季节冻土区梯形混凝土衬砌渠道冻胀预测研究

依据热传导和质量迁移理论,建立渠基冻土温度场、水分场和应力场耦合数学模型,分析了影响季节冻土区渠基土体冻结的核心因素温度和水分运移量,提出以冻结期渠基土体温度和水分迁移量为变量,建立渠基土体冻深和冻胀量预测模型。借助于季节性冻融条件下梯形混凝土衬砌渠道原型观测成果,观测了冻结期渠基以下5 cm处土体温度以及水分迁移量,研究了季节冻融渠基温度和水分运移及其诱发的冻深发展和冻胀变形的变化。经检验,预测曲线与实测曲线基本一致,且满足误差要求,用冻结期土体温度和水分迁移量来预测冻深、冻胀的方法准确可行。     

河套灌区季节冻土水分迁移规律

土冻结过程中的水分迁移是一个极其复杂的自然现象.薄膜水迁移理论认为,土体冻结过程中,温度场、水分场的耦合作用,导致水分迁移和水分重分布.由此改变冻土结构及其物理力学性质.水分迁移的作用在于它是形成冰分凝和冻胀的根源.其量取决于外在条件和内在动力.河套灌区季节冻土冻胀规律研究成果(1987～1990、1990～1993),已揭示了季节冻土水分迁移发生和发展过程特征及其规律.灌区的自然条件,地质地理环境,以及人为活动影响和制约水分迁移,形成本区季节冻土水分迁移的特征及其规律.     

水盐运移对硫酸盐渍土盐-冻胀规律的影响

为研究水盐运移情况下硫酸盐渍土盐-冻胀规律,采用室内土柱冻融试验,利用teros-12传感器及位移计测定冻融循环过程中土体含水率、电导率、温度和位移的变化,分析了水盐运移规律及其对土体盐-冻胀变形的影响。试验结果表明:在自上而下的冻结方式中,土体底部水分向冻结锋面移动,带动盐分向上聚积,同时土体体积含水率和电导率随温度的升降循环存在明显“滞回”现象。冻结阶段土体发生膨胀,竖向变形可分为3个阶段:①调整阶段,由生成芒硝引起;②快速变形阶段,由生成芒硝与冰晶共同作用所致;③缓慢变形阶段,由生成少量冰晶所致。融化阶段土体竖向变形以一定融陷速率发生快速融沉。含硫酸钠盐渍土冻融循环过程中,竖向变形随时间的变化关系呈现“桃尖型”趋势,且每次冻融土体竖向变形速率基本一致。随冻融次数的增加,盐-冻胀率也不断增加。土体含盐量越高对土体竖向变形的影响越显著。本研究可为揭示含硫酸盐渍土盐分和水分随温度变化的“滞回”现象以及水-盐-热-力耦合模型的建立提供数据支撑。     

季节冻土区含砂低液限黏土冻融过程试验研究

为研究季节冻土区含砂低液限黏土在不同埋深地下水补给时的单向冻融过程,采用由箱体、制冷/热系统和地下水补给系统等构成的冻融系统装置,对大尺寸土体模型进行单向冻融试验。试验结果表明:在冻融过程中,各土层平面的温度、含水率与冻融量均分布不均匀,且三者之间相互影响;在地下水补给下,土体的冻胀量大于融沉量,且融沉时长小于冻胀时长;不同埋深地下水对冻融的影响主要表现在对土体冻前初始含水率的影响,进而影响温度梯度和冻结锋面的变化,进一步影响未冻水的迁移、冻胀量和融沉量等发展,因此,冻融作用为温度场、水分场和位移场等复杂的多场耦合作用的结果。     

土工织物加筋挡墙抗冻适应性研究

地基土冻结、冻胀及融沉将直接影响到建筑物的安全.加筋土结构是耐压的土与耐拉的土工合成材料两者用一定方式组合形成的高强度复合体.在季节冻土地区用作挡墙,使结构抗冻适应性增强.“河套灌区水工建筑物冻胀防治措施研究”课题就土工织物加筋挡墙抗冻胀机理和加筋挡墙结构型进行了系统深入的研究.1 土工加筋结构抗冻胀机理1.1 土体约束压力作用下冻胀量计算土体的冻胀包括冻层内土体孔隙中水分冻胀和迁移水形成冰镜引起体积增量两部分.试验研究表明,水分向冻结前缘带迁移,除与土质、温度、水分等因素有关外,还与土体所受的有效约束压力有明显关系.有效约束压力越大,冻胀量越小.当有效约束压力超过“中断压力”时,冻结锋面不是吸水,而是转向排水.     

