冻结状态下硬化水泥浆体的力学性能

水泥基材料的冻融破坏机理比较复杂.为了评价破坏应力的大小,研究了不同水灰比的硬化水泥浆体在不同冻结温度下抗压强度和抗折强度的变化,发现冻结状态下浆体的强度有所增加,并且可冻水量越多,冻结温度越低,强度增长越显著.从冻结状态下浆体的变形分析说明了强度增加的原因是由于试件内部自由水凝结成冰,使材料基体中的微裂缝、微孔洞得到不同程度的填充,从而提高了材料基体的强度.为研究水泥基材料的冻害机理提供了一定的依据.     

冻结法用于深基坑坑壁维护的可行性研究

本文主要研究冻结法用于基坑工程时其技术和经济上的可行性，分析了地下水流、冻胀和冻融沉陷对冻结法应用的影响，提出了减小地下水流速影响、抑制冻胀、防止下沉的措施。     

掺HRA对蔗糖超缓凝水泥基材料性能的影响

研究了掺水化恢复外加剂(HRA)对蔗糖超缓凝水泥基材料性能的影响,结果表明:在蔗糖超缓凝水泥基材料中掺入HRA可有效缓解蔗糖的严重缓凝作用,使水泥开始加速水化时间大幅提前.蔗糖掺量为0.20%时,未掺HRA的水泥浆体放热温升峰值出现时间长达64.6h,同掺2.0%HRA时,开始水化时间提前至20h;后掺时间为24h时,2h内水泥净浆即开始加速水化.掺加一定量HRA导致水泥胶砂抗折和抗压强度略有下降,原因可能是掺加胶态HRA导致水泥胶砂水灰比略有增大所致.     

冻结法凿井中的冻结管断裂及其防治

文章介绍了冻结法凿井中冻结管断裂的基本特点及影响因素,提出了防止冻结管断裂的措施.     

水平冻结温度场及不同因素对短管底部冻结壁厚度的影响

以南京地铁二号线逸仙桥车站盾构出洞水平杯型冻结加固实例为工程背景,建立有限元温度场计算模型,对冻结壁交圈时间及其底部冻结壁厚度的发展规律进行了研究。结果表明:冻结条件相同时,较低的地层初始温度、盐水温度、潜热、热容量和较大的冻结管直径、导热系数对应较短的交圈时间、较低的地层温度与较大的短管底部冻结壁厚度;各因素取值范围内,短管交圈时间为7～17d,冻结40d时,短管底部冻结壁厚度可达30～77cm,该"保护层"厚度有效确保了拔除板块区冻结管后杯型冻结壁整体稳定性。     

深厚冲积层冻结管断裂机理分析

介绍了深厚冲积层冻结管断裂的主要特点,通过对冻结管受力状况进行分析,可知其应力主要包括:冻土外压力和盐水内压力作用引起的冻结管应力、冻结管自身温度变化引起的温度应力、土层与冻结管间摩擦力作用引起的竖向应力、冻结管侧向变形引起的弯曲应力;并总结出深井冻结管断裂的主要原因,在此基础上提出了深厚冲积层冻结管断裂的防治措施,为深井冻结设计及施工提供参考。     

冻结壁位移对冻结管断裂的影响

采用现场实测与数值模拟相结合的综合研究方法，对深部厚粘土层冻结凿井时冻结壁的位移和底鼓时间上和空间上进行了全域性的研究，从而找出了冻结管断裂的主要原因。     

液氮冻结管壁温度的分布规律

分析了冻结管的材质、结构、布置方式、串联方式等不同条件下液氮冻结试验中的管壁温度数据.结果表明:采用传统冻结管结构的液氮冻结中,冻结管口与管底的管壁温度差别较大,在冻结管长度方向上管壁温度成近线性分布;采用在供液管上开孔的冻结管结构,可以有效减少冻结管壁的温差,特别是在供液管底部封堵后,采用较小的开孔间距时,冻结管壁温度分布基本是均匀的;在冻结管串联时,相同深度位置进液管壁温度都低于出气管壁温度,且两者的温差基本一致.液氮灌入量、冻结管材料、结构和连接方式是影响冻结管壁温度分布的主要因素.     

