人工冻土融沉特性试验研究

为促进人工冻结技术在城市地下工程中的推广应用,利用自制的冻胀融沉试验装置,对南京地区典型土质进行了融沉特性室内试验.结果表明:并非所有含水土体都产生融沉.只有当土体含水率超过起始融沉含水率后才会融沉.土体融沉系数随含水率增大而增大.且淤泥质黏土、粉质黏土融沉系数随含水率增大而分段线性增大.对于非饱和土,融沉系数与干密度变化规律中存在一个临界干密度,临界千密度对应土体最小的融沉系敷.开敞型冻融时,融沉系数随温度升高而增大,封闭型冻融时,融沉系数随温度升高而减小.粉砂相对于淤泥质黏土和粉质黏土属于非冻胀融沉敏感土.     

冻土蠕变过程的损伤力学模型

参考在金属蠕变过程研究中所发展的损伤力学模型,建立了一般应力状态下,微裂隙的形成和发展影响冻土蠕变过程力学行为的损伤力学模型,从该模型得到了冻土破坏时间依赖于应力的具体函数关系.计算结果与实测数据的对比表明,该模型准确地反映了冻土蠕变过程中变形随时间发展的趋势,对破坏时间的预测也基本与实测结果一致.     

人工冻土蠕变非定常开尔文模型

为了更好地描述人工冻土的蠕变特性,将广义开尔文模型中的经典Newton黏壶中的黏滞系数定义为与时间有关的非定常参数,通过推算得到非定常开尔文模型,用粒子群优化算法识别模型中的参数。非定常开尔文模型能模拟不同应力下的蠕变试验数据,效果都很好,充分说明了该模型的合理性。目前采用非定常开尔文模型来研究人工冻土的蠕变规律的很少,此方法的提出为人工冻土领域的计算开辟了新思路。     

冻土动力学性的研究现状及研究方向

冻土动力学是冻土力学的一个重要分支,它主要研究的是在动载荷作用下冻土的强度、变形和稳定性问题。根据冻土动蠕变、动强度、动力学参数、动应力—应变关系、冻土场地地震加速度反应谱分析和路基体系地震反应等方面研究现状和发展趋势,明确了冻土动力学今后的研究方向。     

人工冻结软土的蠕变特性试验研究

结合宁波轨道交通中冻土蠕变的工程实例,研究了人工冻结后土体物理力学性质的变化。在-10℃条件下,对相关地层进行了不同应力水平的蠕变试验,结果表明:宁波地区人工冻土表现出了明显的蠕变特征,是典型的蠕变材料。在加载水平较低时,②2-2和③2土层的蠕变特性较其他各土层强。随着加载水平的增加,③1层含黏性土粉砂和③2粉质黏土的应变随时间迅速增加,土层蠕变特性显著衰减,其他土层的蠕变特性随加载而增强。在试验基础上,结合蠕变数学模型,获得各土层的蠕变模型参数。此外,宁波地区人工冻土的长期强度衰减很快,随着时间的延长,其衰减过程逐渐趋于平缓,强度趋于稳定。     

水泥改良粉质粘土的冻土强度变化规律研究

对粉质粘土地层进行水泥改良后再进行冻结,可以有效减小冻结过程中产生的冻胀量,而改良后地层的冻结强度是冻结设计和施工的基础。为了获得水泥改良后粉质粘土冻结强度的变化规律,进行了不同水泥掺量条件下不同龄期改良粉质粘土的室内实验,测试了冻土的单轴抗压强度和弹性模量参数,获得了水泥掺量对改良后粉质粘土的冻土强度影响规律,建立了冻土强度、弹性模量与水泥掺量之间的线性拟合关系。通过实验发现,水泥的掺入可以有效提高冻土的力学参数,而且水泥掺量越大,冻土强度越高,同时冻土弹性模量也得到了相应提高。研究结果表明,当水泥掺量小于5%时,掺入水泥对冻土单轴抗压强度和弹性模量的提高作用不明显,实际施工中一般应控制掺入地层的水泥量超过5%。     

高温冻土剪切力学特性试验研究

利用重塑土的直剪试验,探讨-2℃条件下青藏地区3种不同土性(粉质黏土、粉砂、细砂)冻土的直剪力学特性。结果表明:高温冻土剪切特性与土性、密度、含冰量密切相关;剪切位移-剪应力曲线在相对密实条件下呈应变软化型,而在相对松散状态下呈应变硬化型;不同密实条件下粉质黏土的内摩擦角随含冰量的增加表现为先降低后增加,而细砂的内摩擦角随含冰量的增加而增加;在相同含冰量条件下粉质黏土、细砂的内摩擦角随密度的增加而增加;粉砂在不同密实条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土类似,但在相同含冰量条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土、细砂相反;-2℃条件下不同土性高温冻土黏聚力随密度、含冰量变化的规律不明显。高温冻土地区的工程建设应根据土性、密度、含冰量情况合理选取抗剪强度指标。     

