基于冻土水分温度和外荷载相互作用的冻胀模式

基于季节冻土的水分场,温度场和外荷载的相互关系,提出了考虑水分迁移,热质扩散和外荷载相互作用的冻胀预报模式,可以预测预报冻土的冻胀量大小与发展过程,应用本模式计算的结果与实测值吻合很好,说明本方法是有效的。     

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。     

斜风作用下季冻区隧道冻胀力分布规律及结构安全性评价

为分析不均匀冻胀荷载对季冻区隧道结构受力及安全性的影响,本文依托某新建铁路隧道工程,在凝练工程区气象特征的基础上,利用数值模拟手段分析了斜风作用下隧道温度场的分布特征,解析得到了支护结构的冻胀力荷载,在此基础上分析了支护结构的受力特征并开展了安全性评价。研究结果表明：斜风作用下隧道较小进深范围内迎风侧与背风侧温度场存在差异,进深10m处差异最为显著;未铺设保温层条件下迎风侧围岩冻结深度约为背风侧的1.8倍,铺设保温层后迎风侧围岩冻结深度减小了约80%,背风侧围岩冻结区基本消失;围岩冻结深度不一致导致冻胀力荷载不均匀分布,冻胀力荷载作用下支护结构迎风侧的应力、轴力、弯矩均明显高于背风侧;未铺设保温层条件下仅仰拱区域符合安全性要求,铺设保温层后各区域均满足要求,但迎风侧安全性明显低于背风侧。     

水泥预加固-人工冻结联合工法加固地层冻胀特性

为研究采用联合工法施工,能够有效控制土体冻胀位移的施工参数,本文以广州地铁十四号线某联络通道冻结工程为背景,通过有限元软件建立联络通道冻胀位移场三维数值模型,研究了盐水温度和水泥掺量对土体冻胀位移的影响,并计算不同冻结壁厚度下地表冻胀位移量以及联络通道开挖土体的塑性区域,在满足施工安全的前提下,进一步对冻结壁设计参数进行优化,以减小土体冻胀位移。结果表明：采用水泥预加固-人工冻结联合工法施工,当水泥掺量设定为12%,盐水温度控制在-25℃~-31 ℃时,积极冻结末期,地表冻胀位移能够满足工程监测要求;水泥掺量设定为12%,冻结壁厚度设定在1.8m,盐水温度控制在-31 ℃。可见相对于原施工方案,采用联合工法施工,积极冻结末期地表冻胀量减小了73%。     

基于分形和神经网络相结合的土体冻胀量预测

根据土体的粒度分布具备分形性质的特征,通过理论分析和计算获得了所研究土体的分形维数,从而实现了土体结构特征的量化,为采用神经网络对冻胀量的预测过程中考虑士体的结构特征奠定了基础。在研究了BP神经网络的基础上,建立了其拓扑结构,采用L-M优化算法进行了迭代求解,预测结果与试验结果具有良好的一致性和吻合度,反映了土体冻胀过程的非线性特征和局部特征,弥补了理论模型和数值分析中无法考虑土体内部结构的缺陷,以及在预测中考虑土体的结构特征是必要的。     

一类源于土壤次级冻胀的非平衡问题

就土壤次级冻胀中伴随冰晶生长现象时产生的一类非平衡问题进行了讨论,得到了该类问题的解的存在唯一性结果.     

天然盐渍土冷端阶梯式持续降温盐-冻胀及水盐迁移试验研究

为研究罗布泊地区天然盐渍土中盐-冻胀规律和盐胀机制,选取罗布泊含砂低液限粉土在自动化大尺寸可控温度循环仪中冷端阶梯式持续降温,进行盐-冻胀试验。结果表明,该土为含砂低液限粉土,在土体温度为5~0℃时,发生明显土体膨胀,此温度区间为该土类盐胀起胀温度区;冷端持续降温过程土体膨胀变形可分为3个阶段,第一阶段为盐胀起胀阶段,第二阶段为盐胀增长阶段,第三阶段为盐-冻胀共同增长阶段;水分与盐分从暖端向冷端迁移,其中氯离子与水分迁移具有一定共性,而硫酸根离子与二者不同。     

