高水压越江隧道联接通道渗流应力耦合分析

为直观了解冻土帷幕在高水压下的力学特性,掌握隧道联接通道开挖过程中渗流与应力耦合作用对冻土帷幕稳定性的影响,保证开挖过程的安全,采用大型有限差分软件FLAC^3D, 对联接通道的开挖过程进行了数值模拟。从渗流应力耦合的数值分析角度,详细研究了冻土帷幕中位移场、应力场、渗流场的分布情况;得出了不同水位对冻土帷幕力学性能的影响;孔隙水压力使冻土帷幕的结构受力更加“均匀”;并指出了容易产生应力集中的位置为冻土帷幕的底部与中部,所以施工中应该值得注意。研究成果可为今后的联接通道数值模拟与人工冻结法施工提供参考。     

“冻土—衬砌结构”非线性问题的简化算法与渠道结构优化

季节性冻土地区的渠道冻胀破坏非常严重。"冻土-衬砌结构"作用机制属于复杂的高度非线性问题,这使得数值计算在渠道结构设计和优化方面应用缓慢。本文提出了一种简化算法,该算法采用"初始位移法"模拟法向冻胀力,并通过定义摩尔库伦摩擦单元模拟冻土与结构之间的冻结摩擦作用。随后建立了渠道结构优化数学模型,基于APDL语言的二次开发建立了渠道有限元参数化模型,选取实际工程采用一阶算法进行了结构优化。研究结果表明:该方法简单实用,其计算结果与渠道实际破坏特征相符,可以用于渠道抗冻胀结构计算与设计;在最不利气象和水文地质条件下,结构优化后的断面可以保证渠道不产生裂缝,运行更安全;与传统的按照规范设计的断面对比,可降低6.7%的工程造价,对于整个灌区效益明显。     

季节性冻土地区灌注桩的设计

冻土区基础设计的合理性是建筑物设计的重点,是工程成败的关键。冻土区天然上限冻融循环、冻胀、融沉等病害十分普遍,许多水工建筑物基础由于工程地质条件,特殊的功能性限制只能采用深基础即桩基础。钻孔灌注桩基础,是国内外工程广泛采用的基础形式,可适用于各类地质条件。文章着重阐述灌注桩在冻土地区竖向承载力及抗拔稳定性计算方法。     

一种新型的竖井式跌水工程

为克服传统的开敞式跌水的诸多弊病,本文提出了一种既适用于冻土区,也适用于非冻土区的新型竖井式跌水工程,并通过原型观测与模型试验,得出了竖井进口的流量系数与消能结构的消能率的部分数据。在此基础上,本文提出了水力学与结构计算方法。在水头变化范围内,竖井进口的过流能力按三种水力工况进行计算;竖井的消能率按横洞底坡不同可分别由理论公式或经验公式计算;横洞过流能力可按长、短洞或通过计算洞内水面曲线进行;竖井及横洞的结构通过受力分析进行设计;横洞的基础可按照选取的地基模型进行设计。最后,本文指出了此类工程存在的问题及发展方向。     

高原冻土地区路基病害防治措施

我国是世界第三大高原冻土大国,高原冻土区总面积达215万平方公里。在高原冻土区进行筑路工程建设,其路基的安全、稳定性是高原冻土地区建设高质量道路的基础,也是目前高原冻土地区路基建设工程的一个薄弱环节。高原冻土地区的筑路工程,让冻土地表与外界的热量交换发生了改     

寒区交通工程冻土问题的研究要点与综述

寒区交通工程建设与维护的特殊性在于冻土稳定性问题。冻土是一种对环境极为敏感的土体介质,其在大气环境、地下水、冻融循环及行车荷载等环境荷载作用下的变化是诱发寒区交通工程病害的主要原因。因此,准确地认识其独特的热学性质、物理力学性质及动力特性是寒区公路工程建设首先要考虑的问题,也是研发与优化寒区公路工程新技术、新结构、新方法的前提和基础。结合国内交通工程中的冻土特征与实践结果,基于与冻土相关的研究内容与进展,论述了近年来在冻土及路基改良土的热学性质、物理性质及静、动力特性等方面取得的研究成果。     

水中建筑物冻害防治措施(一)——渠系水工建筑物抗冻技术知识讲座

目前国内外防治建筑物冻害的方法可归纳为:结构抗冻措施、消减土冻胀性抗冻措施和综合抗冻措施三大类。现将防治水工建筑物冻害的技术措施,分别在本期和下期介绍。一、结构抗冻措施防治建筑物冻害的结构措施,是指从建筑物总体布置和结构抗冻强度、稳定性或结构适应变形能力等方面,采取的防治冻害方法。 (一) 总体布置原则。在总体布置上要尽量减少建筑物与冻土的接触面积,这样可以达到减少对建筑物作用的总冻胀力;要尽量减少建筑物平面直角布置     