不同温度梯度冻结中砂加卸荷变形特性研究

采用K0固结,负荷冻结,加、卸荷的方法,进行了4种不同温度梯度冻结中砂的三轴试验,获得了温度梯度和加、卸荷过程对冻结中砂变形演变的影响规律.结果表明:温度梯度的存在增大了冻结中砂起始切线泊松比,抑制了冻结中砂最大体缩量;不同温度冻结中砂加、卸荷过程中均呈现出体缩—体胀趋势,但不同温度梯度以及加、卸荷条件下的体缩速率和最大体缩量差异很大,且随温度梯度增加,体缩—体胀规律逐渐向持续体胀演变;卸荷过程增大了径向变形演化速率,抑制了冻结中砂体缩的发展,这一规律能合理解释加荷过程中获得的冻土强度高于卸荷过程的基本结论.     

人工冻结过程中温度场的试验研究

为了研究人工冻结过程中温度场的变化规律，利用自行研制的人工冻结冻胀融沉模型试验装置，对徐州地区常见的粘土进行了12次大规模的冻融试验，分别模拟了封闭系统和开敞系统下人工冻土中温度场的变化情况，并与现场实测数据进行了分析比较，提出了在冻土体和受冻结影响的土体中的温度与距离分别近似成线性，已冻土体中的温度梯度比未受冻结影响土体中的大等几点结论．     

冻结管断管原因及冻结温度场数值计算分析

杨村煤矿副井安全顺利通过井筒掘砌的薄弱环节深厚粘土层位,但出现了多根冻结管断裂现象。该粘土层导热性能差,冻土发展速度慢,冻土强度低,同时,施工过程中掘砌段高大,井帮暴露时间长,从而引起较大的井帮位移和底鼓量,是造成冻结管断裂的主要原因。根据冻结管的实际偏斜位置,同时考虑冻结管断管影响,建立有限元计算模型,计算分析了该层位的冻结温度场分布情况,井帮温度为-10～-13℃之间,井帮温度数值计算结果与实测结果相差一O．7～0．4℃,表明数值计算结果是可靠的,可为淮南矿区深厚粘土层冻结设计和施工提供参考。     

冻结管受力的模拟试验研究

本文应用依相似理论设计模拟试验台,对积极冻结阶段及掘砌施工阶段中冻结管的受力与诸影响参数间的关系进行了模拟试验研究,得出了初步的变化规律,并探讨了冻结管断裂的原因。     

考虑土层冻结温度时人工冻结温度场模型

为了研究土层冻结温度对冻结壁厚度计算的影响,构建了考虑土层实际冻结温度的人工冻结温度场模型．对前苏联学者关于人工冻结温度场的若干经典解析解,如特鲁巴克单管和单排管解、巴霍尔金单排和双排管解,做出了修正．推导出了全面反映确定温度场下冻结壁厚度与土层冻结温度之间关系的修正解．结果表明：冻结壁厚度随土层冻结温度的降低而减小．当冻结温度为-1～-2．5℃时的冻结壁厚度比按冻结温度假设0℃时的计算值可减薄10％～23％．土层冻结温度对冻结壁厚度的影响不容忽视．     

冻结法凿井冻结壁内外部冻胀力的工程实测及分析

在郭屯矿、郓城矿冻结法凿井过程中,开展了冻结壁内、外部水平地压的现场实测研究.结果表明:地层冻结过程中,冻结壁内、外部产生了极其显著的水平冻胀力;最大冻胀力达到初始水平地压的0.8～1.23倍,普遍介于0.9～1.1倍之间;导致冻结壁外载最大达到甚至超过初始水平地压的2倍.井筒掘进过程中,冻胀力发生了不同程度的释放,冻结壁外部残余冻胀力约为最大冻胀力的0.45～0.60倍,使冻结壁外载约为初始水平地压的1.5倍.冻胀力的积聚与释放,加剧了井筒掘砌过程中冻结管与冻结壁的受力与变形,并使冻结压力接近甚至超过初始水平地压,是威胁冻结凿井安全的关键因素.     

