混凝土水化热对多年冻土地温的影响研究

通过分析距桩中不同距离的冻土温度随时间的变化特征,得出了桩周冻土的回冻时间、不同距离的多年冻土地温随时间的变化曲线及变化规律,总结了桩周冻土的温度变化曲线特征是由于混凝土水化热释放热能以及周围冻土释放冷能的双向影响,得到了桩基础水化热的扩散半径.试验结果对多年冻土地区工业、民用建筑的建设研究具有很大的理论意义和工程实用意义.     

青藏铁路冻土观测与工程试验研究达国际先进水平

中铁西北院承担的“青藏铁路风火山多年冻土长期综合观测与试验研究”科研成果为确定进藏铁路方案和青藏铁路建设提供了有力的技术支撑。风火山地区冻融界面的抗剪强度试验，解决了冻土边坡稳定性检算中抗剪强度指标的选取问题。冻土锚杆抗拔力试验、L型挡墙墙背冻胀力与变形发展过程的试验提出了多年冻土区支挡结构设计参数与计算方法。冻土与基础界面间的抗拉冻结强度试验得出了冻土与基础界面的抗拉冻结强度高于抗剪冻结强度的结论，在基础稳定性检算中用抗剪冻结强度代替抗拉冻结强度是偏于安全的。风火山多年冻土试验工程为青藏铁路的施工提供了依据：1）路堤的人为上限具有不对称性，揭示了高原多年冻土区路堤人为上限的六种形态。     

岛状多年冻土地区复合地基承载力特性

由于冻土的热力学性质不稳定常引起冻土地区的建筑工程产生冻土病害破坏。文章依托大兴安岭南麓地区某公路的多年冻土段路基处理工程,研究CFG桩-筏板复合地基在岛状多年冻土中的承载力特性并进行现场试验,结果表明复合地基周围冻土回冻缓慢,复合地基的桩端反力占基础承载力的50%以上,并且随着荷载的增加,桩周土承担的荷载逐渐增大。     

多年冻土区管桩基础抗拔承载性能试验研究

以青藏直流联网工程为背景,进行上拔和水平力组合荷载作用下管桩基础抗拔承载性能真型载荷试验。结果表明:冻结期冻土地基整体处于冻结状态,地基回冻情况良好;融化期最大融化深度与地基多年冻土上限较吻合,多年冻土层无明显退化迹象。上拔加载过程桩底接触土压力减小,冻结期活动层范围内桩侧土压力明显增大,融化期活动层范围内桩侧土压力大大减小,其余位置土压力变化不明显。冻结期基础位移量显著低于融化期,冻结期抗拔及水平承载力高于融化期,上拔承载力高于水平承载力;上拔荷载与位移关系可采用幂函数模型进行预测。试验所得基础抗拔承载力与规范法计算结果比较吻合,表明冻土地区桩基础抗拔承载力规范计算方法是可靠的。     

岛状多年冻土地区桥梁桩基回冻后承载力的静载与动测对比试验研究

为了准确掌握岛状多年冻土地区桥梁钻孔灌注桩的回冻时间及桩基回冻后的承载力,在岛状多年冻土地区选择2个试验地点,每个试验地点浇筑了2根15 m长的试验桩,并在其中一根试验桩处布设温度监测系统,采集桩基回冻过程中的温度数据,根据温度监测结果判断桩基回冻状态,在桩基完成回冻后进行静载与动测试验,测出桩基极限承载力。监测及试验结果表明:试验桩所在区域岛状多年冻土地温约为-1.9℃,桩基完成回冻后桩身内部温度与桩侧1 m处的土体温度变化趋势相同,相同深度处的温差小于0.1℃;用静载法实测出的各土层回冻后的桩侧摩阻力值修正高应变动测法桩–土力学模型中的土层参数,计算曲线与实测曲线拟合较好;动测与静载试验所得到的桩基极限承载力误差为3.91%,试验结果相符合。研究成果可为类似冻土条件下的桩基设计及承载力检测提供理论依据。     