路基冻胀过程的温度效应

基于连续介质力学和热力学理论,建立了路基水分迁移过程的动力学模型。对冻土地区路基的温度场分布进行数值模拟分析,初步探讨了路基温度随时间和深度变化的关系。研究了温度梯度对冻胀的影响,试验结果表明,温度梯度与冻胀量成反变关系,因此采用试验人工冻结研究自然冻结时应充分考虑温度梯度的影响。这对于正确研究路基的冻胀现象,具有着重要的理论意义和实际意义。     

考虑寒区隧道围岩冻结温度渐变的冻胀力解析解

为考虑寒区隧道围岩单向冻结和径向冻结温度渐变会引起的不同方向和不同冻结深度处的非均匀冻胀变形,通过引入冻胀围岩径向冻结温度Tr和平行与垂直冻结方向的非均匀冻胀系数k反映围岩的非均匀冻胀性,理论推演建立了寒区隧道冻胀力解析解,并进行了案例和影响因素分析。研究表明：忽略冻结温度渐变影响时冻胀力明显偏大,考虑冻结温度渐变可有效提高冻胀力计算的可靠性;考虑冻结温度渐变影响的冻胀力随着非均匀冻胀系数k的增大呈对数函数增大,随冻结与未冻围岩的弹性模量比E_Ⅱ/E_Ⅲ的增大而线性减小,且E_Ⅱ/E_Ⅲ越大时冻胀力产生所需围岩达到的临界k值也越大;隧道冻胀力随围岩冻结圈外径、未冻围岩弹性模量和原岩应力的增大而增大,但随衬砌内径、冻结围岩单位温度冻胀系数的增大而逐渐降低。     

地基冻-融循环离心模型试验研究

在清华大学已完成的模型的模拟试验基础上 ,对地基经两个冻 -融循环进行离心模拟的重复试验 ,两个重复试验数据几乎一致表明该套寒区离心模型试验装置和测试系统是可行和可靠的 ;相同条件下有荷和无荷地基在冻 -融循环下重复试验显示 ,适当的荷载可抑制地基冻胀 ;自由冻胀量与实际相符 ;地基内温度变化情况和相应的冻胀融沉特征相同、数据相近 ,说明试验数据正确     

人工湖岸挡土墙“冻害”与防治措施研究

论述了水平冻胀应力对挡土墙的“冻胀”作用,分析挡土墙冻胀水平位移的形态及成因,研究制定的“冻害”防治措施的实施和效果评估。     

冻结过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,进行了冻结过程中封闭系统下土体水分迁移试验,试验结果表明:试样中温度的变化是先快后慢,最终试样内部温度随深度的变化呈现出一个稳定的温度梯度分布;温度势对水分迁移的影响甚微,温度梯度是导致含水量梯度产生的一个重要诱导因素,当温度的变化致使土体发生冻结时,冻结区的液态水含量急剧减小,从而引起其基质势能的急剧降低,促使土中未冻水沿着温度降低的方向迁移.基于上述试验,通过建立二维温度场与水分场耦合效应模型,应用有限元数值方法对室内封闭系统下模型试件的温度场、水分场进行了数值模拟,计算值与实测值基本吻合,验证了水热耦合数值计算模型的正确性.该模型可用于模拟季节性冰冻地区路基土体中水分迁移的变化规律,为冻胀防治提供依据.     

果品入库期库温与霜温动态变化分析

为研究双温双控冷库在果品入库期库温与霜温的动态变化,以lOt双温双控冷库为试验库,分别在果品进入冷库前、果品入库期和入库1d后的3段时间内,利用热电偶和数据采集系统监测并分析了库温和霜温的动态变化．结果表明：双温双控冷库在果品入库期,库温升高,改变了原来稳定的状态,周期用时延长且由3个阶段变为2个阶段,耗能增加;在制冷阶段,出现先降温后升温的现象,霜温最低值达到仪表设定的下限-10．0℃,此时段冷库由霜温控制;双温双控冷库在果品入库阶段能及时化霜,避免制冷效率大幅下降．入库1d后,库温恢复稳定,但周期用时增加．     

负温度梯度熔体中晶体生长取向与控制

研究了 6 3～ 2 92K热力学过冷度范围内 ,Cu Ni单相合金的凝固组织演化规律 ,分析了负温度梯度熔体中晶体定向生长的过冷度条件以及晶体生长取向机制与控制方法 .结果表明 :(1)在临界过冷度ΔT (≈ 10 6K)附近 ,晶粒细化过程受溶质扩散控制 ,在临界过冷度ΔT (≈ 2 0 0K)附近 ,晶粒细化过程受热扩散控制 ;(2 )在 6 3～ΔT K范围内 ,晶体的生长方向是 [10 0 ],在 12 7～ΔT K范围内 ,晶体的生长方向可以是 [10 0 ],也可以是 [111].     

