寒区隧道衬砌结构设计方法

在寒区冬冻夏融周期变化的环境下,冻害问题常影响到隧道结构及运营安全。为提高寒区隧道设计水平,节约工程建设成本,同时保证隧道安全正常运营,本文提出了新的寒区隧道衬砌结构设计思路:在提出寒区隧道衬砌设计流程的基础上,给出了不同冻土段衬砌结构选型的建议:冻岩隧道可采用三层复合式衬砌结构,工程冻土段隧道可采用柔性支护体系的复合式衬砌;系统总结了多年冻土段和工程冻土段的冻胀力控制措施;从结构设计角度,分析了铺设保温层的必要性取决于:冻胀力的量值和衬砌结构的耐久性;最后将提出的寒区隧道衬砌结构设计方法应用于实际工程,定量评估了姜路岭隧道围岩冻胀力控制措施的效果,且目前隧道现场科研监测未测到冻胀力;根据本文研究成果,优化了白茫雪山1号隧道衬砌结构的设计,考虑到保温层铺设成本较高且延缓了施工速度,调整了衬砌保温结构设计,减少保温层铺设长度3 810 m。     

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。     

哈尔滨地区初冻期包气带土壤垂向水分变化特征试验与分析

在我国典型寒区哈尔滨地区,以初冻期的包气带土壤作为研究对象,在对土壤基本性质分析的基础上,利用烘干法测定不同埋深土壤含水率,试验分析得到初冻期土壤剖面含水率大致呈大—小—大的变化特点,随着土壤中水分的冻结,土壤中的水分向冻层迁移,冻层中含水率增大较明显。土壤冻结过程强烈依赖于土壤温度,由土壤垂向含水率变化曲线可见:埋深0～20cm土壤因受到外界降水、蒸发影响土壤含水率变化明显,埋深20～40cm土壤含水率较其它各层大,埋深40～80cm的含水率则趋于一致。以此为哈尔滨地区乃至寒区冬季冻结土壤的水分迁移研究提供科学依据。     

洛古河冻土发育过程分析

为研究大兴安岭洛古河地区的冻土发育过程,利用原位监测测得的大兴安岭洛古河地区的2018～2019年的地温数据,进行筛选、处理并绘制冻土发育过程线,分析结果表明,根据监测点3条地温链数据绘制的3条冻土发育过程线趋于一致,表明测得的数据可靠;监测点测得的最大冻结深度为287.63cm;根据冻土发育过程特征,可将发育过程分为不稳定封冻期、稳定封冻期、不稳定融冻期、稳定融冻期和无冻期。通过分析了解了冻土的发育特点,可对寒区工程施工及构筑物的稳定运行采取针对性的预防措施。     

冻土动态力学特性研究分析

指出冻土动态力学特性主要研究在各种动态荷载作用下冻土的变形和强度特征及土体稳定性，其研究成果对寒区工程设计有着重要的意义，主要从动力学参数、动应力应变关系及动强度、动蠕变等几个方面介绍目前冻土在动态荷载作用下的力学特性的研究状况并进行了分析。     

冻土石混合体、冰石混合物和冻土在压、拉作用下的破坏特征对比

在寒区工程建设中了解冻混杂岩土材料,如冻土石混合体的力学性质是保证工程建设安全的前提条件。采用单轴压缩和巴西劈裂试验探讨纯冰、冰石混合物、冻土和冻土石混合体在不同冻结温度(-10℃,-20℃,-30℃)下的变形以及强度性质,同时借助显微成像技术观察试样内部的冰石、土石、冰土界面形态和受力开裂特征。试验得到以下结论:(1)在单轴压应力或劈裂拉应力作用下纯冰和冻土的破裂面相对平直;而冰石混合物和冻土石混合体的破裂面相对弯曲。(2)受块石形状的影响(外凸和内凹、锯齿边界),冰石混合物中可见对应的沿准确的冰石界面开裂和在界面附近冰体一侧开裂的2种裂缝类型;冻土石混合体中裂缝主要在冻土中和土石界面间发育。(3)试样的抗压和抗拉强度随冻结温度的降低呈现线性增加的趋势。随温度的降低冻土和冻土石混合体的压、拉强度增长速率要大于纯冰和冰石混合物的强度增长速率;各试样的压、拉强度比约为5。(4)在冻结温度为-10℃时,各试样的抗压、抗拉强度大小依次为冰石混合物冻土石混合体冻土纯冰;然而在冻结温度为-30℃时,抗压强度大小依次为冻土冻土石混合体冰石混合物纯冰,抗拉强度大小依次为:冻土石混合体冻土冰石混合物纯冰。(5)冻土石混合体内部土石界面间除胶结冰的冻黏作用之外,还存在胶结冰的嵌入和互锁强化作用。在高含水量的冻土内部,土颗粒易溶于水中,在冰土界面土层一侧形成冰土混合交融层,该层强度大于纯冰强度,有效提高了冻土的强度。     

季节冻土层下人工冻土墙温度场试验研究

文中研究季节冻土层对人工冻土墙温度场的影响。研究结果表明,季节冻土层有无及季节冻土层温度的不同对冻土墙轴面和界面交点处的温度存在影响。季节冻土层温度越低,人工冻土墙温度变化速率越快。随着季节冻土层温度的升高,人工冻土墙最终温度也有所升高,当无季节冻土层时人工冻土墙温度变化速率最慢。试验结果对利用天然冷能节省人工冻结耗能技术在实际工程中的应用具有一定的实用价值和指导意义。     

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。     

季节性冻土环境下输电杆塔地网接地特性研究

季节性冻土的融冻循环过程会导致土壤电阻率和冻土层分界面随季节变化,冬季输电线路杆塔地网接地电阻可能上升,甚至超过标准限定值,影响线路的安全稳定运行。为了研究季节性冻土因素对杆塔地网接地电阻的影响,仿真研究了冻土层结构及冻土层厚度对其接地电阻的影响,并采用柔性石墨和圆钢接地材料同沟敷设的方案对实际输电线路杆塔地网进行了改造,对比分析了接地电阻的差异。研究结果表明:在不同冻土层结构和冻土层厚度情况下,柔性石墨地网相比于圆钢地网,其接地电阻最大降阻率分别达到了18. 76%和23. 65%。研究成果可为季节性冻土环境下输电线路杆塔接地降阻提供参考。     

冻土未冻水含量与电导率的关系研究

冻土中未冻水与冰含量的确定是困扰寒区岩土工程研究的难题之一.通过对冻土的电导率进行测试,研究冻土电导率对含水率和温度的响应规律.试验结果表明,正温下电导率与温度的关系不能直接应用于负温条件,传统简单等效的方法会导致较大误差.基于冻土的导电理论建立冻土未冻水含量的电导率模型,实现了土体电导率模型在正温和负温区间的统一.分...