季冻区粉质粘土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明：冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现本文提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

季冻区粉质黏土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明:冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39 cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现所提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

多年冻土地区不同入模温度下桩基温度场数值分析

考虑基桩传热、地基冻土、大气温度变化、混凝土中水泥水化热、混凝土入模温度变化及其相互作用,建立温度场数值分析模型.通过数值分析,研究了青藏铁路多年冻土区在寒季桩基的回冻过程,混凝土入模温度的提高及其对施工的影响.研究发现,混凝土水化热对地温的扰动随着回冻时间的增加而减少,回冻两个月后单桩桩身表面处地温平均值在入模温度5℃及12℃条件下分别达到了天然孔地温平均值的57.3%及53%,因此要等混凝土水化热对地温的热扰动完全消除再施工是不现实的.在实际工程中,只要基桩承载力满足施工要求即可.     

单向冻结条件下根河黏土水热特征试验研究

为研究内蒙古东北根河地区地基土体的水热特征,对根河饱和黏土在-5℃、-10℃和-15℃三种环境负温下开展了单向冻结试验,得到试样在不同深度处的温度分布规律和变化过程及冻结前后试样中的水分变化规律。结果表明:单向冻结过程中土体的平均降温速率随深度的增加线性减小,且环境温度越高降温速率越慢;冻结过程中过冷现象的出现与降温速率相关,降温速率越低出现过冷阶段的几率越大;土体自由水冻结阶段的持续时间主要受各层土样的降温速率和含水率的影响,随深度的增加而减小,-5℃环境温度下其持续时间在深度20mm、40mm、60mm处分别约为12min、8min、4min,-10℃环境温度下分别约为8min、4min、2min,在-15℃环境温度环境下也有类似变化,但持续时间均在1min以内,变化幅度不明显;单向冻结后试样中的水分发生重分布,且环境温度对含水率的数值变化影响显著,降温速率越低,冻结前后不同深度处的土层含水率变化越明显,-5℃环境温度下冻结前后含水率沿深度方向平均变化值达到0.240(%/cm)、依次大于-10℃环境温度下的0.070(%/cm)与-15℃环境温度下0.015(%/cm)。     

单道次热轧对Fe-15Si硅钢氧化层形貌的影响

将Fe-15Si硅钢试样分别在1000~1200℃空气条件下氧化30min，观察发现在1000℃和1100℃时，氧化层与基体界面处存在硅酸亚铁，而当温度为1200℃时，硅酸亚铁不但存在于界面处，同时也存在于氧化层中.将各温度下得到的带有氧化层的试样进行单道次热轧试验，压下率分别为10%和30%，发现1000℃和1100℃时，较高的压下率使氧化层破碎更加严重，但是单道次热轧未能改变氧化层的结构；当温度为1200℃时，由于液态的硅酸亚铁的出现，单道次热轧能够将界面处的液化的硅酸亚铁层挤压到氧化层中，消除了硅酸亚铁层的钉扎基体的效应，改善了氧化层与基体界面的平直度.     

盾构出洞水平冻结解冻温度场三维有限元分析

为揭示人工冻土解冻规律,对某地铁区间隧道盾构出洞水平冻结工程融化温度场进行了三维数值模拟分析,并研究了土体导热系数、比热容、含水率和环境温度等因素变化对人工冻土融化温度场的影响.计算结果表明:冻结帷幕解冻所需热量主要来自于与隧道管片和混凝土槽壁接触的大气;解冻过程可为负温阶段、相变阶段和正温阶段,土体温度在负温阶段上升较快,相变阶段上升速度明显变缓,进入正温区后土体温度回升速度再次增大;负温阶段受比热容的影响比较显著,含水率增大引起相变阶段明显延长,导热系数和环境温度变化对三个阶段都有显著影响.为跟踪注浆控制融沉提供了理论依据.     

多年冻土地基单桩冻拔效应的计算方法与分析

为研究多年冻土地基冻结过程中桩基础的冻拔效应，基于桩周土的冻胀变形及桩土之间的变形协调关系，结合剪切位移法构建了一种考虑桩土界面相对滑移效应的单桩冻拔荷载传递的理论模型.采用有限差分法，通过MATLAB编程对桩基受力微分方程求解，获得了冻拔力的发展规律，并采用现场试验与有限元数值模拟验证了模型的合理性.接着分析了冻胀率、桩土界面本构参数及桩长对桩基冻拔响应的影响.研究表明：冻结过程桩身轴力逐渐增大，冻深附近出现轴力峰值，部分桩土界面会产生滑移；冻至最大冻深2.3 m时桩身轴力达到最大值690.3 kN,滑移段长度约为0.65倍冻深；冻拔力随土体冻胀率的增大并非呈线性增大，主要受桩土界面峰值剪切强度与残余强度的影响；桩长越长，抗冻拔效果越好.     

承压水基坑突涌机制离心模型试验与数值模拟

软土地区的深基坑工程,在承压水作用下容易发生管涌、流土和隔水层整体顶升等形式的突涌破坏.结合紧邻地铁枢纽深大基坑工程,设计了基坑突涌离心模型试验,模拟不同承压水位作用下黏性土体隔水层突涌状态,并建立有限元数值模型,分析试验水位压力下坑底土体的应力应变机制.离心模型试验和数值模拟结果表明,在承压水压力作用下,坑底隔水层产生向上的隆起变形,并且基坑中间位置变形量大,随着水位的升高,土体变形曲率增大;基坑围护墙附近的隔水层土体剪切应变大于体积应变,而隔水层与承压含水层的界面处体积应变较大,产生水压楔裂作用并形成有效应力为零的区域;黏性土体隔水层在剪切效应与界面楔裂效应的共同作用下,发生整体顶升破坏.     

季节性冻土区铁路接触网立柱桩基础冻胀变形数值模拟研究

季节性冻土区铁路接触网基础常因土体冻胀影响,发生拔起、倾覆等工程病害,严重影响电气化铁路供电安全与平稳运营。为分析接触网基础受土体冻胀的影响过程,本研究基于热-力耦合理论,考虑土体冻胀正交各向异性、温度对路基土体冻胀率的影响等关键因素,选取川藏铁路沿线昌都、康定、理塘三地区全年气温变化条件,分析全年不同时期接触网立柱基础冻胀变形特征。结果表明:桩基整体呈现上拔、外倾趋势,桩基整体位移量与冻深呈现正相关关系,而冻深与全年气温条件显著相关。建议可以通过保温隔热等防护措施减小冻深,从而达到改善桩基冻胀变形,提高基础冻胀抗拔稳定性的目的。     

青藏铁路冻土路基活动层形成特性研究

在环境温度季节性变化的条件下进行室内模拟试验,探索了模拟冻土路基活动层形成的试验方法,研究了青藏高原多年冻土区路基活动层的形成活动规律。试验表明：活动层从初始形成到基本稳定过程中,近地表土层对外界温度场的变化响应灵敏,随外界温度的改变出现规律的波动;深层土层对外界温度的变化表现出滞后性,温度曲线波动幅度较小;活动层在趋于稳定的过程中土层的温度特征呈现出较为明显的区域相似性,在一定外温影响范围内土层温度场变化规律接近;在环境负温的初期表层土层迅速降温,活动层厚度开始逐渐减小,受外界气温及深层冻土冷源作用的共同影响,活动层冻结过程中会出现从上下边界同时冻结的现象,加快了活动层的冻结速度。