冻融条件下软岩隧道冻胀力计算分析

针对软岩体含水率高、孔隙率大、对温度变化敏感等特点，本文首先在一定假设的基础上，分析了温度影响范围内软岩体冻结后，内部水冰相变会导致隧道衬砌承受冻胀力的原因，推导出了其弹性力学解，其次分析了融化过程及融化后冻胀力变化的过程及原因，运用弹性力学复变函数法推导出了冻融后隧道衬砌所承受冻胀力的表达式，最后给出了算例并指出将来的研究方向。     

寒区隧道衬砌结构冻胀破坏规律研究

冻胀力是造成寒区隧道冻害时常发生的主要原因。通过对寒区隧道衬砌结构冻胀力产生机理进行研究,认为冻胀力是围岩整体冻胀和局部冻胀共同作用的结果,并采用弹性力学计算方法推导了冻胀力的计算公式。利用有限元分析软件TRAS研究了青沙山隧道衬砌结构冻胀破坏规律及防治措施,研究发现:拱顶和拱脚处衬砌结构安全系数较低,容易发生冻胀破坏;增加衬砌厚度来预防冻胀力效果不明显,建议采用钢筋混凝土结构。     

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。     

冻融循环下隧道围岩冻胀力理论计算

围岩冻胀导致寒区隧道衬砌破坏,但是目前围岩冻胀力计算几乎都没有同时考虑冻融循环所导致的岩石弹性模量降低及孔隙率增加的共同影响。为此,首先,介绍前人提出的圆形隧道围岩冻胀力弹性力学计算模型;其次,基于Griffith断裂理论及细观损伤理论建立岩石弹性模量与冻融循环次数之间的关系式;最后,提出能同时考虑冻融循环下岩石弹性模量及孔隙率变化的围岩冻胀力损伤力学计算方法。研究结果表明:随着冻融循环次数增加,围岩冻胀力逐渐增加,并趋于定值。岩石冻胀力主要是由岩石孔隙水的冻结膨胀所致,因此,要减轻围岩冻胀破坏应采用截排水措施以控制水的渗入。     

冻融循环下含裂隙类岩石冻胀力的力学模型及实验研究

以水泥砂浆类岩石材料为研究对象,结合弹性力学、断裂力学和流体力学相关理论,推导出体积膨胀机制作用下多孔岩石冻胀力计算的理论模型,得出冻胀力和体积模量之间呈正相关的增长方式;对经过冻融循环的含裂隙试件进行单轴压缩实验,分析冻胀力对不同角度裂隙试件的影响,发现冻胀力对0°试件的峰值强度影响最明显,随着裂隙倾角的增加,冻胀力对裂隙试件的峰值强度的影响逐渐减弱。该研究为岩体裂隙中冻胀力的求解提供了一个确切的模型,并通过实验验证了冻胀力模型的可行性,为以后研究裂隙中冻胀力的大小提供了理论依据。     

U形渠道地基用盐渍土冻融试验

针对宁夏平罗县沙湖灌区盐渍土地基U形渠道衬砌盐腐蚀严重和冻胀开裂的现象,开展破坏机理研究。设计模拟渠道地基用盐渍土的冻融试验,研究9次冻融循环条件下盐渍土的盐分迁移和冻胀力分布规律,结合冻胀力计算模型明晰U形渠道衬砌的破坏成因。研究结果表明:相同含水质量分数的盐渍土,深度在10 cm以内时,盐分迁移速率较快,随着深度增加,盐分迁移速率由大减小,并沿着深度增加盐分迁移量呈非线性减小;不同含水质量分数盐渍土在其表层均有盐分迁移后大量富集现象;相同含水质量分数的盐渍土,其冻胀力随着深度增加而增加,当深度在25 cm以内时,其冻胀力增长较为平缓,深度大于25 cm时,冻胀力随着冻结深度增加呈显著增加;盐渍土温度达到-10.0℃以下,土体中的水已全部冻结,随着温度继续降低,冰体和土颗粒的蠕变变形导致冻胀力衰减,且随着冻融次数增加,冻胀力衰减越显著;在1个冻融循环过程中,冻胀力波动温度区间随着含水质量分数增加而减小,且区间起始温度有增加趋势;在1个冻融循环过程中产生了冻胀力波动现象且在冻胀力波动温度区间内发生了4次,该规律能很好地解释在春天融化过程中渠道衬砌板更易产生开裂的现象;盐渍土表层盐分大量富集导致渠道衬砌板顶部腐蚀最严重。     

季冻区破碎围岩隧道冻胀力计算方法及工程应用

为了保障季冻区破碎围岩隧道的运营安全及使用年限,依托榆树川隧道冻害处治工程,采用理论分析、现场监测及数值模拟,对季冻区破碎围岩隧道冻胀力计算方法及隧道衬砌安全监测管理标准进行研究.基于冻融岩石圈冻胀模型和含水风化层冻胀模型,提出了季冻区破碎围岩马蹄形隧道冻胀力计算方法,并以衬砌最小安全系数素混凝土2.0、2.4、2.8...     

