不同间歇冻结模式土体冻胀控制试验研究

选取冻胀敏感性粉质粘土,进行了连续冻结、全间歇冻结、后间歇冻结模式下的冻胀试验,得出了土体冻胀量、冻结锋面、温度梯度的变化规律及冻结模式与冻胀控制之间的关系.结果表明:与连续冻结模式相比,全间歇冻结、后间歇冻结模式下的冻胀量分别减少了14.4%、43.6%.不同变温起始时间对冻土冻胀控制效果不同,后间歇冻结模式能够更加有效地控制冻胀量的发展.后间歇冻结模式下,土体内已冻区的温度梯度小,是造成后间歇冻结模式下土体冻胀量小于全间歇冻结模式下土体冻胀量的主要原因,可以考虑通过减小冻胀量快速增长阶段曲线的斜率更有效地进行冻胀控制.     

间歇冻结抑制人工冻土冻胀机理分析

阐述了用间歇冻结法控制人工冻土冻胀的机理,通过对冻结细粒土的数值分析,指出与连续冻结相比,间歇冻结在冻结锋面推进速度、冻结区温度、平均冷率和未冻结区的温度梯度等方面有显著不同,这些差异的存在有利于抑制冻胀的产生和发展．结果表明,在一定的冻结温度和间歇冻结方式条件下,即使在冻结敏感土（如粉土）中也可控制冻胀．     

土体冻胀透镜体生长的广义准静态模型研究

为了研究土体冻胀过程中透镜体的演变规律,并分析间歇冻结控制冻胀的机理．采用分凝势理论的建立思路,在广义准静态的前提假设下,对透镜体的生长进行了理论分析．得到了透镜体生长的广义准静态模型,并对模型进行了初步的适用性考察,分析了透镜体生长曲线的定性特征．结果表明：模型基本适用于描述末透镜体的缓慢生长;控制冻深的间歇冻结模式通过间歇阶段有效抑制末透镜体的生长,从而控制冻胀;初始阶段促使冻结锋面迅速推进,锋面趋于稳定后,在保证冻土体功能的前提下,尽量增加间歇阶段时间,抑制末透镜体的发展,是选用冻结模式控制冻胀的基本原则．     

人工冻结过程中温度场的试验研究

为了研究人工冻结过程中温度场的变化规律，利用自行研制的人工冻结冻胀融沉模型试验装置，对徐州地区常见的粘土进行了12次大规模的冻融试验，分别模拟了封闭系统和开敞系统下人工冻土中温度场的变化情况，并与现场实测数据进行了分析比较，提出了在冻土体和受冻结影响的土体中的温度与距离分别近似成线性，已冻土体中的温度梯度比未受冻结影响土体中的大等几点结论．     

人工冻结土体冻胀融沉的模型试验

在分析人工冻结土体与自然冻结土体的冻结差异、比较国内外土体冻融模型试验装置的基础上,介绍了所研制的人工冻结土体冻胀融沉模型试验装置及其应用情况．并利用该试验装置对徐州地区常见的粘土进行了冻结试验,检验了该试验装置的可靠性和实用性;得出了人工冻结土体在冻融过程中土体在垂直方向上的冻胀远小于它在该方向上的融沉等几点结论     

不同人工冻结方向条件下土的冻胀试验研究

为了解决人工冻结施工中的冻胀问题,从工程实际出发,进行不同人工冻结方向以及不同冻结温度模式(恒温和正弦变温)的冻胀试验研究,并对试样的温度场、冻胀量、含水率及干密度等进行对比分析.试验结果表明:在相同试验条件下,正弦变温冻结试样的冻胀量值最小,自下而上恒温冻结试样的冻胀量最大;自上而下恒温冻结、正弦变温冻结和自下而上恒温冻结试样的含水率和干密度变化趋势相同,可知在相同试验条件下,冷端输出的冷能一定时,人工冻结试样内部水分迁移规律将相同.     

人工冻土冻胀及其抑制研究述评

人工冻结法施工技术是岩土工程尤其是特殊地质和工程条件下地下工程施工的重要方法之一,但冻胀现象制约了该方法的推广应用。从人工冻土冻胀的影响因素、物理模拟概况、数值模拟现状及冻胀抑制等方面总结归纳了国内外在冻胀及其抑制上的研究成果。     