多年冻土地区工程桩竖向承载力三维数值分析

根据冻土与混凝土圆柱问冻结强度试验,得出冻土温度对冻结强度影响强烈的特点.将混凝土灌注桩、桩周冻土及桩土接触面简化成有限元集合体,编制了三维非线性有限元程序.计算的荷载一沉降曲线与漠河多年冻土区现场试验荷载-沉降曲线吻合程度良好,验证了该模型的适用性;对不同的冻土温度、桩径、桩长等因素进行了参数影响分析,得到对桩承载力...     

多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素分析

为研究多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素,以中国多年冻土区广泛存在的高承台桩基础为研究对象,通过拟静力试验结合有限元方法探讨了多年冻土区桥梁桩基础地震破坏特征及冻土层物理力学特性变化对其抗震性能的影响规律。结果表明,随着土体温度的降低,桩–冻土体系的水平承载力、初始刚度均呈增大趋势,桩身位移在土体冻结前后变化显著。土体初始含水率的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的影响较小,但以土体最优含水率为界限,界限含水率两侧桩–冻土体系的刚度变化存在较大差异。土体压实度的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的改变影响较小,桩–冻土体系的初始刚度随着压实度的增大而增大。因此,在冻土区桩基础桥梁抗震设防中应当充分考虑桩周冻土物理力学特性变化对其抗震性能的影响。     

高原多年冻土区隧道浅埋段热棒群防护工程效果评价EI北大核心CSCD

以G214公路高原多年冻土区姜路岭隧道浅埋段热棒群防护工程为例,通过对隧道天然工况下和热棒群防护下的隧道围岩地温变化特征及冻融圈变化规律的研究,评价了利用热棒群对高原多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的工程效果。研究表明:天然工况下隧道施工产生的冻融圈范围大于2.2 m;冻融圈回冻时间大于4 a;在热棒群防护下姜路岭隧道出口左洞洞侧人为冻土上限抬高0.5 m;隧道洞顶冻融圈的回冻时间为1 a,洞侧冻融圈回冻时间为2~3 a;地温总体上呈现出类似于正余弦曲线的变化形式,暖季地温较大,寒季地温相对较小,且随着时间推移,同期地温在逐渐降低;评价认为利用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护可以快速消除施工给隧道冻土围岩带来的热干扰,维持洞周冻土围岩的稳定,同时在洞周形成冻土防渗帷幕,阻隔冻结层上水向隧道结构方向的渗入,是一种有效保护隧道多年冻土环境的工程措施。     

多年冻土区斜坡地带锥柱基础初始回冻过程模型试验

青海—西藏±400 kV直流联网工程沿线穿越多年冻土区565 km,其塔基将不可避免地遇到大量的冻土工程地质问题。锥柱型基础具有承载能力强并可消减切向冻胀力的特点,因而成为该条线路多年冻土区杆塔基础的主要形式。本文以青藏±400 kV直流联网工程为背景,对多年冻土地区斜坡地带锥柱型基础在回冻过程中的稳定性开展研究。主要通过相似比为1∶10的室内模型试验,监测地基土回冻过程中基础所受的冻胀应力,以及基础位移在水平与垂直方向的变化规律,并基于试验结果和研究现状对工程设计、施工与维护提出建议。试验结果显示：在冻结过程中随着地基土温度的降低冻胀力逐渐增大,基础顶部的水平冻胀力最大达到130 kPa,基础底部的法向冻胀力最大可达80 kPa。冻结过程中基础有冻拔现象,最大为5.5 mm。试验中基础顶部的水平位移最大达到3.8 mm。     

