冻结黏土分数阶损伤蠕变模型参数确定及验证

为表达介于理想固体和理想流体之间的人工冻土蠕变特性,常用弹簧元件、黏壶元件与滑块元件间的复杂组合来实现。基于分数阶导数理论则可用较简单的模型来表达人工冻土蠕变性质。分析山西某矿井井筒检查孔黏土不同冻结温度下的单轴抗压、蠕变试验曲线,得到温度对冻结黏土单轴抗压应力应变及蠕变特性的影响规律。在Singh-Mitchell模型的基础上,引入分数阶导数理论,建立受冻结温度、加载等级影响的分数阶冻土蠕变模型。通过分析蠕变与时间取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而得出与温度有关的模型参数。鉴于建立的分数阶冻土蠕变模型不能反映冻土蠕变加速阶段,将损伤因子引入建立的分数阶蠕变模型,建立人工冻土分数阶损伤蠕变模型。对比分析分数阶蠕变模型计算值与试验值,表明该模型能够很好地反映人工冻结黏土在稳定蠕变阶段、加速蠕变阶段变形发展特点。建立的S-M分数阶蠕变模型参数少、易于确定且有一定的物理意义,便于工程应用。     

祁东矿人工冻土物理力学性能试验研究

对祁东矿井人工冻土力学性能试验研究结果表明：祁东冻土冻结温度低、冻土强度小、膨胀性大、冻土在２４ ｈ 内应力松弛很快；三轴剪切试验中发现，在１～１０ ＭＰａ 围压条件下，冻土强度与围压几乎无关。试验结果被工程实践所证实，可为宿东矿区其它矿井建设提供依据。     

冻土单轴抗压试验研究及盾构始发冻结优化设计

为保证浅埋深富水软弱地层的盾构隧道安全始发,采用人工冻结法进行端头加固。通过在室内进行冻土单轴抗压试验,得到可靠的冻土力学参数,并采用正交试验的方法分析冻结深度、冻结宽度和冻结温度对地表沉降和管片拱顶沉降的影响规律和影响程度,选取确定最优冻结加固方案。结果表明：土体冻结温度越低,抗压强度越大;对地表沉降和管片拱顶沉降的影响排序为冻结深度>冻结宽度>冻结温度;最优冻结方案为冻结宽度6m,冻结深度15m,冻结温度-20℃。     

加载速率及方式对人工冻土抗折强度的影响

基于室内实验研究了人工冻土(重塑粉质黏土)在三点式和四点式两种加载方式下加载速率对抗折强度的影响规律。结果表明:两种加载方式下,破坏类型均呈明显的脆性破坏特征,加载速率对破坏特征几乎无影响。三点式加载方式下,抗折强度与跨中最大相对挠度均随加载速率的增大而呈线性增大趋势,试验范围内(加载速率30~75 N/s),加载速率提高1 N/s,强度增大0.023 MPa,跨中最大相对挠度增大0.038;而四点式加载方式下加载速率对抗折强度及试件破坏时跨中最大相对挠度均无影响。仅从研究人工冻土抗折强度基本特性出发,采用四点式加载方式确定其抗折强度更为合理。     

矿物掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响

为了研究不同矿物细掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响,用硅微粉、粉煤灰、石英粉、粉煤灰与石英粉双掺（双掺组）共4种矿物掺合料,分别取代不同比例的硅粉来制作活性粉末混凝土试块;同时,采用不同的养护温度和不同的养护龄期对混凝土试块进行养护;最后,测出4组混凝土试块的抗压和抗折强度以及棱柱体的抗压强度,分别绘出抗压和抗折性能曲线。研究结果表明：同一种矿物掺合料,养护温度越高,其抗压和抗折强度越高;在同一养护条件下,粉煤灰改善活性粉末混凝土的抗压和抗折性能效果最好,石英粉最差,硅微粉和双掺组介于两者之间。     

人工冻土温度场模型试验及冻土导热系数反分析

掌握人工冻土温度场的相关物理力学性质对冻结法施工意义重大,导热系数是计算人工冻土温度场的关键参数。采用人工冻土冻结试验平台进行人工冻土温度场试验,在模型土体的不同深度、不同平面位置布置热电耦测量温度的实时发展规律。通过数值法模拟人工冻土冻结温度场模型试验,对比分析不同点温度监测值和模拟值的关系,再以反分析方法为基础,利用最小二乘法准则将数值计算得到的测温点计算温度与实测温度进行对比分析,然后在准则函数计算范围内,用数值逼近原理,得到最优导热系数。最后,将最优导热系数的模拟温度和实测温度进行对比,验证得到的等效导热系数具有准确性。     

