基土取含水率為20%的蘭州黃土,，其基本物理參數(shù)見表1,。充分拌和后分層擊實(shí)，每層土的松鋪厚度為5 cm,，直至路基低標(biāo)高處,，累計(jì)厚度為37 cm，壓實(shí)系數(shù)K取0.92,。采用級(jí)配合理的中粗砂模擬路基填料,，含水率控制在11%，拌和均勻后分層擊實(shí),，并用抹灰鏟將邊坡多余的土質(zhì)進(jìn)行剔除并修正外形,。根據(jù)《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10001—2005)的要求，按相似比1∶60來?yè)Q算,，模型中路基表面寬20 cm,，高10 cm，縱向延長(zhǎng)40 cm,。填筑過程中,，分別在坡腳、坡肩及路基中軸處埋設(shè)精度為0.1℃的嵌入式數(shù)顯數(shù)字溫度計(jì),，其中:①坡腳采集處自坡腳土體表面豎直向下依次埋置溫度傳感器,，起始傳感器距坡腳土體表面為1 cm,，其余各傳感器之間的距離均為2 cm。②坡肩采集處起始傳感器距路基表面為1 cm,，自上而下依次埋設(shè)間距2 cm的溫度傳感器10個(gè),，間距5 cm的溫度傳感器5個(gè)。③路基中軸采集處傳感器布置方式同坡肩采集處,。路基模型及溫度傳感器分布如圖1所示,。本試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯儆趯?duì)稱結(jié)構(gòu)，且溫度變化以及外界條件對(duì)路基兩邊的影響均等,，因此選取一半傳感器采集的數(shù)值作為試驗(yàn)數(shù)據(jù),，將另一半傳感器作為校準(zhǔn)使用。溫度傳感器采用上密下疏的排布方式,，以便更加詳細(xì)地記錄中淺層土體溫度場(chǎng)的數(shù)據(jù),，為人為上限位置的變化提供更精確的依據(jù)。另外,，路基坡腳下2 cm處埋設(shè)坡腳水裝置,，用以模擬坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的作用。

表1 試驗(yàn)地基用土基本物理參數(shù)

顆粒級(jí)配/%塑限/＜0.005 0.005～0.050 0.05～0.10 ＞0.1重度/(N/cm3)液限/%%34.3 58.6 5.4 1.7 26.5 24.6 17.7

圖1 路基模型及溫度傳感器分布示意(單位:cm)

1.2 坡腳水熱裝置構(gòu)造原理

在路基坡腳下2 cm處分別埋設(shè)內(nèi)徑為1 cm的完整及開孔的2種軟質(zhì)薄壁PVC水管,，為確保水流循環(huán)過程中不發(fā)生堵塞,，各水管間采用L形、Y形及T形接頭連接,，形成閉合循環(huán)通路,。所埋設(shè)的軟質(zhì)薄壁PVC水管外表面粘貼精度為0.1℃的嵌入式數(shù)顯數(shù)字溫度計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控水流溫度,。水箱置于DW-40低溫試驗(yàn)箱內(nèi),，設(shè)置試驗(yàn)箱制冷溫度為0.5℃，待水源溫度穩(wěn)定后開啟水泵,，水泵選取PW200-E穩(wěn)壓水泵,，保證水流緩慢勻速流動(dòng)。通過調(diào)節(jié)水源溫度控制坡腳水的溫度,，使路基模型坡腳處一定范圍內(nèi)的土體溫度滿足試驗(yàn)要求,，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多年凍土區(qū)路基坡腳水的熱效應(yīng)單獨(dú)作用以及熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用的模擬。

循環(huán)通路一端連接水泵,，另一端為排水口,，實(shí)現(xiàn)水流自動(dòng)循環(huán)。其中,，完整水管形成的循環(huán)通路模擬熱效應(yīng)的影響,，開孔水管模擬熱效應(yīng)及滲流效應(yīng)的共同作用，水管開孔間隔4 cm,，兩側(cè)交替分布,。循環(huán)通路一端連接水泵,，另一端通過長(zhǎng)水管將水排除,，實(shí)現(xiàn)水流自動(dòng)循環(huán),。坡腳水模擬裝置如圖2所示。