聚苯乙烯泡沫板在龙凤山灌区中的应用研究

通过实际工程中的应用采用保温措施处理的地基能确保地基温度场的稳定,减小地基土体的冻胀变形,维护了地基上构造物的整体稳定。保温板的热学性能对土体温度场的稳定起着重要作用,减小冻结层厚度,抑制基土水分迁移量的变化。通过工程应用说明保温板的隔水性能对其抵抗基土冻胀变形起着关键作用。确保基土不发生冻结和冻胀,并减少地表水和大气降水的渗入,冬季土体冻结从上部开始,防止下部未冻土层中的水分将向上部的冻结锋面迁移,形成冻结面附近含土冰层,产生极强的冻胀可能。     

生石灰添加对北方粉质盐碱渠基土冻胀融沉改良研究

为控制和改善由于北方寒区冻融过程所导致的渠道基土的冻胀变形等现象,丰富盐碱渠基土改良相关工程的理论和经验.研究采用室内试验的方式,选择能对生石灰改良渠基土冻胀融沉特征产生影响的生石灰掺量、冷端温度以及含水率3个因素,在不同梯度水平条件下进行单因素冻融试验,通过探讨各因素对生石灰改良粉质粘土冻胀率和融沉系数的影响规律,确...     

织物加筋土技术在三通河灌区引水渠道中的应用

土中的水冻结引起土体冻胀.在季节冻土区,当土坡冻胀时,边坡升高;土坡融化时,边坡降低.冻融作用使冻土层内的土体密度减小,抗剪强度降低.因此,极易产生滑坡现象.本文简要介绍了织物加筋土技术在吉林省三通河灌区东干渠冻融滑坡防治工程中的应用情况.     

冻结缘中未冻水迁移的微尺度研究

冻结缘的微观结构、渗透特性对深入认识冻土的冻胀机理和水分迁移规律有着重要意义。采用冻结缘中冰-土颗粒形成的通道内未冻水的流动满足连续性假设,同时流场可采用N-S方程描述的假设,基于数值耦合分析软件模拟了未冻水在不同的冰-土颗粒组成的孔道微尺度模型中的迁移流动,并为了实测孔隙中水压力遴选传压介质,模拟了具有不同黏度的传压介质在微尺度模型中的流动特性。     

大型U型渠道渠基季节性冻融水分运移特性研究

本文论述了季节性冻融条件下大型U型混凝土衬砌渠道渠基水分运移机理。经过一个完整冻融循环季节的原型观测,获得了渠基不同部位0~40cm深度范围的水分冻结和运移变化特征,按时间序列对冻结期含水量变化进行了回归分析,采用水分运动基本方程并结合热流方程建立了冻融渠基水热耦合模型,利用差分法对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了模拟计算。模拟计算值与实测值对比分析表明,模拟计算结果与试验结果基本吻合。     

冻融循环作用下盐渍土病害机理及改良技术综述

盐渍土在冻融循环作用下,主要表现出盐胀和冻胀特性,对土体结构造成破坏,土体发生变形,从而降低土体强度,给工程建设造成危害。为改良盐渍土、防治盐渍土病害,从盐渍土病害产生的机理出发,介绍了结晶压力是导致土体结构发生破坏、土体发生变形的本质因素,证实了结晶压力的大小与孔隙大小有关。水盐迁移会加剧盐胀和冻胀的发生。在冻融循环作用下,水分和盐分向土体表层发生运移。盐渍土的盐－胀特性受土体的干密度、含水量、含盐量、荷载和温度的影响,不同因素的影响程度不同,干密度的影响较含水量小。干密度越大、含水量和含盐量越高、降温速率越慢,盐－冻胀越强烈。荷载对盐－冻胀有抑制作用。通过对盐渍土病害机理的研究,结合盐渍土盐－冻胀的影响因素,从土质改良、加固土体、阻断水盐通道和温度控制四个方面阐述了冻融作用下盐渍土的改良方法,可供盐渍土地区的工程建设参考。目前关于结晶压力的研究主要是定性方面的,水盐迁移的研究以室内试验为主。未来对盐渍土病害机理的研究将主要集中在结晶压力的定量研究和水盐迁移的现场试验等方面。     

