南通地铁典型土层冻胀特性试验研究

冻土的冻胀特性是地铁隧道的重要资料,在-5℃,-10℃,-15℃下,针对南通地铁典型土层冻结黏土进行冻胀力和冻胀率的试验,获得冻胀程度随时间的变化规律,基于此,利用试验数据对传统冻胀率公式进行优化,改进后的公式运用在具体工程中的计算值能很好的拟合试验值,故能更有效表征南通地区地铁典型土层冻土的冻胀特性,可为南通地铁建设中冻结法隧道建井提供可靠资料。     

高温–高含冰量冻土蠕变试验研究

为了研究高温–高含冰量冻土的蠕变特性,开展了温度分别为-0.3℃,-0.5℃,-1.0℃,含水率分别为40%,80%,120%的冻结黏土单轴压缩蠕变试验。试验结果表明,无论应力多大、作用时间多长,高温–高含冰量冻结黏土单轴压缩蠕变过程都具有衰减特征;在相同的温度条件下,在相同时刻、含水率40%时冻土强度最大,含水率120%时次之,含水率80%时最小;还得到高温–高含冰量冻结黏土单轴压缩蠕变方程、应力–应变关系和长期强度方程的参数。     

不同冻结温度下深部人工冻土单轴蠕变特征试验研究

本文进行了人工冻土不同温度下(-10、-15、-20、-25℃)单轴抗压强度和不同应力(σ=0.2σs,0.3σs,0.5σs,0.7σs)单轴蠕变试验。试验结果表明:冻土单轴抗压强度与冻结温度具有很好的线性规律;冻土的蠕变特性表现为两个阶段,当应力水平较低时,处在衰减型蠕变阶段;当应力水平较高时,则处在非衰减型蠕变阶段。     

金塘海底隧道人工冻土力学特性研究

为获取宁波至舟山铁路金塘海底隧道工程穿越的土层在人工冻结条件下的力学性质,勘察期间,在不同温度和不同含水率条件下,对选取的海底典型的粉质黏土和粉土地层重塑样品,开展了人工冻结条件下的单轴抗压强度试验。试验结果表明:人工冻土的力学性质受冻结温度的影响明显,冻结温度自-5℃降低至-20℃过程中,粉土层和粉质黏土层的人工冻土单轴抗压强度逐渐增大,其泊松比逐渐减小。含水率的不同对粉土层和粉质黏土层的力学性质有一定影响,粉土人工冻土的抗压强度在含水率为30%时最大,粉质黏土试样在含水率为34%时,其抗压强度最大。两种土层在人工冻结过程中均存在最优含水率,超过最优含水率时,人工冻土的强度将逐渐减低。研究成果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供参考。     

深基坑中冻土墙与内衬相互作用的数值模拟研究

针对应用冻结工法维护大型深基坑工程中冻土墙与内衬相互作用规律的研究难题，利用有限元数值模拟技术。分别建立弹塑性和蠕变模型来模拟基坑开挖卸载瞬时以及段高暴露后的冻土墙和内衬结构相互作用的规律。不考虑冻土蠕变特性的弹塑性模型的计算表明，开挖卸载后应力释放是冻土墙瞬时变形的主要因素。此时冻土墙位移分布同开挖段高关系不是十分明显。二者相互作用主要表现为内衬结构对冻土墙变形的约束作用；而开挖段高暴露后冻土蠕变是产生冻土墙后续变形的重要原因，此时冻土墙的位移和受力同开挖段高、暴露时间等施工工艺密切相关。在实际工程中，必须考虑冻土蠕变特性，优化施工工艺，实行小段高快速掘进，以控制蠕变位移的增长，减小冻土墙和内衬结构的受力。     

冻结原状砂土分数阶Burgers蠕变模型

为了更好的描述人工冻结砂土的蠕变特性,在Burgers模型的基础上,将分数代数理论与Burgers模型相结合建立了分数阶导数Burgers蠕变模型,对内蒙古地区原状冻土在不同温度和不同加载应力下的单轴蠕变曲线进行模拟,模型参数均由遗传算法全局优化而得。通过对比Burgers模型模拟的结果可以看出分数阶导数Burgers模型能与试验数据严密相关,且所需参数较少,物理意义明确,说明了分数阶导数Burgers蠕变模型能够很好的反映人工冻结砂土的蠕变特性,具有更高的精确性。     

常州典型土层人工冻土单轴抗压强度试验研究

介绍了冻土单轴抗压强度的试验方法 ,通过对常州地铁盾构区间内联络通道的原状土层进行无侧限室内抗压强度试验,研究了各土层原状土在-5℃、-10℃、-15℃时的受力变形情况,强度与冻结温度之间的关系,以及冻结土体应力应变之间关系。研究结果表明:冻结温度与土体抗压强度存在着线性关系;冻结土体应力应变曲线基本呈指数性状。试验的结论为常州地区工程设计与施工提供了合理参考。     