圖2 坡腳水模擬裝置示意

1.3 試驗(yàn)方案

為研究在外界氣溫季節(jié)性變化條件下坡腳水對(duì)凍土路基人為上限的影響,，需要先模擬路基季節(jié)性凍融活動(dòng)層的形成,，因此室內(nèi)試驗(yàn)分為2個(gè)部分。第1部分,，模擬凍土活動(dòng)層的形成,。在GDJS-150冷熱交變?cè)囼?yàn)箱內(nèi)模擬路基活動(dòng)層的形成，試驗(yàn)箱溫度參照1953—2009年觀測(cè)的青藏鐵路通天河段平均氣溫設(shè)置,，每個(gè)循環(huán)周期分為12段,，每段代表1年中的每個(gè)月份的平均氣溫，循環(huán)溫度設(shè)置參見表2,?；顒?dòng)層形成分為3個(gè)階段:①恒溫降溫期，將模型箱在所模擬地區(qū)年均氣溫-5℃下持續(xù)降溫96 h,，凍至土體上下溫度基本一致,。②第1變溫期，將模型箱在模擬自然界月份變化的交變溫度下循環(huán)20個(gè)周期,，1個(gè)循環(huán)周期包括12個(gè)階段,，每個(gè)階段代表1個(gè)月份，段長(zhǎng)1 h,。經(jīng)此試驗(yàn)過程各土層溫度平均值已處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),，活動(dòng)層初步形成，但此階段活動(dòng)層穩(wěn)定性較差,。③第2變溫期,，循環(huán)段長(zhǎng)延長(zhǎng)為2 h，其余條件與第1變溫期相同,，在此條件下循環(huán)8個(gè)周期,。設(shè)置此試驗(yàn)階段是為了防止外界溫度變化對(duì)初始活動(dòng)層產(chǎn)生不利擾動(dòng)，進(jìn)一步穩(wěn)定初始活動(dòng)層,。經(jīng)此階段,，模型各土層溫度隨外界溫度改變呈穩(wěn)定規(guī)律性變化，可作為活動(dòng)層形成的標(biāo)志,。

第2部分,，在路基活動(dòng)層穩(wěn)定后，開始坡腳水模擬試驗(yàn),。在對(duì)青藏高原多年凍土區(qū)地下水實(shí)地勘測(cè)中發(fā)現(xiàn),，地下水整體平均溫度稍高于0℃,，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展溫度趨于動(dòng)態(tài)平衡。本試驗(yàn)中,，當(dāng)GDJS-150冷熱交變?cè)囼?yàn)箱按表2設(shè)定溫度正常工作時(shí),，使水流溫度保持在0.5℃循環(huán)流動(dòng)，模擬實(shí)際坡腳水的溫度特性,。坡腳水的熱效應(yīng)可等效于完整導(dǎo)水管內(nèi)的正溫水產(chǎn)生的熱量對(duì)周圍凍土的影響,。坡腳水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)可等效于開孔導(dǎo)水管內(nèi)的正溫水及管外滲水的共同作用。地下水的滲流效應(yīng)無(wú)法單獨(dú)分離出來進(jìn)行模擬,，最終試驗(yàn)結(jié)果可看成熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)相互作用的累計(jì)疊加,。

表2 GDJS-150冷熱交變?cè)囼?yàn)箱循環(huán)溫度設(shè)置

段數(shù) 溫度/℃ 段數(shù) 溫度/℃1-16 7 7 2-14 8 6 3-10 9 3 4-5 10 -5 5 1 11 -12 6 5 12 -16

2 人為上限的計(jì)算

坡腳水對(duì)路基人為上限影響的模擬試驗(yàn)處于活動(dòng)層形成試驗(yàn)后，這符合實(shí)際工程狀況,，能更加準(zhǔn)確地計(jì)算坡腳水對(duì)人為上限的影響,。設(shè)人為上限處于傳感器CX與CY之間，其中CX為正溫度,，CY為負(fù)溫度,。采用插值法標(biāo)定人為上限，計(jì)算過程如下:

1)判斷人為上限位置,。由采集數(shù)據(jù)確定人為上限位置處于傳感器CX與CY之間,。

2)人為上限的標(biāo)定。正負(fù)數(shù)據(jù)之間采用插值法計(jì)算零點(diǎn),。CX與CY之間的溫度梯度Δ為

式中:TX為傳感器CX處的溫度;TY為傳感器CY處的溫度;DX為傳感器CX處的土層埋設(shè)深度;DY為傳感器CY處的土層埋設(shè)深度,。

人為上限距傳感器CX的距離μ為

3 坡腳水對(duì)人為上限的影響分析

經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集及整理，得到坡腳水熱效應(yīng)單獨(dú)作用及熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用對(duì)凍土路基溫度場(chǎng)影響變化的數(shù)值,，分別計(jì)算出考慮無(wú)坡腳水,、坡腳水熱效應(yīng)和坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)3種工況下，坡腳,、路肩和路基中軸處在每個(gè)月份的人為上限,，其變化曲線如圖3所示。