冻土力学模型试验台的开发与应用

根据季节冻土区工程冻土力学模型试验的特点,研制出一套能够在低温实验室开展冻土力学模型试验的冻土力学模型试验台。该装置为全钢结构矩形箱体,由主体结构和附属结构组成。主体结构为保温箱体结构,主要由侧壁面板、反力梁、底板和箱体外侧保温系统组成;附属结构由底板温度控制系统、补水系统、加载系统,以及数据采集与处理系统组成。该装置在冻融模型试验中应用的结果表明,该装置能够满足冻土力学模型试验的要求,为更好的开展季节冻土区工程冻土及建筑物的冻害防治技术研究提供了先进的试验平台。     

冻土修筑铺盖技术

<正>2018年度水利先进实用技术重点推广指导目录——SLT 201807技术简介:(1)冻土铺盖是以冻土融化时可保持较高的自然容重、浸水融化时强度骤减及迅速崩解的特点,靠自重压力和渗透压力的作用,使冻土形成完整的防渗铺盖。经融化崩解沉实固结重新调整容重后达到防渗要求;(2)提出利用冻土作为防渗铺盖的技术,论证冻土铺盖的原理与融化规律,分析冻土铺     

季节性冻土区引水暗渠的临界埋深数值分析

在季节性冻土地区,输水暗渠受低温作用,不但引起混凝土结构的冻胀破坏,还将影响暗渠内的引水水体温度,导致水体结冰及暗渠阻塞.因此,需要对季节性冻土地区的暗渠结构在不同埋深情况下的温度场进行数值计算,确定其临界埋深.通过瞬态温度场的导热微分方程,采用迦辽金法推导出温度场的二维有限元公式,根据甘肃引洮工程的工程地质勘探报告及施工设计图纸,建立了暗渠数值计算模型.通过数值分析可知:埋深越大,对渠体结构的冻胀影响越小,低温季节时,地表低温对引水运行的影响也越小;通过对低温季节环境下的回归拟合分析,得出该地区季节性冻土中引水暗渠的临界埋深为3.31 m.     

冻土区渠道防渗工程冻胀的防治措施

季节性冻土区渠道防渗工程冻胀破坏的防治措施，可根据不同土质、不同地下水位、不同气温条件下产生的不同冻胀程度，分别采取降低渠基土壤含水量、防止外界水源渗（流）入渠基、降低地下水位等措施。也可通过选择合理断面型式及衬砌结构的方法来防治冻胀破坏，如果采用圆弧形底梯形断面、采用Ｕ型渠道、采用特殊结构型式等措施。还可采用砂换基措施来防治冻胀破坏     

冻土区地下水流过程及其与地表水转化关系研究进展

针对地下水流过程及其与地表水转化关系研究中,冻土分布特征及融冻过程对地下水系统的影响机制相关研究较少的问题,通过分析国内外冻土区地下水对河道径流的贡献、地下水流动路径和地下水-热耦合模型的相关文献,对地下水流过程及其与地表水转化研究进行综述,认为:①受土壤中冻土空间异质性的影响,不同冻土区地下水对径流的贡献比例不一致;②利用水化学和同位素示踪剂研究地下水流动路径,有助于冻土区地下水流动系统概念模型的构建,但只能获得定性或半定量的结果;③地下多相流系统的水-热耦合模型可将冻土的变化与其相应的水文响应过程耦合在一起,实现了地下水流过程及其与地表水转化关系的定量刻画,但在实用性方面仍需进一步完善,是未来的主要研究方向。     

亚欧大陆北部冻结层上地下水分布规律

亚欧大陆北部冻结层上地下水分布规律一直备受人们关注。在充分梳理既有研究成果的基础上指出:影响冻结层上水形成和分布的因素有自然因素、地球历史因素以及岩层生成基质的低温变化因素等;亚欧大陆北部冻结层上地下水冻土区可分为北部冻土区、过渡冻土区和南部冻土区;冻结层上水分布的垂直地带性与冻土条件变化的垂直地带性关系密切。     

浅论均质土坝迎水面混凝土盖板受冻胀土破坏的机理及防治

均质土坝坝体材料在冻融循环过程中,极易出现冻土上抬、冻胀开裂等现象,不可避免地对混凝土结构的稳定性和安全性构成威胁。本文通过对均质土坝上游迎水面混凝土盖板受冻胀土破坏产生的危害进行研究,分析冻胀土产生的机理和破坏性,提出防止措施,可为类似地区水工混凝土结构的设计和施工提供借鉴。     