滨海软土地层人工冻土蠕变试验研究

天然岩土通过人工冻结,其各项力学性能都会发生变化,为了更好地研究滨海软土地层人工冻土的蠕变性能,本文对福州地铁2号线各车站典型地层做了系统针对性试验研究。针对原状土样,在尽量减小扰动情况下,进行室内冻结试验,根据试验可得:相同温度下含水量较小的冻结土单轴抗压强度更大;当仅考虑非稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段时,蠕变可以用方程ε=Aσ~Bt~C描述。     

温度效应冻结黏土开尔文蠕变模型分析

在广义开尔文模型的基础上研究不同温度条件下冻结黏土蠕变模型的优化。通过对冻结黏土分别进行单轴抗压强度和分级加载蠕变试验,得出在统一加载应力下的蠕变随着温度的变化而相应改变的规律。推导广义开尔文模型中并联弹簧的参数与温度的关系建立与温度相关的广义开尔文蠕变模型,并通过遗传算法对模型参数进行优化。对比优化后的模型计算结果与试验结果,发现考虑温度效应的广义开尔文模型能很好地模拟冻结黏土的蠕变规律。     

滨海软土地层人工冻土力学特性试验研究

以福州地铁2号线各地铁车站典型地层为研究对象,根据人工冻土强度-温度曲线获得:随着冻结温度的降低,冻土的单轴抗压强度增高,其中砂土状强风化强度呈线性增大为0.233 MPa/℃;典型地层冻土的弹性模量平均增大为6.412~17.905 MPa/℃,且砂土弹性模型增长速度快。     

基于分数阶导数下kelvin模型改进

通过Riemann-Liouville分数阶导数分析经典Kelvin模型,利用蚁群优化算法,结合温度对冻土蠕变的影响,进而改进经典kelvin模型。根据采集及分析不同温度下的人工冻结砂土试验数据及结果发现改进后的Kelvin模型不仅可以较准确地描述冻土蠕变过程中温度、应变及时间的关系,也可以更精准地描述出蠕变过程的三个阶段(初始蠕变、匀速蠕变及加速蠕变),使理论公式与实际工程更加贴近,为实际工程中冻结施工过程提供更准确地理论基础。     

人工冻结粘土单轴压缩蠕变特性归一化分析

冻土的蠕变特性问题一直是冻土力学的一个重要研究方向,通过对安徽临涣矿区粘土冻结后,进行单轴压缩蠕变试验,用归一化的方法研究其蠕变特性。研究表明,随着加载应力的增大,破坏时间缩短,最小蠕变速率加快,特别当压力大于1 .3MPa时更为明显,破坏应变先增加后减小;加载条件相同时,冻结温度越低,破坏时间越长,最小蠕变速率越慢,- 1 0℃时破坏应变最大。     

某地铁区间联络通道冻结温度场发展规律研究

依托某地铁联络通道冻结工程,现场监测典型测点的温度变化,分析冻结帷幕温度场发展规律,保障联络通道开挖的顺利推进。现场监测结果表明:冻结43 d后,盐水去路温度-29.4 ℃,回路湿度-27.9 ℃,去回路温差1.5 ℃,冻结帷幕平均温度低于设计要求的-10 ℃,满足开挖要求。     

冻土的本构关系

对冻土的应力-应变特性进行了深入研究,在姚仰平等考虑温度的UH模型的基础上,提出考虑温度影响适用于冻土的UH模型。与原有考虑温度的UH模型相比,提出的新模型仅增加了1个抗拉强度参数,既能反映冻结黏土的前期固结压力随温度降低而升高的特性,又能反映冻结黏土随温度降低黏聚力提高的强度特性。新模型的温度适用范围为-1~-30℃,与已有的试验结果进行对比,结果显示,新模型能够较为合理地描述冻土的基本力学特性。     

广州地铁隧道冻结工程冻土力学特性试验研究

人工冻结工程中,天然岩土变为冻岩土,其物理力学性质会发生显著变化,而隧道冻结工程的冻土力学参数,是冻结壁设计和隧道开挖的依据.据此展开室内试验,研究结果表明,在相同的土质条件下,温度越低,冻土的单轴抗压强度越高;当蠕变应力小于冻土长期强度时,可用方程ε=AσBtC描述冻土的蠕变过程;而当蠕变应力较大时,上述蠕变方程不适用;在加载应力作用初期,冻土的强度衰减很快,在设计中必须考虑冻土的长期强度,而不能用瞬时强度代替长期强度;在有补给水源的情况下,粉质粘土的冻胀率及融沉系数最大,分别可达26.88%和17.19%.     