圖3 3種工況下不同位置處人為上限變化曲線

由圖3(a)可知,，在坡腳水作用下,，坡腳處的人為上限有較為明顯的變化。因無(wú)路基填料的保溫作用,，坡腳處土層對(duì)外界氣溫變化的響應(yīng)性較好,，使人為上限在最高平均氣溫月后的1～2個(gè)月內(nèi)達(dá)到極值，在熱效應(yīng)單獨(dú)作用及熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用下分別較無(wú)坡腳水作用的自然狀態(tài)有12.2%,，33.3%的深度增量,。在熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的共同作用下，坡腳處季節(jié)性凍融活動(dòng)層的融化階段提前，但開始凍結(jié)的時(shí)間沒有變化,。由圖3(b)可知,，在路肩處，在環(huán)境升溫的初期坡腳水的熱效應(yīng)對(duì)人為上限的變化影響較大,。隨著外界氣溫的升高,，季節(jié)性凍融活動(dòng)層融化加速，滲流效應(yīng)對(duì)人為上限的影響權(quán)重不斷增加,，這是因?yàn)闈B流效應(yīng)的作用范圍除受溫度影響外,，還與路基土體的密實(shí)度有關(guān),，坡腳處地表土體在多次凍融循環(huán)作用下形成了相對(duì)松散的顆粒結(jié)構(gòu),，在一定程度上增強(qiáng)了滲流效應(yīng)的影響能力以及范圍。受熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的共同作用影響,，在活動(dòng)層凍結(jié)階段的前期路肩處人為上限達(dá)到極值,。由圖3(c)可知，坡腳水對(duì)路基中軸處人為上限的影響有限,，熱效應(yīng)的單獨(dú)作用對(duì)人為上限極值的改變影響微弱,，較自然狀態(tài)，最大深度僅有1%左右的增長(zhǎng),。路基中軸處,，坡腳水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)在8，9月份開始顯著發(fā)揮作用,，人為上限的最大深度滯后出現(xiàn),，最終增量為5%左右。

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),，單獨(dú)模擬坡腳水熱效應(yīng)的影響時(shí),，其作用效果對(duì)外界環(huán)境溫度的改變較為敏感，隨外界氣溫的逐漸降低及整體土體溫度的下降,，熱效應(yīng)對(duì)人為上限的影響能力迅速減小,。在坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用時(shí)，人為上限的極值較熱效應(yīng)單獨(dú)作用時(shí)有較大幅度的增加,，且滯后出現(xiàn),，在環(huán)境降溫的初期仍有明顯的改變。為了更加精確地衡量坡腳水熱效應(yīng)單獨(dú)作用及熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用對(duì)人為上限的影響程度,，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計(jì),，見表3。

表3 坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)對(duì)人為上限影響的數(shù)值統(tǒng)計(jì)

人為上限極值深度位置5.7 6.4 7.6 0.7 1.9路肩 11.2 11.5 12.1 0.3 0.9路基中軸滲流效應(yīng)坡腳/cm 增加量/cm無(wú)坡腳水 熱效應(yīng) 熱效應(yīng)與滲流效應(yīng) 熱效應(yīng) 熱效應(yīng)與9.4 9.5 9.9 0.1 0.5

試驗(yàn)中,，由于地下水的滲流效應(yīng)無(wú)法單獨(dú)分離出來進(jìn)行模擬,，最終試驗(yàn)結(jié)果可看成熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用的累加，但滲流效應(yīng)對(duì)人為上限的影響不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用與熱效應(yīng)單獨(dú)作用的數(shù)值相減。現(xiàn)實(shí)情況下,，坡腳水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)是同時(shí)存在且相互作用的,，正溫的坡腳水使周圍凍土融化，改變熱效應(yīng)作用范圍內(nèi)的凍土溫度場(chǎng),。凍土層的融化會(huì)進(jìn)一步加速水的滲流,，而水的滲流過程中必然也包含能量的轉(zhuǎn)移，這也是熱效應(yīng)的體現(xiàn),。同時(shí),，土體含水率的改變也會(huì)引起其導(dǎo)熱系數(shù)的變化，一定程度上為熱效應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展提供有利條件,。最終,，在熱效應(yīng)及滲流效應(yīng)的相互影響、共同作用下,，在坡腳水作用范圍內(nèi)的凍土逐漸侵蝕融化,，引起鐵路路基水、熱溫度場(chǎng)的改變,，并使人為上限的極限深度進(jìn)一步減小,。