季节性冻土区能量桩位移变化规律

能量桩是一种既可以与土体进行能量交换,又可以承担上部荷载的桩基形式。上部土层冻结,下部土层未冻结,由温度变化引起的桩体自身变形及土体的冻胀融沉引发的桩体位移是能量桩在季节性冻土地区推广中亟待解决的主要问题。针对季节性冻土地区土体温度分布特点,将土体分为冻结层和非冻结层分别开展模型试验,测得冻结层和非冻结层中能量桩多次温度循环后的桩—土温度分布、桩周土体孔隙水压力及桩体位移的变化规律。结果表明：在非冻结土层中,多次循环取热后桩顶会产生不可逆的沉降位移,5次取热循环后,桩顶沉降达到0.95%D(D为桩体直径),且桩体沉降未达到稳定;在冻结层,放热过程中能量桩会发生桩体融沉现象,恢复过程中会发生桩体冻胀现象,融沉导致的沉降位移随着循环次数的增加逐渐减小,在第3轮放热循环后消失。第1、2、3轮的融沉位移分别为5.9%D、0.93%D、0.11%D。每轮循环过程中,冻胀引起的上升位移虽逐轮减小,但在5轮循环之后依旧存在,且冻胀引发的总位移呈阶梯状上升,桩体最终产生上升位移,达到3.8%D。     

深井井壁砌筑前后冻结壁应力场和位移场

在卸载情况下考虑周围土体、冻结壁和井壁共同作用的同时考虑了冻结壁中冻土冻胀特性和流变特性建立井壁砌筑前后冻结壁的粘弹性稳定性分析模型,求得井壁砌筑前井帮的变形规律和井壁砌筑后作用于井筒外壁的冻结压力的增长规律。结果表明考虑了冻结壁冻胀特性的冻结壁的变形值及冻结压力值更接近实测值。     

人工冻结土体冻胀规律分析

在介绍人工冻结土体冻胀特性及阐述冻胀机理的基础上,分析了影响土体冻胀的诸多因素,以便更好的在市政工程中建设地下仓库、地铁硐室以及进行深基坑支护等。     

土体冻胀试验系统的研制与应用

为了研究土体在不同环境下的冻胀特性,自主设计研制了土体冻胀试验系统.该系统模拟自然条件下路基土的工作状态,从温度荷载的加载方式、上覆荷载的加载方式、水分补给方式、侧向约束条件等方面严格控制试验环境.基于温度控制盘、滑动绝热装置的创新设计,在实验室内实现了对路基土冻胀过程的真实模拟,并实现了冻结过程中温度分布、上覆压力和冻胀变形的实时监测.最后,通过饱和粉质黏土冻胀试验的测试结果,验证了该系统的可靠性和有效性,明确了土体冻结过程中的温度分布特征和冻胀变形规律.     

正冻土中的水热耦合模型

根据温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理,建立了模拟标准样品无盐土冻胀过程的水热耦合模型。模型需要输入的参数包括：干密度、含水量、孔隙度、未冻水含量（－1℃)、导 热系数、渗透系数及边界温度条件、冻结周期和时间步长等。计算结果包括：冻胀量、冻结深度、冰分凝温度、冻结缘厚度。通过与实际冻胀实验结果比较,模型所预测的冻胀量和浆深与实测值相差分别为1.12%-15.77%和5.38%-10.35%,冻结缘的厚度变化在时间上有三种方式：即持续增大、 增大后逐渐减小、增大后相对稳定。     

软黏土三维水-热-力耦合冻融模型及应用

人工地层冻结法是沿海地区软黏土进行地层加固的一种常见绿色工法,地下空间开挖的大型及复杂化使目前冻结法面临更加复杂的渗流环境.为此,通过分凝冻胀理论刚性冰模型的三维化推广,建立能考虑水分迁移的热-水-力耦合作用冻胀融沉模型,以模拟复杂渗流环境下的人工冻结工程.基于模型使用COMSOL有限元进行模拟,与同尺寸室内模型试验数...     

隧道联络通道冻结位移场模型试验研究

上海市大连路越江隧道的联络通道是一个处在黄浦江底的长联络通道．通过基于相似理论的模拟试验，对此联络通道冻结的冻胀和融沉进行了研究，得到了有荷载情况下土的竖向冻胀和受模拟隧道衬砌约束下的水平冻胀的变化规律，为解决该工程中的冻胀融沉问题提供了保障，同时也对类似工程的施工起到了指导作用．实践表明，运用模拟试验解决大型复杂的地下工程中的施工问题是相当有效的。     

重塑粘质黄土冻胀敏感性试验分析

以沈哈高速铁路沿线具有代表性的粘质黄土为研究对象,在室内冻胀试验条件下,研究了非饱和含水量、冷端温度、冻结速率、补水条件以及冻融循环对土体冻胀特性的影响。试验表明,在封闭系统下,非饱和土体冻胀系数随含水量增大而增大,且最终趋于一个稳定数值;封闭系统下,随着冷端温度的降低,含水量较大土样的冻胀系数逐渐减小,含水量较小土样的冻胀系数逐渐增大;开放系统下,土样冻胀系数随冻结速率的减小逐渐增大,且增幅越来越大;外界补水条件下,土体冻胀量增加显著,但随含水量的增大,其影响逐渐减弱;干密度较小土样的冻胀总变形随冻融循环次数的增加呈指数递减的趋势,干密度较大土样则呈指数增加的趋势。     