冻结粉质黏土强度特征及影响因素敏感性分析

为研究分析人工冻结粉质黏土强度的影响因素的敏感性,基于粉质黏土物理特性,选取温度、含水率、干密度和加载速率作为冻土强度的影响因素,对长春市某工地的粉质黏土进行冻土单轴抗压强度试验,得到不同影响因素条件下抗压强度随温度变化的特征曲线。基于此,通过正交实验和灰色关联分析法,得出4种影响因素在不同温度区间的敏感度排序。试验结果表明：在-21～-14℃,抗压强度随温度降低而逐渐减小的温度变化拐点为-16℃;在-20～-16℃,干密度的敏感性逐渐增大,并超过温度和含水率的敏感性;当温度介于-30～-16℃时,在人工冻结法施工中可将温度作为重点考虑的研究对象。     

冻结黏土的强度与变形特性及参数研究

为了更全面地分析冻土的强度与变形特性,以皖北某矿取样的原状黏土为研究对象,进行不同温度(-5℃、-10℃、-15℃)下的单轴抗压强度试验和三轴剪切强度试验.试验结果表明,在试验温度下,试样单轴抗压强度的应力-应变曲线为应变软化型;试验条件下,冻土三轴剪切应力-应变曲线可以用双曲线模型描述.随着温度的降低,冻土的单轴抗压...     

不同粒径石英粉对活性粉末混凝土强度影响及微观结构分析

试验分析了不同养护条件下掺加不同目数石英粉对活性粉末混凝土(RPC)抗压、抗折强度影响,分析并计算不同目数石英粉对RPC强度贡献率;利用SEM、XRD分析不同目数石英粉经历热养后RPC微观结构变化和物项组成.结果表明:与未掺石英粉相比,掺入石英粉对RPC抗压、抗折强度均有提升,其抗压/抗折强度最高可提升18.9％/14...     

机制砂取代率及石粉掺量对人工砂砂浆流动度与力学性能的影响

通过使用不同机制砂取代率的人工砂、采用掺入石粉部分替代水泥的方法,研究人工砂砂浆流动度及力学性能的变化规律.研究表明:随着机制砂取代率的增大,人工砂砂浆的流动度优于天然砂砂浆,且其7、28 d抗压和抗折强度随着机制砂取代率的增大而增大.掺入5%的石粉可以提高人工砂砂浆的流动度及7 d抗压和抗折强度,28 d抗压和抗折强度降低幅度在10%之内.综合考虑人工砂砂浆的流动度及力学性能,建议采用机制砂取代率为66.7%及石粉掺量为5%的人工砂.     

人工冻土单轴抗压强度GA-SVM预测模型

为了预计冻结法凿井中井壁结构设计中的人工冻土单轴抗压强度,利用支持向量机在处理小样本分类学习的独到优越性及遗传算法全局并行搜索优化的特点,结合影响人工冻土单轴抗压强度因素,提出了人工冻土单轴抗压强度不同核函数的遗传支持向量机计算模型,并运用该模型预计了两淮地区第四系人工冻土单轴抗压强度。结果表明,多项式核函数的遗传支持向量机模型较高斯径向基核函数及Sigmoid核函数的遗传支持向量机模型较准确地预计人工冻土单轴抗压强度。该模型为人工冻土单轴抗压强度的预计提供了一条新途径。     

低温冻结状态下岩石的变形特性及力学行为研究

为研究冻土地区不同含水状态下冻结岩石的力学行为,对凝灰岩和玄武岩冻土试件进行了常温20℃和低温-20℃下的单轴压缩试验和巴西劈裂试验.通过观察其变形行为和声发射活动,研究了其断裂破坏过程以及饱水率对材料强度和变形性能的影响.结果表明,冻结岩石的破裂过程分为以下几个阶段:Ⅰ阶段为裂纹气孔闭合;Ⅱ阶段为弹性变形;Ⅲ阶段为裂...     

土壤冻结温度测定试验研究

在研究越冬期土壤的水热耦合运移规律时，通常需要同步测定土壤冻结深度，为了分析冻融期土壤剖面的冻结情况，我们在室内对3种土质的土壤进行了土壤冰点测试实验，测定了土壤冻结的时间过程及不同含水率、含盐量条件下的3种土质的冻结温度(冰点)。分析了土壤冻结温度随土壤含水量及含盐量的变化规律，为确定试验区越冬期土壤冻融状况提供了依据。     

基于固结理论和蠕变模型的软土固结蠕变理论

通过分级加荷的方式对天津滨海新区经过真空预压处理后的软土进行一维压缩蠕变试验.根据试验所得到的成果,在Terzaghi一维固结理论的基础上,用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型建立了一个新的一维固结微分方程.该方程以一维压缩蠕变试验中所获得的土体力学指标作为计算参数,考虑了软土在主固结阶段结束后所产生的蠕变变形.利用该方程对不同深度和不同应力水平下的试样进行固结和蠕变计算,计算结果与试验结果很接近,表明该方程能够充分反映软土的应力、应变和时间的关系,适用于天津滨海新区的吹填软土地基.     