软岩冻融损伤的水热力耦合研究初探

冻融力学研究正温-负温环境交替变化对材料的物理力学性质的影响。由于软岩强度低，孔隙度大，胶结程度差，含有大量膨胀性粘土矿物的松，散，软，弱岩层。因此软岩的水热力的耦合不是一个简单的过程，本文初步提出软岩的水热迁移机理进而提出了了软岩水、热、力耦合的基本数学模型。最后用ANSYS模拟了隧道围岩温度场与应力场，得到了隧道围岩冻胀力的分布趋势。     

季冻区隧道冻胀力影响因素交互性及敏感性正交试验分析

为探究影响季冻区隧道衬砌冻胀力各个因素的交互性及敏感性,依托承担冬奥会人员转运工作的延崇高速主线翠云山隧道,通过建立ANSYS数值模型,对冻胀率、冻融圈厚度、衬砌弹性模量等冻胀力影响因素进行了正交试验。研究结果表明：(1)考虑各个因素对冻胀力的影响时可只考虑其主效应。(2)融圈厚度、冻胀率、衬砌弹性模量、冻结围岩弹性模量以及未冻结围岩弹性模量均对冻胀力的影响较为显著;各因素敏感性排序为：冻结围岩弹性模量>冻胀率>未冻结围岩弹性模量>冻融圈厚度>衬砌弹性模量。(3)相比于原始参数,实验最优参数各部位冻胀力均有所减小且降幅均超过30%,最小降幅发生在拱顶为34.20%,并据此提出了控制冻胀力的措施,为河北地区季冻区隧道建设提供指导。     

顺倾岩质高边坡开挖变形机理及计算

为了进一步分析顺倾岩质高边坡开挖变形机理及变形计算方法,以卸荷岩体力学及弹性力学理论为基础,对顺层岩质边坡开挖前后边坡岩体的力学状态进行了分析,对边坡变形机理及变形计算方法进行了研究．研究结果表明,顺倾岩质边坡在开挖过程中岩体受力状态发生改变,岩体力学参数劣化,造成边坡发生较大变形;顺层岩质边坡变形主要由浅表松弛变形、卸荷回弹变形及顺层滑移变形组成．并以弹性力学为基础提出了边坡卸荷回弹变形的计算方法,依据能量守恒定律推导了顺层滑移变形的计算方法．     

热-湿-应力耦合作用下框架锚杆支撑的边坡冻融特性分析

为探究季冻区框锚支护边坡的冻融规律,根据传热传质理论,给出了土体在冻融过程中温度场、水分场和应力场的数学模型方程,使用有限差分法对温度场和水分场进行分析,在每个时间步长内使用有限单元法对应力场进行分析。同时,针对土体与结构的协同作用,提出了零宽度四节点单元作为二者的联结单元,来体现二者的联结关系。基于MATLAB软件平台编制了计算程序,并结合室外试验验证了程序的可靠性。结果表明：边坡顶部受温度影响较大,地表温度在冻结和融化时对土体最大影响深度分别是2.0m和1.5m;冻结时的剪应力大约是融化时的2.5倍,在坡面上分布较均匀,边坡处于稳定状态;融化时的剪应力在坡脚处出现应力集中,在融化区和未融化区交界面发生剪应力突变,边坡处于不稳定状态;3种工况下冻结时锚杆轴力最大,大约是初始工况的2.4~2.5倍,融化时锚杆留有残余轴力,大约是初始工况的1.1~1.3倍,表明冻融过程中的冻胀变形对锚杆内力影响较大,一旦超过其抗拉极限,就会发生锚杆被拔出的现象致使防护失效,边坡失稳。因此由冻结引起的变形会对锚杆内力产生不可忽略的影响,此类边坡工程中需要加以重视。     

越江隧道联络通道冻结法施工力学模拟

采用大型有限差分软件FLAC^3D,对上海越江隧道联络通道的开挖过程进行了数值模拟．从数值分析的角度对冻土帷幕的应力与变形进行了分析和安全评价,详细研究了冻土帷幕中应力与位移的分布情况,确定了冻土帷幕的厚度设计值,并指出了容易产生应力集中的位置为冻土帷幕与隧道接触部位．由于该部位在冻结过程中散热快,冻结效果差,所以施工中应该注意,同时也为今后的联络通道数值模拟与人工冻结法施工提供了参考．     

