冻融过程中未冻水含量及冻结温度的试验研究

 土体冻融过程中的未冻水含量是控制水分迁移及冻胀融沉的关键因素,而冻结温度是判断土体是否处于冻结状态的重要指标。基于频域反射法(FDR),测定不同初始体积含水率条件下青藏高原粉质黏土,冻融过程中的体积未冻水含量及温度变化,分析引起体积未冻水含量及冻结温度产生差异的主要原因。试验结果表明：初始含水率较高的土体,冻结过程中出现了很明显的过冷现象以及温度和体积未冻水含量的突变,而初始含水率较低的土体,这种现象并不明显。初始含水率较大的土体冻结先于初始含水率较小的土体,并且对温度突变的敏感性大于初始含水率较小的土体。对冻融过程体积未冻水含量的滞后分析发现,体积未冻水滞后度?θ和温度滞后度?T均是先增大后减小,体积未冻水滞后度?θ的峰值发生在相变区附近,其峰值随着初始含水率的增大而增大。当初始含水率等于或高于液限含水率时,含水率对冻结温度影响不大;当初始含水率低于液限含水率时,冻结温度随含水率减小而降低。     

基于近红外光谱技术的冻土未冻水含量分析研究

简述了冻土的含义,对引入近红外光谱技术对冻土中的未冻水含量进行测量的方法作了介绍,并与传统测定方法进行了对比试验,结果表明近红外光谱技术可以准确的测量出冻土中的未冻水含量,冻土中的未冻水含量在-10℃时与初始含水量关系不大,都趋于同一数值。     

低温饱和岩石未冻水含量与冻胀变形模型研究

 寒区岩石在季节性温度变化下会经历冻胀融缩过程,研究低温岩石中未冻水含量以及冻胀变形规律是进行寒区工程数值仿真和稳定性分析的关键问题。岩石是不同于土体的脆性多孔介质材料,孔隙中的未冻水含量还无法通过实验直接测量;基于累计孔隙体积分布规律,考虑孔隙水的冻结点变化和未冻水膜的影响建立低温岩石未冻水含量理论表达式,实例证明该计算式具有较高的可靠度。假定岩石为弹性孔隙介质,基于孔隙冰与岩石孔隙间的膨胀耦合关系可计算冰压力;利用应变等价原理将孔隙中的冰压力等效为岩石表面的三向拉应力,从而根据弹性理论建立了有效冻胀力下低温饱和岩石冻胀变形模型。结果表明饱和岩石低温冻胀变形与岩石基质的力学参数、岩石孔隙率以及未冻水含量等因素有关。最后通过与2个已有的室内冻胀变形实验对比,说明本文冻胀变形模型的正确性以及实用性。     

未冻水含量对含废弃轮胎碎屑冻土超声波速度的影响

本文介绍了用液浸式超声波循环法测定冻土中超声波速度的原理和过程 ,并在 - 0 .2℃～ - 1 0℃温度范围内测定了含有不同比例废弃轮胎碎屑的Tomakomai粉土的纵、横波速度。结果表明超声波在冻土中的纵、横波传播速度在冻土温度接近 0℃时随温度的升高而急剧降低。结合冻土的未冻水含量随温度的变化规律分析表明 ,冻土中超声波的传播速度与冻土未冻水含量呈良好的线形关系 ,且未冻水含量每增加 1 % ,纵波速度约降低 6 2m/s;横波速度降低约 35m/s。     

裂隙砂岩未冻水含量演化特征研究

孔隙水的冻结是寒区岩体发生冻胀损伤的根源，研究未冻水含量演化规律对于了解孔隙水的冻结过程，揭示冻结岩体的损伤机制具有重要意义。以完整与双裂隙砂岩为研究对象，开展不同冻结温度(-2℃，-5℃，-10℃，-15℃，-20℃)下循环冻融试验，采用核磁共振系统检测未冻水含量变化。通过分析冻结温度、冻融次数、裂隙对未冻水的影响，探究未冻水含量与砂岩细观损伤的关联。结果表明：(1)岩样未冻水含量随温度降低呈指数型衰减，在温度梯度作用下，毛细水的冻结速率最快，自由水次之，结合水的冻结速率最慢；(2)未冻水含量与冻融循环次数线性负相关，当冻结温度低于-20℃时，冻融次数对未冻水含量的影响减弱，但裂隙的存在促使冻融前期自由水冻结速率加快，中、后期结合水加速冻结，相比完整岩样，裂隙岩样未冻水含量减少5%;(3)岩石孔隙体积和渗透率均与冰含量呈正相关，裂隙岩石的冻融损伤主要是由于冻融前期自由水的原位冻结，后期结合水的继续冻结以及毛细水的迁移过程造成的。该研究有助于深入了解裂隙岩石的冻融特性，为寒区岩体工程安全建设与运营提供理论依据。     