基于指数积分函数的人工冻土温度场解析研究

人工冻土温度场是与空间和时间相关的且含有相变的瞬态温度场.将指数积分函数作为人工冻土瞬态温度场的解析形式,通过指数积分函数的近似级数表达式和工程应用,说明瞬态冻土温度分布的近似解析解是可行的,且分别在时间和空间上服从对数规律分布.从冻结相变过程中,得出了冻土帷幕扩展厚度、速度与冻结时间关系的理论表达式,为冻结工程分析冻土温度分布、冻结帷幕的厚度、强度及冻结时间提供了一条新的途径.     

花岗岩超低温冻融循环后力学特性研究

对花岗岩进行-20,-30,-40,-50℃条件下的冻融循环处理,再进行单轴压缩试验,观察花岗岩经历不同冻结温度的冻融循环后的破坏模式,并分析弹性模量变化规律、应力应变曲线变化规律、单轴抗压强度和峰值应变变化规律以及冻融系数的变化.根据冻融处理后花岗岩的损伤数据,推广了花岗岩冻融循环后的总损伤变量的公式.研究结果表明,冻融循环后花岗岩的破坏模式主要为锥形破坏模式和柱状劈裂模式,揭示了花岗岩冻融循环后的力学特性与冻结温度的关系.根据总损伤变量与应变的关系可以预测,随着冻结温度的下降,应变存在一个临界值,超过临界值时试块破坏.     

环境负温与升温温差作用下冻土强度特性试验研究

随着西部经济快速发展,冻土区工程日趋活跃,冻土灾害问题愈显突出。为了减少灾害,提高工程耐久性,必须进行冻土区地基承载力的力学特性与温度变化的关系研究。采用青海省果洛州海拔4 200 m处冻土,在室内模拟不同环境负温与升温温差的冻土常规三轴压缩试验,得到冻土在不同环境负温、不同升温温差下的应力-应变曲线以及强度-温度关系曲线。试验结果表明,低温冻土到高温冻土的破坏特征是由脆性破坏过渡到塑性破坏,其应力应变关系由广义双曲线模型变为邓肯-张模型;环境负温与升温温差的不同,使得冻土强度折减不同;设计冻土区地基承载力时,需根据当地温度和升温温差等变化特点修正冻土区地基承载力特征值。     

液氮泄漏对超导电缆管线槽混凝土物理力学性质的影响

高温超导输电技术利用液氮冷却辅助系统将超导电缆本体冷却至超导临界温度,实现导电体的大电流传输,具有低损耗、高效率与大容量输电的优点。针对高温超导电缆管线槽面临的极低温冻融作用问题,对不同冻融次数的C25混凝土开展超声波检测试验、单轴抗压强度试验与核磁共振试验。试验结果表明,冻融循环作用导致的混凝土超声波波速下降与抗压强度恶化集中在冻融初期,且混凝土超声波波速与单轴抗压强度均随着混凝土冻融次数的增加而逐渐降低;混凝土在经历4次液氮冻融后,超声波波速最大下降比例超过13.6%,之后趋于稳定;混凝土的抗压强度等级最大降幅超过28%,不同冻融循环次数的混凝土破坏形态基本同常温;最后结合核磁共振试验,从微观结构分析了C25混凝土孔隙特征随冻融次数的变化规律,随着冻融次数的增加,造成混凝土内孔隙比以及大孔数量的增加,使得混凝土内的密实度降低,造成混凝土冻融初期超声波波速与混凝土单轴抗压强度的降低。     

基于蠕变试验的冻结红砂岩长期强度

人工冻结法以其独特的优势广泛应用于西部建井工程,因此研究岩石在冻结状态下强度特性尤其重要,基于冻结红砂岩蠕变试验,分别通过过渡蠕变法、等时应力-应变法、裂纹损伤应力法、稳态蠕变速率交点法得到冻结砂岩长期强度。结果表明：（1）通过过渡蠕变法可以得到冻结砂岩长期强度的取值范围,约为三轴压缩强度的45~65%左右;（2）体积应变等时曲线簇更加能够体现时间对岩石变形的关系,长期强度约为三轴压缩强度的48%左右;（3）稳态蠕变速率法能够较为简单的确定岩石长期强度,但因其方法本身具有一定的局限性,综合考虑三向蠕变速率,对其改进得到稳态蠕变速率交点法,可以更加精确反映砂岩强度,长期强度约为三轴压缩强度的49%左右;（4）引入裂纹体积应变计算方法,根据其与时间的关系得到裂纹体积应变等时曲线簇,得到的强度值与等时曲线法及其相近,因此裂纹损伤应力法也可作为确定岩石长期强度依据。将冻结红砂岩的长期强度作为监测冻结壁变形的标准,可为评价冻结壁蠕变诱发失稳破坏提供理论支撑和试验依据。