冻结法用于深基坑坑壁维护的可行性分析

研究了冻结法用于基坑工程在技术和经济上的可行性,分析了地下水流速、冻胀和冻融沉陷对冻结法应用的影响,提出了减小地下水流速的影响,抑制冻胀、防止下沉的措施。     

功能调整材料对水泥浆体流动性影响

使用自行研制的H管分别研究了不同功能调整材料对水泥浆体流动性的影响,得到不同种类矿物掺合料和增稠剂对水泥浆体流动性改性规律:粉煤灰掺量的增加引起浆体流动性先增加后减小;矿粉掺量越大,浆体流动性越大;硅灰和增稠剂掺量越大,浆体流动性越差。H管对水泥浆体流动性变化十分敏感,可以准确快速评价不同功能调整材料对水泥浆体流动性影响。     

软弱地层中桩孔人工冻结数值模拟分析

人工冻结数值模拟分析以温度场理论为基础,模拟分析冻结壁形成过程中等温线的分布情况以及冻结壁达到设计要求的时间因素。在一定假设条件下通过选取具体的工程地质参数,重点分析四根冻结管共同作用下,在直径80 cm的56#桩周围形成冻结壁开始发生交圈所需时间。冻结壁达到设计要求0.55 m。得出各冻结管在土体中形成的冻结壁发生交圈时等温线的分布图和所需的时间,冻结壁达到设计要求时等温线分布图。     

定向渗流诱导的非对称冻结帷幕稳态温度场解析解

受水流对流传热以及冻结管热传导叠加影响,渗流场作用下人工冻结帷幕的形状具有明显的非对称性。为解决冻结帷幕形状不规则给冻结温度场计算带来的困难,以直线排布的三管冻结温度场为研究对象,采用分段等效的方法,对该类冻结帷幕的形状进行简化,基于稳态温度场的求解理论,推导得出定向渗流作用下非对称冻结帷幕稳态温度场解析解以及冻结帷幕厚度、平均温度的计算公式。为了对公式的合理性进行验证,自主构建水热耦合物理模型试验系统,并开展不同流速条件下三管冻结温度场演化规律的模型试验。研究结果表明：关键轴线上冻结温度的计算值与试验结果的吻合程度较高,解析解的合理性得到模型试验的验证。冻结帷幕的交圈时间以及非对称系数随着流速的增加急剧增大。当地层中存在渗流场时,冻结温度场变化过程较为复杂,但冻结帷幕的平均温度整体仍然表现出随着冻结帷幕厚度的增加而降低的规律。本文得出的解析解能够实现对渗流场作用下人工冻结温度场较为准确的数学描述,将为大流速渗透地层人工冻结温度场的计算提供参考。     

不同间歇冻结模式土体冻胀控制试验研究

选取冻胀敏感性粉质粘土,进行了连续冻结、全间歇冻结、后间歇冻结模式下的冻胀试验,得出了土体冻胀量、冻结锋面、温度梯度的变化规律及冻结模式与冻胀控制之间的关系.结果表明:与连续冻结模式相比,全间歇冻结、后间歇冻结模式下的冻胀量分别减少了14.4%、43.6%.不同变温起始时间对冻土冻胀控制效果不同,后间歇冻结模式能够更加有效地控制冻胀量的发展.后间歇冻结模式下,土体内已冻区的温度梯度小,是造成后间歇冻结模式下土体冻胀量小于全间歇冻结模式下土体冻胀量的主要原因,可以考虑通过减小冻胀量快速增长阶段曲线的斜率更有效地进行冻胀控制.     

双向冻结单向融化土冻融循环下的融沉及压缩特性

自行设计了冻土冻融循环装置,基于此开展不同上边界冻结温度条件下粉质黏土的冻融循环试验.试验结果表明:1)随冻融次数增加,经高温冻结冻融作用和经低温冻结冻融作用当干密度ρd≤1.42g/cm3时,试样以压密变形为主,而低温冻结冻融作用后ρd1.42g/cm3的试样则以膨胀变形为主;第2次冻融作用与第1次冻融作用相比,高温冻结冻融作用后的试样融沉系数α0大幅度降低,而低温冻结冻融作用后的试样α0则表现为增加;随冻融次数增加,α0趋于稳定值α07,且α07随上边界冻结温度的增加而增加.2)当上边界冻结温度高于-2.8℃时(包含-2.8℃),不同干密度土样冻融1次后压缩系数mv均降低,当上边界冻结温度低于-2.8℃时,ρd≥1.42g/cm3的试样1次冻融后的mv增大,ρd1.42g/cm3的试样mv则减小;随冻融次数增加,mv逐渐增大并逐渐趋于稳定值mv7,且mv7随上边界冻结温度的降低而增加.