淮南矿区典型冻土的力学特性试验研究

对淮南矿区3种典型人工冻结粘土力学特性的研究表明：钙质粘土力学性能最差；冻结粘土的单轴强度、变形模量和蠕变强度均随温度降低而增加，特别是当冻土温度低于-10℃时，冻结粘土强度随温度降低而剧烈增加，但温度的变化对泊松比影响较小，蠕变状态方程可用形如ε=A(T)σ^Bt^C的幂函数表示；在没有补给水源的情况下，其冻胀力可达0．8MPa，冻胀率小于5％，深层粘土的冻胀性小于浅层粘土。     

关于冻土蠕变试验中的数据处理问题

根据冻土蠕变试验数据的持点，指出采用幂函数关系回归冻土蠕变方程存在一些缺点，提出对试验后期数据的拟合应采用加权最小二乘法，这对确定冻土稳定蠕变的起始点和计算冻土结构变形量有一定的意义。     

天津滨海新区人工冻结粉质黏土强度特性试验研究

天津滨海新区地铁规划区域内粉质黏土分布广泛,此前缺少冻土物理力学参数的相关试验研究资料,对现场取得的大量原状土,在3种负温度下人工冻结48 h后,进行单轴抗压、抗折的室内试验研究。试验分析研究了在不同的冻结温度下人工冻土的受力变形特性,以及强度与冻结温度之间的关系,研究结果表明:在不同的冻结温度下,单轴抗压较抗折表现出很好的规律性。同时,试验的研究结果可供天津滨海新区其他软土地区的人工冻土强度取值参考。     

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.     

冻粘土三轴流变特性的神经网络预测

针对冻粘土特殊的物理力学性质，通过详细的冻粘土三轴应力条件下长期蠕变实验，讨论了温度，轴压，围压三种因素对冻粘土蠕变特性的影响，并利用人工神经网络（ANN）方法对冻粘土三轴流变特性进行了预测，建立了BP网络模型，预测结果与实验值吻合，因而具有一定的理论和实用价值。     

温度对季冻区粉质黏土强度及变形特性的影响

为研究温度变化对天然状态及饱和状态下粉质黏土强度以及变形的影响,以典型季冻区广泛分布的粉质黏土为研究对象,通过GDS非饱和土三轴测试系统对天然状态下非饱和土以及GDS温控式静/动三轴测试系统对饱和粉质黏土,在不同温度条件下进行三轴试验。对试验结果进行研究分析可得：非饱和以及饱和粉质黏土的应力-应变曲线均呈现出应变硬化的特性。非饱和粉质黏土的黏聚力随温度降低表现出不断增加的趋势,而内摩擦角随温度降低逐渐减小,但整体变化趋势较小。饱和土的黏聚力与非饱和土变化趋势相同,随温度的降低其黏聚力逐渐增加,但相同温度时其黏聚力小于非饱和土,其内摩擦角则呈先减小后增加的转变趋势。无竖向压力作用时,相同围压条件下,非饱和与饱和粉质黏土轴向变形量随温度降低而增加,相同温度条件下,两者的轴向变形量随围压的增加会有所减小。试验成果可为季冻区粉质黏土地层工程的设计施工提供理论依据。     

用声波检测冻土物理力学性质的研究

主要介绍利用SYC一Ⅱ型非金属声波探测仪研究人工冻土的物理力学性质与超声波传播特性之间的关系;通过回归方法建立起两者之间的参数关系及其函数式,以便利用声学参数指标替代力学指标来评价冻土,为现场快速测定提供可行性与依据.     

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。     

基于DP准则双排管冻结壁力学特性理论分析

为了分析深厚冲击层双排管冻结壁的强度和稳定性,将冻结壁的温度场等效为梯形分布。根据冻结壁力学性质与温度之间的线性关系,基于Druker-Prager准则,推导出冻结壁弹性区和塑性区的应力解析表达式;以及冻结壁外荷载与塑性区相对半径之间关系。计算结果表明:冻结壁的径向应力随相对半径r的增大而增加;冻结壁环向应力在区间Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ随相对半径r的变化呈现不同的变化规律;并且冻结壁塑性区的应力与外荷载大小无关,只与其所处位置有关。另外,针对工程实例,计算得到控制层位的冻结壁承受外荷载,远小于其塑性极限荷载,从而表明该矿井冻结壁是安全可靠的。