冻融条件下苏打盐渍土的水盐变化规律研究

冻融作用是导致我国北方半干旱地区土地盐渍化的主要原因之一。以吉林西部大安市为研究区域,通过野外调查和样品采集,开展了盐渍土的室内试验,研究了冻融过程中土壤水盐的运移规律。研究结果表明：该地区土壤中的水盐在冻融过程中经历了两次迁移过程,不同阶段具有各自的特点。冻结过程中,未冻层的水不断向冻层迁移并随之冻结,盐分亦随水分迁移;融化过程中,未融化的冰层阻碍水盐下渗,上层滞水向表层运移并蒸发,使表层盐分急剧增加。在水盐运移过程中,电导率与总盐的变化具有良好的相关关系。室内模拟试验为进一步阐明该区盐渍土的形成机理与影响因素提供了科学依据。     

红黏土地区深基坑变形特性的时空效应研究

为消除地下空间施工安全隐患,针对人为诱导作用下深基坑施工过程中产生的沉降变形问题,研究红黏土地区深基坑施工监测与变形特性的规律.通过在深基坑开挖和拆撑施工过程中对支护结构水平、竖向位移,深层水平位移、内支撑轴力、地下水位和孔隙水压力等进行监测,对高层建筑深基坑变形监测的工作流程、监测方法及监测数据等进行研究.结果 表明...     

冻土水文地质学研究进展

冻土水文地质学主要研究冻土区水分要素的时空分布和运动规律及其与冻土间的相互作用。在微观上,冻结温度、未冻水含量以及孔隙水压力等冻土层独有的水热参数决定了冻土的结构和物理力学性质,同时影响了冻土层的冻融过程。而宏观上,冻土层的存在改变了常规的地表径流和水系模式,地下水的循环系统也由于冻土层的季节性冻融发生了根本变化,形成了冻土区独特的水文地质条件。从微观和宏观两种角度系统归纳与总结国内外冻土水文地质学研究进展,并分析包括地球物理技术、水化学、冻土水文模型在内的技术方法,同时对高寒区特有的地下水溢流冰、融雪入渗和冻土保墒现象的研究成果进行总结与分析。冻土水文的发展趋势应在积累研究数据和技术方法的基础上进一步探索产汇流过程机理,并建立更完善的冻土水文物理模型,定量分析冻土与水资源之间的相互作用。     

新疆北疆某供水渠道冻胀融沉变形性状分析

针对冻土区季节性输水渠道冻融破坏问题,选取新疆北疆某长距离供水渠道作为研究对象,开展冬季冻胀、春季融沉、通水期及停水后等四种工作状态下阴面渠坡的原位监测试验,研究分析一个完整运行周期内地层岩性为膨胀型沙质泥岩阴面渠坡法向及顺坡向变形性态,并对冻胀变形进行了数值模拟。结果表明:在冻胀期,渠坡顺坡向收缩变形0.3～6.0 mm,坡脚法向隆起变形97.9～115.6 mm;在融沉期,渠坡沿坡面向下滑移约10.0～30.0 mm,顺坡向变形较大的渠段其坡脚法向隆起变形呈增大趋势,最大隆起量为144.0 mm,顺坡向变形较小部位其坡脚法向变形呈沉陷状态,变形量约186.0 mm。通水前后,渠坡顺坡向变形增加约4.0 mm,坡脚法向已隆起部位变形量有所减少,坡脚法向沉陷部位变形增加68.4～80.8 mm。停水后,渠坡法向隆起或沉陷部位的变形不大,已发生衬砌板开裂或错台的部位的顺坡向变形进一步增加约8 mm。研究成果对该渠道工程维修提供了可靠的技术支持,具有一定参考价值。     

房渣土地基强夯加固三维数值模拟研究

为反映强夯加固作用下房渣土地基应力应变变化特点,在北京永定河园博园湿地强夯现场试验和实测资料的基础上,结合工程及加固区域地层环境特点,对房渣土强夯动力响应进行数值模拟研究,探讨房渣土地基相关物理量的响应规律,并与实际测量结果进行对比验证。研究结果表明:相对横向应力,竖向应力的最大值更大,并且竖向应力的分布区域主要集中在夯锤下方的土体中,而横向应力则更接近土体表面。动力数值模拟中夯坑的沉降量随夯击次数变化的曲线大致呈现负幂函数形式,第七击的单击沉降量小于0.1 m,总夯沉量1.23 m,曲线末端趋于水平,估计极限夯沉量在1.2～1.4 m之间。强夯过程的数值模拟结果和实际监测结果比较接近。模拟分析得出的位移与应力变化规律对于强夯加固回填土地基工作具有重要的参考意义。     

