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。     

宁夏引黄灌区典型渠段苯板防冻胀试验研究

为探究聚苯乙烯保温板在宁夏引黄灌区衬砌渠道防冻胀中的应用效果,通过在典型渠段上建立试验段,设置不同位置、不同厚度聚苯乙烯保温板观测断面,进行气温、冻胀量与渠基土含水率原型观测对比试验。对试验数据分析表明:聚苯乙烯保温板能够明显减小渠道冻胀量,阴坡冻胀量大于阳坡的,渠坡顶点位置冻胀量最大,铺设聚苯乙烯保温板有改善渠基土水分迁移状况、使基土不易发生冻胀的作用。     

季节冻土区渠道水分迁移规律及冻胀特性试验研究

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。     

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.     

水工建筑物冻害防治措施(二) 渠系水工建筑物抗冻技术知识讲座

关于消减土冻胀性的抗冻措施,在上期已讲过用换填非冻胀土的方法,本期继续介绍几种方法: (二) 隔水封闭法。我们知道了土的冻胀是由于土中水分和下部补给的迁移水分冻结后体积膨胀所造成的。因此如果能控制土中的含水量低于起始冻胀含水量,又能防治外来或土在冻结过程中的迁移水分补给,就能达到防治地基土冻胀的目的。隔水封闭法就是将含水量低于塑限的土夯实后,用塑料薄膜包裹封闭,隔断外来水分补给,置换原有     

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.     

单向冻结作用下非饱和土水分迁移对变化控制条件的响应

应用室内土柱试验装置，开展非饱和土室内单向冻结试验，研究土样水分迁移对不同冻结温度、初始含水率、土密度、冻结时间、溶质浓度以及溶质种类条件的响应。结果表明：(1)土样的温度场分为3个阶段：急剧降温阶段、缓慢降温阶段和稳定阶段，土样在冻结100h后，土样温度场处于稳定；(2)土样中，水分迁移量随着冻结温度的降低而减小，随着冻结深度的增加，土样含水量呈先增加后减小的趋势；初始含水量对冻结土样含水量的变化有影响，但对冻结位置变化不明显；在冻结深度30cm前，土密度越大，含水量越高，此后土密度越大，土颗粒间越密实，水分迁移能力减弱，水分迁移量减少；冻结时间越长，土样水分迁移曲线越平缓，随着冻结速率的增大，水分迁移出现先增大后减小的趋势；(3)溶质浓度越大，土样渗透系数越大，土粒孔隙越大，水分迁移量越大；NaCl比CaCl₂的水分运移能力强，CaCl₂对水分运移起阻滞作用，水分堆积在土样中最多，含水量要高。     

季节冻土区粉质黏土冻缩现象下的冻胀特性分析

冻土是一种对温度极其敏感且性质不稳定的特殊类型土。在季节性冻土地区,气温的波动变化将对土体冻胀性造成很大程度的影响。本文选取季节性冻土地区极具冻胀敏感性的粉质黏土进行冻胀特性试验,研究冻缩现象的产生及出现冻缩现象时的土体冻胀特性。经试验研究发现,当土体含水率较低时,水结晶成冰的体积不足以完全填补土体内的孔隙,因此造成土体体积缩小的现象。同时,冻缩现象的出现使土体温度场发生突变、土内水分出现结晶,在土体内部水分迁移的情况下含水率也相应发生变化,土体冻胀量出现负值、冻胀表现也相对较弱。     

卸压孔设置对冻结暗挖隧道冻胀卸荷影响研究

冻结法暗挖隧道施工中,冻胀常导致土体和隧道等发生大变形,给地铁隧道和周边环境以及建(构)筑物带来不利影响。以福州市滨海软土地层冻结暗挖隧道工程为例,通过对原型工程建模和非线性分析,综合实测数据及工程情况,分析冻胀变形分布规律和设置卸压孔前后冻结暗挖隧道的位移变化特点。研究结果表明：人工冻结加固技术结合卸压孔应用,对土体冻胀力的释放和冻胀变形的控制效果较好,与没有设置卸压孔时的地层相比,卸压孔在冻土帷幕冻结交圈形成后,为土体冻胀提供自由变形空间,降低了土体的冻胀位移和冻胀应力;冻结期末2个冻结暗挖隧道中心点纵向剖面处冻胀位移最大值由28.88 mm降至16.75 mm,冻胀应力最大值由335 kPa降至265 kPa,卸压作用效果明显。研究结果可为人工冻结暗挖隧道工程提供借鉴和参考。     

基坑越冬水热耦合及防护技术机理研究

基坑工程的冻害问题是一个复杂的过程,主要原因在于在冻融过程中,岩土中的热量传输,水分迁移与水冰相变,互相影响和互相作用,基坑的温度场、水分场是动态变化的,两者之间的耦合作用是导致工程问题的直接原因。在原有热平衡原理的Ｈａｒｌａｒ模型基础上,考虑水冰相变和水分迁移的影响,建立了更符合实际更全面的寒区水热耦合模型,对基坑温度场和水分场的变化趋势做出了分析,分析表明在冻结期内,随着冻结时间的不断增大,土体内温度变化范围增大,并且随着冻结时长的增加,土体的冻结深度增加,土体内温度低区域含水率降低,含冰量增加。针对基坑越冬防护的关键问题,分析了两种不同的保温措施,分别为在基坑表面敷设保温隔热层及增设止水帷幕,通过水热耦合结果分析表明,两种措施均可以较好减轻基坑越冬时期发生的冻胀。     