温度梯度冻土蠕变变形规律和非均质特征

采用K₀DCGF（K₀固结—保持荷载冻结—形成温度梯度—再试验）方法,开展不同温度梯度冻结饱和黏土三轴蠕变试验,研究冻土蠕变变形规律和温度梯度诱导的冻土非均质特征。结果表明：K₀DCGF模式中温度梯度冻结饱和黏土蠕变曲线由瞬时蠕变、衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变4个阶段组成;温度梯度冻土径向蠕变速率小于轴向蠕变速率;温度梯度冻土最小轴向蠕变速率与蠕变应力之间满足指数函数关系,而长期强度极限与蠕变破坏时间之间则满足对数函数关系;梯度温度冻结过程中的水分场重分布和试验后冻土变形的非均匀分布是K₀DCGF蠕变试验中“温度梯度诱导的冻土非均质性”的重要体现;蠕变试验后温度梯度冻土冷端含水量最高,密实度最大;蠕变试验后温度梯度冻土宏观径向变形/试样高度沿试样高度方向分布随蠕变应力增加由先增加后降低规律逐步演化为持续增加规律,这一现象与冻土初始瞬时蠕变速率密切相关。     

冻结黄土的单轴试验及其本构模型研究

冻土的强度及变形行为受加载速率及环境温度效应的影响。以冻结兰州黄土为对象,开展了一系列不同温度及加载速率下的常规单轴压缩、变速率压缩及加卸载蠕变回弹试验。基于常规单轴压缩试验结果,考虑了加载速率对变形行为的影响;通过变速率压缩试验,引入了一个与加载速率相关的率敏感性系数,构建一个新的考虑率效应的冻土强度关系式,解决了由试样离散性而对率效应试验研究带来的不利影响;运用加卸载蠕变回弹试验实现了对冻土变形中弹性、塑性变形的解耦,并获得了率无关弹性模量。以此为基础,在一定的温度、加载速率范围内建立了考虑率效应及温度效应的冻结黄土单轴唯像本构模型。通过试验验证,该模型能较好地模拟冻结黄土在不同温度和不同加载速率条件下的应力应变行为。     

复杂环境下浅埋暗挖隧道穿越薄富含水层的冻结技术研究

<正>一、主要技术内容(1)针对城市浅埋富含水层复杂工况下隧道开挖常用辅助工法,分别从工程地质条件的适用类型、对周边环境影响程度以及周期性、经济性多方面进行对比,并重点研究人工冻结法的适用性及具体方案;(2)冻土热物理力学性能试验研究,包括热传导性、冻结温度以及不同温度下冻土力学性能,为人工冻结法设计与施工提供依据;(3)采用ADINA进行温度场的数值模拟,重点研究冻结壁发展与冻结管间距、土层性质、盐水温度之间的关系,开展冻结参数取值优化研究,为人工冻结法冻结方案科学设计     

基于分数阶导数的冻土蠕变本构模型

冻土的蠕变特性与所受应力水平及蠕变应变有关,在高应力水平下会表现出加速蠕变特性。本文在分数阶的非线性黏壶基础上提出了可以描述加速蠕变特性的应力-应变双控元件。传统Nishihara模型难以描述加速蠕变,通过将Nishihara模型中的黏弹性体替换为分数阶的Abel黏壶,将黏塑性体替换为提出的应力-应变双控元件,得到了冻土的一维蠕变本构模型,并将其推广到三维应力状态。提出的模型对冻土的单轴和三轴蠕变试验数据进行了预测分析,和传统Nishihara模型相比,该模型只增加了一个参数,不仅能够反映冻土在低应力水平下冻土衰减蠕变和稳定蠕变特性,而且还可以较好地反映冻土在高应力水平下加速蠕变规律。说明了该模型对于描述冻土在不同应力条件下不同蠕变状态的适用性。     

人工冻融条件下模型桩基竖向静荷载试验研究

在室内人工冻融条件下,对-7℃、-3℃以及上层融化的人工冻土模型桩基进行了静荷载试验。试验主要研究了不同冻结温度下冻土中单桩的桩顶位移-荷载关系、冻结过程中桩的竖向上拔位移、融化过程中桩的沉降位移以及荷载作用下桩身轴力分布情况。试验表明:冻融环境对桩的位移影响很大,不同温度对桩的承载力也有很大影响。对于冻土冻融区的桩基工程,应特别重视上层冻土融化时可能造成的工程问题。