高原多年冻土区隧道浅埋段热棒群防护工程效果评价

以G214公路高原多年冻土区姜路岭隧道浅埋段热棒群防护工程为例,通过对隧道天然工况下和热棒群防护下的隧道围岩地温变化特征及冻融圈变化规律的研究,评价了利用热棒群对高原多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的工程效果。研究表明:天然工况下隧道施工产生的冻融圈范围大于2.2 m;冻融圈回冻时间大于4 a;在热棒群防护下姜路岭隧道出口左洞洞侧人为冻土上限抬高0.5 m;隧道洞顶冻融圈的回冻时间为1 a,洞侧冻融圈回冻时间为2~3 a;地温总体上呈现出类似于正余弦曲线的变化形式,暖季地温较大,寒季地温相对较小,且随着时间推移,同期地温在逐渐降低;评价认为利用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护可以快速消除施工给隧道冻土围岩带来的热干扰,维持洞周冻土围岩的稳定,同时在洞周形成冻土防渗帷幕,阻隔冻结层上水向隧道结构方向的渗入,是一种有效保护隧道多年冻土环境的工程措施。     

青藏直流输电工程粗粒冻土地基温度监测与分析

为分析青藏直流输电线路工程冻土地基的冻结情况及其对基础安全稳定性的影响,在青藏高原五道梁地区对装配式原型基础冻土地基进行1个冻融过程的地温监测,结合该地区气温资料,分析粗粒冻土地温随时间变化特点和沿深度分布情况。监测结果显示：地温呈周期性波动,振幅随深度增加而减小,原状和回填冻土地基上部均存在冻融状态交替的冻融活动层;监测期内基础底部冻土处于冻结状态,基础安全稳定;原状和回填冻土最大融化深度分别为3.0和3.2 m,通过建立地温估算公式,并利用地温变化幅值、均值等结果,得到原状多年冻土上限为3.1 m,与工程勘测和监测结果一致;建立冬季时高孔隙率回填冻土地基传热方程,分析地基传热性能和与孔隙率直接相关的地基中空气自然对流速度对地基回冻的影响。研究表明：冻土回填扰动加剧地温波动的振幅和增大冻土融化深度,但影响程度和范围有限;输电线路冻土装配式基础冬季施工,在冻融活动层深度内保持地基适当孔隙率,既可在冬季加速地基回冻,又可利用土体自然固结和融沉,提高压实度,从而在暖季减弱热量向地基深部扩散,有利于地基保持冻结。     

多年冻土的桩基础设计简述

我国是多年冻土大国 ,冻土地区的冻害已成为制约我国干寒区经济发展的重要因素 ,本文主要介绍了当前在多年冻土地区修筑桩基础时常采用的形式及各种桩基础类型之间的特点、桩基础设计与计算方法和理论。     

中国冻土力学研究50a回顾与展望

中国多年冻土和季节冻土面积分别占国土面积的 21.5% 和 53.5% 。在这些地区,地表层都被一层冬冻夏融的冻结–融化层覆盖,作为地基的冻结–融化层,在其冻融过程中土体性质受气温的变化直接影响着上部建筑物的稳定与安全,因此,在冻土地区进行水利工程、工业与民用建筑及交通运输工程的建设,就必须对冻土及其与工程建筑物相互作用的一系列工程冻土学理论和实践问题做出解答,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性、耐久性及经济合理性。简要回顾了中国冻土力学的创始和发展过程,阐述了冻土力学在强度与变形、本构模型研究、水热过程研究、冻土与结构物相互作用研究及冻土力学测试技术的发展等 5 个方面的成就,并根据冻土力学学科特点、工程建设对冻土力学发展的要求以及相关学科的发展趋势,展望了冻土力学未来的发展方向。     

