冻土墙冻结温度场和应力场耦合的有限元分析

根据传热学和固体力学原理导出了温度场、应力场耦合微分控制方程，并用伽辽金法推导了两场耦合的有限元计算公式。在NCAP—2D有限元程序的基础上扩充了冻结温度场和应力场的有限元程序，使其适应于冻土墙深基坑两场耦合分析。分析结果表明：冻土墙的变形呈一曲线的形式，最大位移发生在跨中顶部；地基因不同的热膨胀系数造成地表和基坑底部位移值不同。数值模拟的系统分析可为冻土墙围护深基坑开挖工程的设计与施工提供科学依据。     

基于损伤的冻土本构模型及水、热、力三场耦合数值模拟研究

从材料的细观力学机理出发,建立了含损伤的冻土弹性本构模型．对于不同温度和冰体积含量下的冻结砂土,由该模型计算的结果与实测的应力-应变曲线较吻合,建立的冻土损伤本构模型能够较好地描述实际冻土材料的力学性质．利用自行开发的有限元程序,加入所推出的本构关系和所建立的数学力学模型,通过对渠道冻结和冻土路基的水分场、温度场、应力场进行数值模拟计算,得到了比较准确、详尽的符合实际的温度场与应力场、位移场、应变场耦合的计算结果,与前人的计算及实测结果相吻合,规律一致．算例表明该程序能够计算冻土材料的相关物理量,且能很好地描述它们之间的关系．研究在前人的工作基础上,结合青藏铁路路基工程,通过对冻土水、热、力三场耦合机理这一固体力学学科领域的难点问题研究,为冻土工程的设计、施工和维护提供有效的科学依据、分析模型及必要的参考．     

热流固耦合作用冻土路基变形规律研究

为揭示季节性冻土路基温度场、应力场和夏季降雨与冰晶融化所产生的渗流场,三场耦合引起的冻土路基变形与破坏.根据热流固三场耦合理论,提出了考虑相变的温度场、渗流场和变形场耦合的数学力学模型,体现了冻土路基中固体骨架、水、冰三相介质的水、热、力耦合作用;在数值模拟分析中,将路基仅受温度载荷与温度和车辆荷载共同作用进行了比较,得出冻土路基的变化规律,其研究结果对冻土路基的施工和维护有一定指导意义.     

深基坑工程流固耦合分析

深基坑工程是一个系统工程。由于深基坑的降水、开挖、支护,改变了土体中原有的渗流场和应力场,而渗流场和应力场共同作用,控制着基坑的变形。本文对渗流场进行了有限元分析,并将渗流场的水力作用与应力场耦合进行分析。     

防护网与液氮冻土墙复合基坑支护技术研究

结合一个具体的工程算例,对一种防护网与液氮冻土墙复合基坑的支护结构进行了温度场、位移场和应力场的数值分析,比较了低温盐水冻结和液氮冻结两种情况下温度场演变规律的差异,同时判断了该新型支护结构的安全性,主要得出:液氮冻结形成所需冻土帷幕的时间要比盐水冻结早许多;液氮冻结的冻结效果优于盐水冻结,所形成的冻土帷幕强度比盐水冻结大;计算出来的位移场值均很小;其主应力最小值也都很小,最大值为0.92 MPa;最大剪应力为0.17 Mpa;计算得出拉、压、剪应力值的安全系数均远大于2.由此最终得出的结论为:该工法安全可靠,可为今后类似工程提供重要的参考依据.     

残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用

为了研究采空区残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用下温度、位移与应力的变化规律.应用飞箭有限元分析软件,利用耦合理论方程,编制了相应的二维有限元程序模拟残煤自燃的过程.模拟结果显示:残煤燃烧导致整个岩体结构发生性质上的改变,内部应力场重新分配,进而产生应力释放,回弹效应.在一定范围内,使地表产生变形和移动.有限元模拟与试验结果类似.     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

土冻结过程中的水热力三场耦合数值分析

冻土在冻结、融化的过程中，未冻区和正冻区发生的物理过程均涉及温度场、水分场、应力场三场的耦合作用问题。尤其在土体的冻胀变形和分凝冰的形成过程中，冻胀应力对冻土地区结构物具有不容忽视的影响。为此，提出了“三场”耦合分析的一般数学格式，采用有限元思想导出相应的时空离散化方程，并给出了非线性数值求解的迭代计算步骤。另外，还给出具体的数值算例，以验证方法的可靠性、有效性和计算精度。     

基于横观各向同性冻土的U形渠道冻胀数值模拟

将冻土分别视为各向同性和横观各向同性线弹性材料,把渠基冻土和渠道衬砌作为一个整体结构,视基土冻胀为热胀冷缩的特殊情况,应用大型有限元通用软件ANSYS,对U形混凝土衬砌渠道冻胀进行热应力耦合数值模拟,计算渠道冻胀的温度场、应力场和变形场,研究衬砌板冻胀力和变形规律,并对结果进行对比分析.结果表明,数值模拟方法能较好地反映U形混凝土衬砌渠道的冻胀机理和冻胀温度场、应力场及变形场的基本规律,横观各向同性比各向同性更能反映冻土的本构模型,与实测成果吻合更好,可用于U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计.     