季节性冻土融化压缩特性的研究

文章论述了冻土融化压缩特性试验,并得出融沉系数与冻土的含水(冰)量、干容重关系曲线及融化压缩系数与冻土的含水(冰)量、干容重曲线关系,由试验结果发现冻土的融沉系数和融化压缩系数与冻土的含水量和干容重可近似的呈线形关系。     

独立扩大式桩基础的工程应用

独立扩大式桩基础，是在单根桩柱的底部锚固上一块扩大底板形成的一种钢筋混凝土基础型式。它具有结构简单、施工方便、经济实用以及良好的承载与抗冻能力等优点，是值得推荐采用的钢筋混凝土抗冻基础型式。 一、独立扩大式桩基础的设计 这种基础有桩与底板两部分。桩的断面型式可采用圆形、正方形或长方形。底板平面上可呈圆形、方形。 桩的断面尺寸大小配筋情况要根据暖土和冻土两种情况下的结构计算确定。要保证足够的承载力，又要有一定的抗拉能力，防止拉压破坏。如有必要，还需进行稳定验算。 底板的尺寸大小和配筋也要根据暖土和冻土…     

高温冻土固结试验研究与理论分析

高温冻土在加载或升温条件下具有较大变形,为充分认识其变形特性及机理,开展一系列室内固结试验,研究了不同含水量(40%、80%、120%)、不同温度(-0.3、-0.5、-0.7、-1.0、-1.5℃)的冻土在分级加载(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 MPa)条件下的压缩变形。采用3种整理压缩试验数据的方法(e—p、e—lg p及ε—p曲线)获取了高温冻土不同温度下的压缩模量、压缩指数及割线模量等压缩性指标。结果显示:压缩模量E_(s1-2)处于高压缩性模量区间,指数函数可很好地描述压缩指数随温度的变化规律,ε—p曲线基本服从双曲线模型。固结系数采用Taylor提出的时间平方根法计算,发现高温冻土固结系数与超软土具有相同的量级,且其固结应力的变化规律与软土相似。为了模拟高温冻土固结试验,基于饱和冻土的三相关系、质量守恒及有效应力原理,推导了高温冻土的太沙基一维固结方程,获得了固结系数理论表达式。通过对比固结系数理论值与试验值的量级及随温度的变化规律,发现传统的太沙基固结理论不适用于解释高温冻土变形机理。     

渠道(沟)衬砌工程冻害治理的新思维及试验研究

用冻土力学观点，依据渠床冻土特性，衬砌工程冻害特性及运用条件等诸多方面，提出治理衬砌工程冻害的新思维和新的技术路线，同时采用新的衬砌板型结构和新的防渗技术措施，完善衬砌工程与渠床冻土、融土的耦合关系，达到治理冻害和防渗目的，文中还介绍了原体衬砌模型的室内试验研究成果，证明了新思维的合理性和正确性。     

寒区膜袋混凝土衬砌渠道结构优化

我国北方寒区渠道冻胀破坏问题较为突出,而常规的冻土-衬砌结构作用机制为高度复杂的非线性问题,并不适用于混凝土渠道结构设计及优化。通过初始位移法进行渠道混凝土衬砌结构法向冻胀力模拟,并借助Mohr-Coulomb摩擦单元展开对冻土和衬砌结构间摩擦过程的模拟,在构建起混凝土衬砌渠道结构优化模型的基础上,通过ANSYS的APDL语言二次开发并建立起北方寒区膜袋混凝土衬砌渠道有限元模型,针对具体工程展开结构优化计算。结果表明,所提出的结构优化方法简单实用,模拟结果也与膜袋混凝土衬砌渠道设计冻胀破坏特征相吻合;优化后的断面既能降低工程造价,并能够借助尺寸合理的断面,充分利用材料强度,大大提升寒区膜袋混凝土衬砌渠道结构性能。     

冻土爆破施工方法

在北方地区冻土开挖时,采取爆破方法比人工刨土可提高工效2.5倍,降低工程造价50％。冻土爆破既能缩短工期,又能提高经济效益,因此在条件允许的情况下,应优先采用。现就冻土爆破施工方法作如下介绍,仅供参考。 1、爆破孔的布置爆破孔间间距为1.3倍的冻土深度,孔间排距为最小抵抗线(炸药包中心至地面的最小距离)的1.5倍,孔径为30～50毫米,孔深为冻土厚度的0.7～0.8倍。爆破孔交错布置,孔与地面垂直。 2、钻孔爆破孔可用大锤和钢钎打成,也可用风钻钻孔。