浅层无砂垫层真空联合水袋堆载预压软基处理研究

针对无砂垫层真空预压后期地基承载力提升有限等问题,为了进一步提高软土地基的承载力,采用Abaqus软件建立无砂垫层真空预压法和无砂垫层真空联合水袋堆载预压法的数值模型,并与现场实际情况进行对比分析,验证了模型的有效性。在大面积吹填土地基内利用可循环利用的水袋替代砂石料作为堆载材料,开展真空联合水袋堆载预压软基处理现场试验。该处理方法施工方便,受外界干扰少,施工成本低,对环境影响小。根据水袋高度调节堆填荷载大小,基本不使用砂石料,水袋堆载卸载方便,真空联合堆载衔接时间短,优化了真空预压联合堆载施工工艺。结果表明:在真空预压1个月后可提前引入水袋荷载,处理后土体在0～2 m深度范围内的平均含水率可降低至43%,土体地基承载力可达到65 kPa。与无砂垫层真空预压法相比,真空联合水袋堆载预压法施工期沉降速率、孔压大,孔隙比、含水率小,沉降量大,土体固结速度快,工后沉降小,土体承载力提高了30%,扩展了真空预压处理技术的应用范围。此法适用于缺乏砂石堆载料或运输相对不方便、工期短、地基承载力要求为50～60 kPa的新近吹填淤泥质土的软基处理工程。     

冻土理论研究进展

为梳理冻土理论在工程领域的研究进展,在总结前人研究成果的基础上,系统地总结了冻土理论下的冻土力学研究进展,冻土在动力作用下性状的研究进展,冻土的冻融研究进展,冻土水、热、力耦合机理研究;其中冻土的冻融研究进展中着重总结梳理了土体冻胀、融沉以及冻融循环对土体物理力学性质影响的研究思路。针对冻土水、热、力耦合机理研究,深入探讨了冻土水迁移理论、冻土温度场以及冻土三场耦合研究现状。最后,结合前人的研究成果,给出了进一步研究的方向:将理论研究和试验研究相结合,反复模拟出最贴近真实情况的冻土破坏机理;研究冻融或反复冻融条件下工程地质灾害情况,考虑运用三场或多场耦合原理模拟地质灾害最不利工况,用以指导实践。研究所得结果为冻土理论的继续研究提供思路,为寒区工程设计和施工提供参考经验。     

高寒区长距离供水渠道冻胀破坏预警模型构建方法研究

针对高寒区长距离供水渠道工程冻胀破坏预警问题,提出了一种新的预警模型构建方法。通过分析渠道冻胀信息提取的主要影响因素之间的相互关系,比对人工监测和仪器自动监测渠道冻胀信息的识别路径,采用统一的量化识别尺度,探索构建预警指标体系和判定阈值,为渠道冻胀信息采集及预警预报系统软件研发创建数据模型。工程实践运用表明,该方法在监测渠道断面冻胀信息时,具有预警信息全数字化、预警过程全自动化、数据路径可追踪、数据来源可追溯、数据结果可反馈等优点,可以有效提高冻胀破坏预警预报的精准度,为高寒区供水渠道风险识别与渠道全寿命期有关安全评价提供有效的手段。     

临湖矿坑挡水围堤软基沉降数值分析

为了预测拟建临湖挡水围堤施工期和运行期的沉降变形,研究软土堤基沉降规律及孔隙水压力消散规律,为围堤设计施工和类似堤基沉降预测提供参考,论文采用有限元分析软件ADINA对湖水作用下围堤施工期和运行期的软土堤基沉降进行了模拟分析。研究结果表明:软土堤基沉降和水平位移均呈现出在施工期快速增长、运行期趋于稳定的变化规律,最大沉降2.077 m,围堤内外侧最大水平位移分别为1.351和0.8376 m;孔隙水压力随时间和荷载的增加呈现先增加后减小直至完全消散的变化规律,最大值31 k Pa。