变温场中施工仿真动力模型的时间相似常数

从冻结工法施工仿真模型中温度场与应力场的交替及耦合条件下不同的时间相似常数问题出发，用相似转换法分别讨论了动应力场和温度场状态下的时间相似常数问题，并用两场耦合方程和冻土壁的蠕变方程导出了不同的时间相似常数，结合冻结工法的工程实际，提出了不同工况条件下模型应采用的时间相似常数，为这类试验模型的设计及试验控制提供了有价值的时间参量取值原则。     

直线形冻土墙动态温度场的试验研究

在研究直线形冻土墙用于深基坑支护时其温度场数学模型的基础上，考虑工程因素，根据相似理论，对冻土墙温度场进行了模拟试验研究。结果表明：在积极冻结期冻土墙厚度与温度分布的无因次方程近似直线方程、与时间的无因次回归方程为二次多项式方程；提出了冻土墙平均温度、厚度、积极冻结时间的推算方法；用一定厚度的泡沫塑料板对冻土墙保温是方便而可行的。     

冻结法施工软土深基坑的可行性研究

通过对淤泥质粘土冻结后的力学性能以及冻土墙的稳定性的阐述,并对冻结法施工软土深基坑在经济、技术方面的可行性进行了分析.结果表明:淤泥质粘土冻结后具有一定的强度,利用冻土墙维护软土深基坑在经济、技术上都是可行的.     

冻结凿井中冻胀数值分析

为研究土体冻胀对冻结壁受力的影响,采用ANSYS有限元软件模拟深井冻结凿井施工中的土体冻胀情况,并结合现有冻结理论分析单圈冻结下冻胀位移场和应力场的变化规律。结果表明：冻结壁外侧土体冻胀位移均为正（向外）,内侧均为负（向内）,外侧明显大于内侧;冻结壁内侧冻胀应力远大于外侧,内外冻胀应力差使冻结壁不断向外变形;积极冻结初期冻结壁内部应力复杂,积极冻结后期,其内部应力状态趋于平缓。     

寒区非饱和土体混合态水分迁移研究进展

综合分析了冻土液态水和气态水迁移机制以及水热耦合数值模型,归纳了土水势理论和水汽迁移成冰理论的研究进展,综述了冻土传统水分迁移驱动力理论和水汽迁移驱动力理论,分析了工程地基土体增水机理,对水热力和水热汽耦合作用理论进行了总结分析,并对比了不同数值模型的特点。因冻土冰水相压力的不明确,Clapeyron方程在冻土中的适用性还需进一步探究;水汽遇冷冷凝作用和水汽蒸发凝结作用很好地解释了非饱和土体的增水机理;传统水分迁移理论多是基于液态水展开研究,忽略了水汽运移的影响,水汽迁移成冰理论很好地解释了水汽运移引起的工程冻害;水热力耦合迁移理论没有充分表征应力场的作用,不能完全揭示土体冻胀的形成和发展过程。     

深厚冲积层千米立井冻结壁位移规律数值分析

以深厚冲积层千米深立井10组不同层位冻结壁段为计算模型,利用FLAC数值分析得到考虑冻结壁厚度、冲积层深度、开挖段高、井帮暴露时间和井筒开挖半径等因素在内的冻结壁井帮最大径向位移的50组数据。对数据进行回归分析,得到冻结壁井帮最大径向位移计算公式,比较结果表明公式计算值与实测值吻合。     

井筒开挖下非线性冻结壁的应力场和位移场计算

基于冻土力学性能试验获得的冻土应力一应变关系曲线所确定的冻土本构方程,分析人工冻结壁在井筒开挖过程中的力学特性;利用解除应力的概念,考虑冻结壁为非线性材料,推导出冻结壁的应力场和位移场的计算公式．通过对实际工程的计算分析表明,该计算方法可应用于深井冻结壁的设计计算．     

冻土结构蠕变模拟试验时间常数的确定

用理论推导和试验法确定冻土结构蠕变模拟试验中的时间相似常数。并利用冻土墙模拟试验的经验公式，对某一深基坑平面冻土墙的变形作了计算和讨论     

冻结壁温度场模型试验及其导热系数反分析

冻土导热系数是计算冻结壁温度场的重要参数，本文根据冻结壁温度场物理模型试验的结果，建立非线性多维导热系数反分析的数学模型，采用选择法和有限元法，反分析冻结壁整体导热系数，为冻结壁温度场数值分析和冻结壁厚度的设计计算提供参考。     

深基坑支护结构选型决策的Fisher判别分析模型

针对传统的深基坑结构选型评价方法存在的问题,应用统计学理论并遵循“安全、经济、合理”的原则,选取了10个实测指标作为影响深基坑支护方案选型的判别因子,建立深基坑支护结构选型的Fisher判别分析模型 (FDA)。利用国内64组深基坑支护实例作为学习样本进行训练和检验,对水泥土重力式、土钉墙、桩锚、桩撑、地下连续墙等5种深基坑支护方案进行优选,并利用回代估计法对FDA模型进行检验。经过训练后的模型回判估计的误判率为14.1%。对另外10组待判样本进行测试,正确率100%。此外利用该模型对某市新世界中心工程深基坑支护结构选型进行决策,结果与实际情况符合较好,说明该模型在研究深基坑支护结构选型中具有良好的实用性和有效性,可为解决深基坑支护结构型式的优化选择提供一种新思路。     

考虑卸荷及变形影响的基坑挡墙土压力

基于现行基坑支护结构设计采用的弹性支点法对墙后主动区土压力采用经典的朗肯土压力理论,没有考虑墙体变形对墙后土压力的影响,墙前被动区也只考虑了位移的线性影响,根据基坑挡墙前后土体的应变状态模式假定,采用不同卸荷应力路径试验得到土体应力应变关系,建立考虑卸荷及变形影响的非极限主动、被动土压力计算公式.然后,对公式参数的取值进行讨论.研究结果表明:该计算公式不仅考虑了卸荷应力路径,而且能够反映变形对土压力的非线性影响.