為了更加直觀地反映試驗(yàn)過程中人為上限的變化，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合處理可以繪出3種工況下人為上限在路基模型中的位置,，如圖4所示,。由圖4(a)可知，無(wú)坡腳水作用時(shí),，在路肩及路基中軸處因填料的保溫作用使人為上限被整體抬高,，路肩處人為上限曲線平緩過渡，到路基中軸處呈近似直線分布,。季節(jié)性凍融活動(dòng)層在路基范圍內(nèi)呈非等厚度分布,，坡腳處活動(dòng)層厚度較小，最大厚度在路肩處體現(xiàn),。由圖4(b),，4(c)可知，與無(wú)坡腳水作用的自然狀態(tài)相比,，在坡腳水的作用下坡腳及路肩處人為上限的極限深度有較大幅度的增長(zhǎng),，路基中軸處因離坡腳水的熱效應(yīng)和滲流效應(yīng)作用場(chǎng)較遠(yuǎn)，人為上限的變化不明顯,。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)在改變?nèi)藶樯舷薜耐瑫r(shí)還會(huì)導(dǎo)致路基季節(jié)性凍融活動(dòng)層厚度的變化，在坡腳及路肩處尤為明顯,。在熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的共同作用下路基各位置處的活動(dòng)層的平均厚度有近15%的增長(zhǎng),，活動(dòng)層厚度的增長(zhǎng)將改變凍土區(qū)鐵路路基的融沉凍脹特性,，給凍土路基的穩(wěn)定性及承載能力帶來顯著影響。

圖4 3種工況下路基人為上限位置示意

4 結(jié)論

1)坡腳水的熱效應(yīng)單獨(dú)作用時(shí),，其作用效果受外界氣溫及周圍土體溫度的制約較為明顯,，在環(huán)境溫度降低的初期，熱效應(yīng)對(duì)人為上限的影響有明顯的減弱趨勢(shì),。在坡腳水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用時(shí),，坡腳水對(duì)人為上限變化的有效作用時(shí)長(zhǎng)大于熱效應(yīng)單獨(dú)作用，在環(huán)境溫度降低的初期熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用對(duì)人為上限深度依舊有較大的影響,，路肩及路基中軸處的人為上限均在10月下旬達(dá)到極值,。

2)坡腳水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的共同作用會(huì)使季節(jié)性凍融活動(dòng)層的融化階段提前，但對(duì)于活動(dòng)層開始凍結(jié)時(shí)間沒有較大影響,。熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的共同作用會(huì)較為明顯地引起凍土路基各位置處人為上限極值的改變,，其中路基中軸處受影響較小，坡腳處人為上限的位置變化較大,，極值深度較無(wú)坡腳水工況增長(zhǎng)約30%,。

3)由坡腳水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)帶來的路基水、熱場(chǎng)的變化在影響人為上限的同時(shí)也會(huì)改變路基填土季節(jié)性凍融活動(dòng)層的厚度,，活動(dòng)層厚度的增長(zhǎng)會(huì)加劇路基的融沉凍脹現(xiàn)象，進(jìn)而影響路基的承載能力及穩(wěn)定性,。

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Experimental Research on Subgrade Man-made Upper Limit of Freeze-thaw Depth Influenced by Thermal Effects and Seepage Effects of Slope-foot Water

SUN Anyuan1,，WU Yaping1,，ZHANG Xiaobo2，WANG Youping2
(1.School of Civil Engineering,，Lanzhou Jiaotong University,，Lanzhou Gansu 730070，China;2.Railway 3rd Survey and Design Institute Group Co.,，Ltd.,，Tianjin 300142 ，China)

Abstract T he model of frozen soil subgrade was established in the test chamber with hot and cold alternation.T he simulation test of indoor freezing and thawing cycle was carried out to study the independent influence of the thermal effect and the interaction influence of thermal effect and seepage effect of slope-foot water on the man-made upper limit of frozen soil subgrade.T he results show that the thermal effect of slope-foot water has obvious influence on the man-made upper limit at the beginning of the freezing and thawing activity of the seasonal freez-thaw active layer.Since then,，the influence of the thermal effect is weakened and the man-made upper limit is converging with the natural change.W ith the interaction influence of thermal effect and seepage effect of slope-foot water,，the man-made upper limits changes significantly,，and the man-made upper limits at subgrade axis，raod shoulder and the slope foot have more than 5% ,，8%and 33%growth,，respectively，compared with no slope-foot water condition.Because of the presence of slope-foot water,，the melting stage of the seasonal freeze-thaw active layer at the slope foot is advanced,，but the time to start freezing is not greatly affected.

Key words Railway subgrade;Freeze-thaw depth;M an-made upper limit;Experimental research;Slope-foot water;T hermal effect;Seepage effect

中圖分類號(hào) U213.1+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2017.09.27

文章編號(hào):1003-1995(2017)09-0107-05

(責(zé)任審編 周彥彥)

收稿日期:2017-03-29;

修回日期:2017-06-15

基金項(xiàng)目:中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃(2015G005-C);國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2014BAG05B05)

第一作者:孫安元(1991— )，男,，碩士研究生,。

E-mail:[email protected]

通信作者:吳亞平(1958— )，男,，教授,，博士。

E-mail:[email protected]