上海粉砂土在人工冻结条件下的导电特性试验研究

在初始含水率和密度与原位土一致的情况下,通过电阻率试验对上海地铁四号线的粉砂土进行了在30～-30℃条件下的导电特性试验研究。结果表明:未冻水含量较高时,粉砂土的导电性在高电压情况下随着电压的升高而增强;在含水率和密度一定的情况下,粉砂土的导电性与温度密切相关,即电阻率随温度降低而增大,也就是说其导电性随温度的降低而减弱;在温度高于0℃条件下,粉砂土的电阻率随温度变化相对较小;在温度低于0℃条件下,粉砂土的电阻率随温度变化较明显;在30℃≥t≥0℃,0℃t≥-10℃及-10℃t≥-30℃三个温度段,分别拟合出温度与电阻率之间相关度较高的回归方程。上述结论可为今后长江三角洲地区类似土层采用电阻率法监测冻结壁的发育状况提供物理基础。     

未冻水仓影响深厚冻结壁安全的探讨

指出随着表土层厚度的逐渐增大,冻结法凿井工程中多圈冻结管设计越来越多,多圈冻结工程中,极有可能在两排冻结管交圈以后两者之间形成未冻土夹层,在适宜的工程地质条件下,甚至有可能形成密闭的水仓,这是冻结工程的重大安全隐患,针对这个问题,探讨了形成密闭水仓的可能条件、危害及施工处理对策,以期为深厚表土层冻结法凿井工程提供指导。     

冻土原状样体积热容测试及经验估计方法

本文介绍了冻土体积热容各参量测试的基本原理和仪器设备.通过对采自大兴安岭多年冻土带的4种典型计94个样品的测试,总结出了- 10℃条件下的冻土体积热容与总含水量和干容重间的二元线性回归方程式.同时依据大量测试数据,给出了估计7种冻土骨架比热的经验数据和估计4种土在任一负温下未冻水含量的经验公式,从而使按经验估计任一负温...     

基于热参数和土水势变化的冻土冻结势研究

针对冻土热参数、土水势在不同温度条件下的变化趋势缺乏统一表述的问题,提出了冻土冻结势概念。为通过不同温度下的热参数和土水势变化率得到冻结势的表达式,首先,基于Johansen法反演不同温度下的冻土未冻水含量,根据未冻水含量计算出冻土热参数理论值,得出热参数在不同温度下的变化率;其次,通过土水特征曲线研究了冻土土水势随未冻水含量的变化关系,得出了冻土土水势在不同温度下的变化率;最后,根据以上计算结果拟合出了冻结势函数。研究结果表明:热参数及土水势在不同温度下产生不均匀变化的根本原因是未冻水含量的不均匀变化;随着土体温度的降低,未冻水含量、土水势、热参数先发生剧烈变化,随后变化趋势减缓并趋于某一数值;在温度为0～-5℃时,冻土冻结势急速发展,当温度低于-5℃时冻结势发展趋缓,由此得出0～-5℃是重塑冻土热参数和土水势性质的剧变区间。在此基础上,依据冻结势函数拟合出一种考虑温度变化的导热系数计算方法,该计算方法能较好地预测不同温度下冻土的导热系数。     

菏泽矿区深部黏土层冻结土的力学性状试验研究

 对万福矿井400～700 m深度3个巨厚黏性土层取样进行冻土力学性状试验研究,获得如下结果：(1) 深部黏性土冻土的应力–应变曲线关系主要表现为应变硬化特点,达到峰值应力之前显现较大幅度的屈服形变;(2) 从－15 ℃,－20 ℃和－25 ℃三种对比温度的冻土力学性状看,温度对于冻土蠕变性的影响较对强度的影响更明显,－20 ℃是有效控制深部黏土冻结壁蠕变性的冻结状态界限值。经分析认为,深层黏土冻土力学性状及其与冻结温度的关系特点主要与层深部黏性土的含水性和结构性有关。试验土样处于半坚硬状态,所含水分以结合水为主。因结合水冻结温度要比重力水低得多,温度降低至－20 ℃以下,土中胶结冰含量会因结合水的冻结而明显增加,胶结冰和粒间摩擦力对于冻土强度的发挥程度趋于稳定,由此导致冻结土流变性的急速降低。     

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。     

青藏铁路北麓河试验段地温分布对比分析研究

考虑相变和全球气温升高的影响,利用数值分析方法,对青藏铁路目前惟一的L型支挡结构的温度场进行了数值模拟.通过建立路基温度场有限元模型,选取适当的边界条件、初始条件及热学计算参数,计算北麓河试验路基断面10 a内的地温变化情况,并与2 a的地温实际测试资料进行对比分析.冻土融化深度数值计算和实测数据吻合较好,反映地温对气温变化的滞后响应特性,表明计算模型是可信的,计算结果可供参考.未来10 a的数值计算结果表明：最大融深（或冻土上限）没有下降,表明冻土已经形成新的平衡,冻土上限稳定.可以预见该土工结构最终会达到一个稳定的热平衡状态,表明L型这种柔性支挡结构应用于多年冻土地区是适宜的.     