低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态承载性质试验研究

 多年冻土地基由于大直径钻孔灌注桩桩身混凝土水化热造成桩周冻土融化,而桩体混凝土灌注初期桩土体系不具备冻结强度,导致钻孔灌注桩初期承载力很低。研究低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态的承载力和变形性质,可为工程施工工期安排提供技术依据。结合青藏铁路索南达杰特大桥工程进行低温多年冻土大直径钻孔灌注桩地温测试及现场静载试验,为此设置桩土界面测温孔(SB)、桩侧测温孔(SC,距离桩壁30 cm)以及未受施工扰动的基准地温孔(JZ)。获得夏季灌注桩混凝土入模温度为11 ℃,不同龄期桩土体系的地温分布,并分析桩土体系的回冻过程。测试数据表明：混凝土灌注完成30 d以后,桩顶至地表下2 m为正温,地表下2 m到桩底桩身表面均为负温,在－0.43 ℃～－1.26 ℃范围内变化;灌注50 d以后,桩土界面地温逐渐降低,为－1.0 ℃～－1.85 ℃,与未受扰动天然地基地温相比,桩土体系尚未完全回冻。同时进行不同地温条件下基桩的现场静载试验,分析竖向承载力、变形及桩侧摩阻(或冻结力)分布特性。当加载到最大荷载(7 600 kN)时,桩顶竖向位移达到4.93 mm,卸载后未恢复的变形为1.01 mm,说明低温多年冻土地基钻孔灌注桩在未完全回冻状态下(试桩龄期30 d)基桩具有较高竖向承载力,且变形量小。     

多年冻土基桩回冻中承载力测试研究

在多年冻土区混凝土灌注桩的施工中,水化热会导致桩周冻土温度升高和部分融化,随着水化热的减少以及向周围冻土传热,桩周土开始慢慢回冻。在此回冻期间,采用自平衡测桩方法对灌注桩的承载力进行了测试。结果表明,经过一个月的回冻时间,基桩即能提供足够的承载力,从而保证下一步施工的正常进行。     

多年冻土区未回冻钻孔灌注桩承载性质试验研究

为研究青藏高原多年冻土区钻孔灌注桩在未回冻状态下基桩承载力和变形性质,解决后续承台、桥墩(台)的施工、上部结构的铺架以及对工期的影响等问题,本文结合青藏铁路以桥代路特大桥工程进行高温细颗粒多年冻土钻孔灌注桩的现场静载试验,根据现场地温测试及静载荷试验资料,分析了桩-土体系回冻过程及其回冻过程中桩侧摩阻(或冻结力)的分布,获得钻孔灌注桩灌注后不同地温条件下的竖向承载力及变形性质,为后续工程的施工提供技术依据。     

青藏高原多年冻土地区路基及桥梁桩基施工技术

多年冻土地区修筑道路一直是世界性难题,至今仍然是许多国家和地区研究的热点.曲麻莱至不冻泉公路地处青藏高原多年冻土地区,地质条件极其恶劣.详细阐述了多年冻土地区路基施工技术以及对不良地质的处理措施,同时介绍了多年冻土地区钻孔灌注桩用于桥梁桩基础的施工措施.     

冻土区桥梁群桩基础地基回冻过程的非线性分析

考虑大气温度、水文地质条件、混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应,以传热学为基础,给出了冻土区桥梁群桩基础地温场控制微分方程、边界和初始条件,及其空间分析有限元计算模式。结合青藏铁路冻土区某桥梁工程实例对群桩回冻过程温度场进行了计算,将计算值与实测数据进行了对比,提出了回冻率的概念,并对回冻过程及前景进行了分析。     

桥梁钻孔灌注桩施工中高温冻土地基温度场动态监测与研究

通过对钻孔灌注桩地基温度变化进程进行为期 1 a 的监测,掌握了施工扰动下高温冻土地基温度场的变化规律。研究结果表明,采用冲击钻成孔工艺的混凝土灌注桩施工,对地基温度场的热扰动较大;寒季大气降温仅对浅层地基具有直接冷冻作用,而发生在深层自下而上冻结过程和桩侧土体由外向内的冻结过程却十分缓慢,温度降低幅度有限。高温多年冻土地段钻孔灌注桩群桩基础周围土体的温度,在有限的施工期内不能回冻到初始温度状况。     

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%.