季节冻土区梯形混凝土渠道冬季停水与过水运行方式对温度场的影响研究

针对西北地区输水明渠易发生冻胀破坏的问题,依据热传导和水分迁移理论建立冻结期渠基土温度场,以分析渠道内过水对温度场分布的影响为目标,以新疆玛纳斯河四级水电站引水渠为典型案例,应用有限元软件进行温度场的模拟,并将结果与相关文献中的数据及破坏类型进行比对,验证模拟的合理性。结果表明:渠道内是否过水对渠道的温度场有显著的影响,主要是其温度场的分层发生变化且其温度线也出现了强烈波动。经实地观察发现,输水明渠渠基土体易产生较大的冻胀变形导致衬砌板胀裂、隆起及滑塌等破坏十分严重的位置与模拟中温度场发生变化的位置基本一致,且满足误差要求。用冻结期渠基土温度场变化来预测输水明渠发生冻胀破坏的准确位置具有很大的参考价值。     

浅谈冻土对渠系建筑物的破坏及防治措施

我国北方，渠系建筑物冻害严重，致使建筑物不能正常运行，影响工程效益。为此，需研究冻土对建筑物的破坏及防治措施．土的冻胀是冻结过程中水分迁移和冰析作用的结果．土冻胀的强弱与颗粒组成，土中水分补给来源；土冻结时的负温条件和外荷载大小有关，因此，只要改变“土、水、温、压”中任一条件，均可达到消减上冻胀效果．在结构设计上采用浅基或无基式形式，另与隔水封闭法、保温法、物理化学方法结合考虑效果更好。     

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.     

荷载对地基土冻胀影响研究

增加外荷载就会对土体冻胀产生显著的消减作用。室外荷载影响冻胀试验揭示了荷载对地基土冻胀影响规律．即在相同的冻结环境条件下．外加荷载强度愈大、土体冻胀愈小。     

土体冻胀的数理分析

土和土中的水分是产生冻胀的决定因素。土的颗粒大小和细粒土 的含量，决定 着土体的孔隙特征和水分的存在形式，控制着土中水的运动 和水分迁移，因而影响着冻胀的特性。     

渠道衬砌体冻胀破坏机理与防治对策

试验研究表明 ,土体冻结时的热筛效应和水分迁移引起分凝冰层出现 ,导致土体冻胀。冻结历时的增长不断增大了冻结缘的厚度 ,造成冻胀破坏。所以渠道衬砌体破坏的原因主要是水分入渗和长历时冻结造成的。笔者在研究分析渠道衬砌体冻胀破坏机理的基础上提出“防渗保温 ,疏抗结合 ,调节运行 ,科学管理”的防治对策及具体措施     

聚氨酯保温板在哈达山输水干渠中的应用研究

哈达山水利枢纽工程干渠采用聚氨酯保温板作为渠道衬砌的防冻材料。由于该干渠地处严寒地区,渠床多为强冻胀土,渠道沿线地下水位高,冻胀问题非常突出。为了确保输水干渠衬砌设计的科学、可行,以及输水干渠的长期安全运行,对此进行了渠道衬砌防冻胀试验。通过对不同厚度的保温板减少冻胀破坏的效果进行研究,可以有效地减少冻胀作用对渠道刚性衬砌材料的破坏,确保衬砌的稳定,保证渠道运行安全。说明采用聚氨酯保温板防冻方法技术可靠,经济合理,可以在水利工程中进一步推广应用。     

江东灌区构造物冻害原因与防治

前文对齐市江东灌区构造物的冻害破坏型式进行了调研分析 ,本文特对冻害产生的原因和防治进一步剖析。1　产生冻害的多种因素农田构造物工程的冻害主要是基土冻胀引起的。在季节性冻土层内 ,基土循环冻融 ,每一次冻结必然伴随冻胀 ,因而对工程产生各种冻胀力 ,当这些应力大于工程本身所能承受的应力范围时 ,就发生了破坏作用。江东灌区农田工程的冻害同样与水文 ,地质 ,气象和工程结构有关。工程地基基土的土质、水分、温度变化 ,荷载情况在极易冻胀的条件下 ,冻害是很明显的。1 .1　灌区表层粘土厚度 1～ 5m,构造物基础正处于2 m左右的粘土…     

寒旱区梯形渠道衬砌冻胀破坏数值模拟

针对刚性衬砌渠道冻胀破坏问题,选取宁夏盐环定扬黄灌区衬砌渠道为研究对象,在考虑相变及水分迁移模型基础上,考虑高地下水位对冻胀的影响,建立考虑水分迁移及地下水影响的数学物理模型,并采用Comsol Mutiphysics有限元软件对梯形渠道混凝土衬砌进行冻胀数值模拟,分别从温度场、位移场和应力场对刚性衬砌渠道冻胀破坏等方面进行了研究分析。结果表明:阴坡、阳坡冻胀量较大,渠底较小,渠底中部、渠坡1/3坡板长度处冻胀量分别达到最大值。渠底中部的法向冻胀力较小,两边逐渐增大,阴坡、阳坡的法向冻胀力分布均匀;渠底的切向冻结力成线性分布。阴坡、阳坡靠近坡脚处切向冻结力较大,左、右两端坡顶处切向冻结力较小,渠底衬砌板和两侧衬砌板属于压弯组合变形构件。     

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。