道面结构不均匀冻胀模型试验及数值模拟

为更好地揭示道面结构内部温度场、水分场和冻胀量的基本规律,为防治道面结构不均匀冻胀病害提供有效的理论依据,自主设计了道面结构不均匀冻胀模型试验箱,开展了外部水分入渗道肩和道面结构不均匀冻胀模型试验,基于ABAQUS的二次开发实现了道面结构内部水热力三场耦合数值模拟,并将数值模拟结果与模型试验结果进行了对比分析.结果表明:模型试验直观地模拟了跑道与道肩冻胀错台现象,并阐明了错台的原因是跑道与道肩的不均匀冻胀;客观地揭示了道面结构内部温度场、水分场及冻胀量的发展规律;水分通过道肩渗入道面结构引发水分场的重分布;道面结构不均匀冻胀是水热耦合作用的产物,温度梯度和降温速率影响着冻结过程中水分的迁移和积聚,水分场的重分布反过来也影响着温度的传递.数值模拟结果与模型试验结果吻合良好,且符合实际,数值模型的正确性和适用性得到了验证.结合模型试验的客观性优势和数值模拟的全面性优势有助于深入研究更多寒区构筑物地基的不均匀冻胀病害问题.     

冻融循环作用下倾倒式危岩体稳定性劣化模型

为了探究冻融作用对倾倒式危岩体稳定的作用机理及长期劣化规律, 基于极限平衡理论,考虑结构面冻胀力、未贯通段抗拉强度劣化及冻结深度演化对倾覆点力矩的影响,构建倾倒式危岩体稳定性分析方法. 基于岩石冻胀理论,考虑岩石碎屑流失、微裂隙倾角、温度等参数对孔隙半径冻胀破坏的影响,建立岩石抗拉强度劣化模型并验证其合理性. 利用裂隙分布不均性修正Stephan冻结深度经验公式,得到冻融循环作用下岩石冻结深度计算方法. 结合工程算例,讨论不同敏感参数对倾倒式危岩体稳定性的影响. 结果表明：初始抗拉强度越低、孔隙率越大,危岩体稳定性劣化效果越显著;当环境温度高于263.15 K (?10 ℃)时,危岩体稳定性对温度的变化敏感,危岩体保温措施的效果显著;当碎屑流失比超过0.8时,冻融循环作用对危岩体的劣化速率明显加快,倾倒式危岩体的长期冻融劣化效应明显,控制冻胀破坏产生的碎屑流失有利于寒区危岩体保持长期稳定.     

长春地区公路路基土冻胀敏感性因素分析

以吉林省内3条干线公路路基土为研究对象,研究土(粒度成分、矿物成分、盐分,尤其是微观结构、土体密度)、水分、温度及荷载对冻胀的影响.通过室内物理化学试验、冻胀试验、SEM图片测试分析及野外长期观测,获得大量数据.分析表明:路基土具备冻胀的优势条件;亲水性强的黏土矿物含量越高未冻水含量越少,不利于冻胀;土体起始冻胀含水率随压实度增大而减小,压实度相同时,粉质黏土起始冻胀含水率大于黏土;压实度对冻胀影响有一个敏感值,研究区此值为95％;0～-5℃是产生水分迁移的主要温度;研究区路基土具团聚结构,单元体排列不定向.颗粒之间微孔隙发育,为毛细水上升提供有利通道,也为结合水提供赋存空间;以上结果为长春地区道路冻害防治提供理论依据.     

冻融循环作用下危岩体滑移破坏数值优化分析

冻融循环作用是寒区危岩体崩塌失稳的主要诱因,对寒区危岩体滑移破坏的孕灾因素进行数值优化分析尤为重要。首先,基于极限平衡理论,考虑危岩体贯通段结构面冻胀力、未贯通段岩石黏聚力劣化及冻结深度演化,建立冻融循环作用下滑移式危岩体稳定性分析模型;其次,基于岩石冻胀理论,考虑冻结过程中水分迁移推导得到贯通段冻胀力计算方法;再次,将岩石细观孔隙抽象为无数圆形孔洞,根据圆孔扩张理论和莫尔-库伦屈服准则分析孔隙冻胀破坏过程,构建冻融循环作用下未贯通段岩石黏聚力细观劣化模型;最后,通过改进Stephan经验公式得到未贯通段岩石冻结深度随冻融循环次数演化的计算方法。结合工程算例分析各敏感参数对危岩体稳定性的影响发现：滑移式危岩体稳定性随冻融循环次数的增加呈先快后缓的下降趋势;危岩体稳定性系数与冻结温度呈正相关,相同冻结温度下,危岩体稳定性系数的下降随冻融循环次数增加出现明显的边际递减效应;危岩体稳定性与岩屑流失比呈负相关,且岩屑流失比会同时改变稳定性劣化趋势和劣化程度,控制岩屑流失比有利于寒区危岩体的长期稳定性。