相似方法在冻土低温三轴压缩试验研究中的应用

主要介绍相似方法在冻土抗剪强度低温三轴压缩试验研究中的应用及若干关键科学问题。基于目前广泛应用的Bockinghamπ定理，采用量纲分析方法，并考虑冻土的本构方程、含水量与重度之间的关系，研究试件几何尺寸、试验控制条件、土性指标及冻土变形应力、应变之间的相似关系，求解冻土抗剪强度指标的相似解析式。据此，可由某一条件下冻土抗剪强度指标的试验测定结果，推求其他条件下冻土抗剪强度指标的相似计算值。试验结果表明，所得的冻土抗剪强度指标的相似解析式具有很高的推求计算精度，能够很好地应用于冻土工程及相关科学研究。     

含水量对红黏土中土工格栅拉拔性能影响的试验研究

 通过室内大型拉拔试验设备,对土工格栅在8组不同含水量的红黏土中的拉拔特性进行系统测试。结果发现,土工格栅在黏性填料中主要表现为拔出破坏,含水量对于拉拔力的影响显著,拉拔极限荷载随含水量的增加逐渐降低,在塑限附近趋于一常数,且此时格栅与填料之间的似摩擦因数接近0。格栅的应变分布特征证明含水量的增加导致筋土摩擦力的显著减小。除了影响极限拉拔力,含水量还影响格栅的拉拔过程,它的增加使得格栅应变的线性增长结束后很快达到其极限承载力。     

特深基坑排桩冻土墙围护结构的冻胀力模型试验研究

润扬长江公路大桥南汊悬索桥南锚碇基坑深29 m,平面尺寸为69 m×51 m,采用排桩冻土墙围护结构,为解决该结构设计中冻胀力取值难题,进行深基坑排桩冻土墙围护结构冻胀力物模试验研究。首先根据相似理论,推导模拟试验的相似准则;然后,进行模型设计和制作;最后,通过模拟试验,首次得到没有卸压孔时,排桩所受水平冻胀力为0.238 MPa,当在冻土墙外侧施工卸压孔时,排桩所受的水平冻胀力平均值为0.133 MPa。并给出了随着基坑开挖的卸压作用,桩上受到的水平冻胀力呈现减小趋势,最大衰减率达40%。从而为这种新型围护结构的工程应用提供设计依据。     

冻结哈尔滨粉质粘土动三轴试验CT检测研究

基于对冻结哈尔滨粉质粘土动三轴试验前后试件CT检测结果，详细研究了冻土的强度、微观变形机制和结构损伤等变化特性及其与试验的负温和围压、土的含水量和容重、轴向荷载的振动频率和振动次数等主要影响因素之间的关系。     

冻土超声波波速与冻土物理力学性质试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质．运用UVM-2型声速测定仪，测定不同密度的冻结砂土、冻结黄土和冻结粘土在不同温度下的超声波波速(纵波波速和横波波速)。对比分析不同土质的冻土，在温度和密度变化时超声波波速的变化，得出以下结论：土质颗粒的大小及组成成分在土冻结且在温度继续下降的过程中，通过影响结合水含量的变化而影响未冻水含量的变化．从而进一步影响冻土中的超声波传播速度．所以，可以在超声波波速与温度变化和未冻水含量与温度变化的基础上，建立超声波波速与未冻水含量的关系，通过测定超声波波速来量测冻土未冻水含量．密度的变化也影响着冻土纵、横波波速的变化，且冻结黄土的波速受密度变化影响较大，而冻结粘土则较小。冻土土质类型不同．透过它们的纵波波速和横波波速的变化范围也不同，可以通过对比表示压缩和剪切相对幅值的纵横波速比比值，来判定此冻土的土质类型，一般冻结粘土为1．07，冻结黄土为2．15，冻结砂土为0．7。根据弹性理论，泊松比与波速比有关，所以可以直接测量冻土的波速比研究冻土的强度及变形性能．     

用γ射线双源双能法测定三轴受荷试样湿度密度的公式

γ射线因其有无损、快速等特性，而被广泛地应用于无损快速测量。由于土试样在力与水共同作用下，其密度和含水量将同时变化，故在同时测定密度和含水量的变化规律时，就采用到γ射线双源双能。以核物理学的已有成果为基础，研究了双源双能法在测定土试样的密度和含水量时的理论公式。     

水泥土搅拌法处理高含水量软基的关键问题分析

结合实际工程对水泥土搅拌法处理高含水量软基时面临的关键问题进行了分析,研究表明地基土含水量对水泥土强度和成桩质量有重要影响。实际工程中应根据软土地基特性,制定合理的配合比和搅拌工艺,以确保水泥土强度和加固效果。