冻融循环条件下重塑黄土水分迁移及其对力学性质影响

以西安地区黄土为研究对象,通过常规三轴剪切试验,研究了冻融循环对重塑黄土物理力学性质的影响。结果表明:试样冻融过程中水分不断向冰晶冰冻锋面迁移;即试样冻结过程中水分向试样表面迁移,融化之后水分向试样内部迁移;在此过程中试样结构性破坏,内部空隙增大,其剪切强度逐渐减小;故而试样含水率越大,冻融过程中水分迁移量越大,试样破坏越明显,其剪切强度降低越明显。     

3种抗寒保护剂对大叶黄杨叶片抗冻性的影响

聚乙二醇、氯化钙及二甲基亚砜3种抗寒保护剂单一喷施处理大叶黄杨叶片后,可减少冻害胁迫过程中电解质的渗透率及MDA含量,并且POD活性较对照组有所提高,这表明3种抗寒保护荆均能不同程度增强大叶黄杨叶片抗冻性,其中Ca^2＋作用效果最佳,同时对上述3种抗冻鉴定指标比较后认为,电解质渗透率能更灵敏、客观地评价大叶黄杨叶片抗冻性。     

地铁换乘站水平冻结压力的监测与分析

以在建上海地铁工程实际为例，通过有说服力的现场实测数据，总结分析了由冻结施工引起的冻结压力的变化规律，从而为上海地铁工程水平冻结设计、施工和检验提供了参考依据。     

非饱和带冻结期土壤温度变化试验研究

设计了气温数字控制系统和非饱和带温度场自动监测系统,编制了相应的信息监测与处理软件,研究了非饱和带冻结期土壤温度变化特征。模拟实验结果表明,非饱和带土壤冻结过程中同样的气温降幅条件下,空气温度的变幅(3℃)远大于土壤表面温度的变幅(1℃),砂土要比亚黏土地表温度降幅大;冻结期土壤温度变化具有一定的时间滞后效应,其时间滞后效应随着土壤深度的增加而增大;不同类型土壤,其温度差别主要在土壤表层。     

黄瓜片冻结过程的数值计算及实验研究

在考虑热物性变化的条件下,用计算机模拟了黄瓜片的速冻过程,讨论了介质温度、传热系数和食品厚度对冻结时间的影响,并且与不考虑热物性变化的情况进行了比较。结果显示,考虑了热物性变化的计算结果更接近实验数据。     

超声辅助冷冻对湿面筋蛋白中可冻结水含量及冰晶粒度分布的影响

超声辅助食品冷冻过程是一种新的技术。本文通过对湿面筋蛋白中可冻结水含量及冰晶粒度分布的检测,研究超声辅助食品冷冻过程中冰结晶的热力学机制。用差示扫描量热仪测定了不同冷冻环境下湿面筋蛋白中可冻结水的含量,结果可见：超声辅助冷冻和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中可冻结水的含量比传统冷冻过程的高。用扫描电镜间接观察和分析了冷冻的湿面筋蛋白中冰晶的形状和粒度分布,表明适当的功率超声能加速湿面筋蛋白的冷冻过程;超声辅助和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中冰晶细小且分布均匀,可减少冷冻时对面筋蛋白网络结构的破坏。显示超声辅助冷冻是改善冷冻食品品质的实用技术。     

盾构始发端垂直冻结温度场数值分析与现场实测

太原地铁双塔西街站-大南门站区间盾构始发端采用垂直冻结法加固技术。由于盾构始发的特殊性,冻结帷幕的有效厚度能不能保证,是关系到土体加固是否安全的前提。通过建立三维数值模型对该工程冻结帷幕温度场随时间的发展规律展开研究,动态模拟冻结帷幕的演化过程,并且现场实时监测记录了冻结帷幕的温度变化和盐水温度随时间的变化情况,分析了在同一深度处各测温孔测点温度随时间的变化规律,计算了冻结帷幕厚度与冻结帷幕平均温度,验证了盾构是否具备始发的条件。结果表明:实测温度值和数值计算温度值总体趋势基本一致;采用垂直冻结方式、三排冻结管冻结施工的方案是合理的;用数值模型来模拟冻结帷幕温度场的变化过程是可行的。     

冻结管腐蚀对井壁附加力影响的数值分析

以实际矿井为研究背景,采用大型商业软件FLAC3D模拟了冻结管腐蚀对井壁附加力的影响,模拟结果显示,冻结管腐蚀所引起的附加力在底部含水层下部达到最大,在一定时间段内,该值随时间呈近似线性增加的关系.通过该值与底部含水层疏排水引起的竖直附加力的对比分析,冻结管腐蚀给井壁所带来的附加力不能忽视,底部含水层长期疏排水和冻结管腐蚀对井壁破裂均产生影响.