强制对流条件下结霜现象的实验研究

在冷面温度为-15~0℃,空气温度为16.5℃和22℃,空气相对湿度为20%~70%,空气流速为0~5.5m/s的条件下,对水平铝表面上结霜现象进行了实验研究。结果表明:冷面温度或空气温度越低,过冷水珠存续时间越短,冻结粒径越小;随着空气相对湿度的增加,过冷水珠存续时间先缩短后延长,冻结粒径先减小后增大;随着空气流速的增大,过冷水珠存续时间先缩短后延长,冻结粒径却不断增大;空气流速对初始霜晶形状的影响不大。     

不同压力条件下艾丁湖地区天然盐渍土盐-冻胀研究

为研究艾丁湖地区天然盐渍土在不同压力和含水率下的盐-冻胀规律,选取艾丁湖地区低液限粉土为研究对象,运用室内小尺寸实验装置进行试验。结果表明:在不同压力下,盐-冻胀规律基本相似;压力对盐渍土的盐-冻胀影响很大,随着上覆压力的逐渐增大,盐-冻胀量逐渐减小。盐-冻胀率在一定范围内随含水率的增大而增大,当含水率为最优含水率时,盐-冻胀率达到最大值。     

聚合物涂层与沥青混凝土衬砌渠道冻胀模拟

为了研究青混凝土与柔性增强涂层材料两种防渗抗冻胀技术的有效性,采用有限元分析软件ADINA,对其进行温度场、变形场及应力场仿真分析,研究了衬砌板的冻胀变形及其法向冻胀力和切向冻胀力分布规律,并分析衬砌板的应力及破坏规律;通过与普通混凝土衬砌对比分析,指出采用沥青混凝土、柔性增强涂层材料等柔性防渗抗冻胀材料不仅能使衬砌板的冻胀量及冻胀力更加均匀,而且通过释放变形,可使其法向及切向冻胀力减小25%～46%,可有效控制衬砌渠道冻胀破坏.     

加固顶板和两帮控制回采巷道底臌研究

回采巷道围岩是由顶板、两帮和底板共同组成的复合结构体,各部位的岩体强度、应力状态及变形破坏等特性方面的差异显著,尤其受采动影响后,巷道围岩各部位变形发展不均匀性显著,往往造成巷道围岩产生结构性失稳破坏。为提高巷道围岩的结构稳定性,通过理论分析和数值模拟分析了提高顶板和两帮强度对底板岩层稳定性的影响。研究结果表明:加固顶板减小了顶板挠曲位移量,同时可以促使围岩应力向深部围岩转移,降低了底板岩层的应力集中程度,有利于控制底板变形;加固两帮可以提高巷道两帮围岩强度,促使应力向两帮转移,有利于减小发生底鼓的底板岩层宽度和两帮移近量,从而减小底板的挠曲效应和压曲效应。分析结果还表明,加强两帮对于减小底鼓量的效果更为明显。在上述分析的基础上,进行了加固顶板和两帮控制巷道底鼓支护技术的现场工业性试验,试验结果表明加固顶板和两帮可有效地控制巷道底鼓。     

一维冻结土体冻胀量的水热力耦合计算

在分析冻胀形成原因的基础上，提出了一维条件下土体冻胀量计算的一种算法；该算法考虑了水分迁移、热传导和约束压力之间的耦合作用．根据实测数据进行计算所得结果与现场实测结果吻合较好．     

季节性冻土区路基土的冻胀特性分析

在季节性冻土区的路基工程中,冻胀、融沉和翻浆都会对道路产生较严重的破坏。根据2000—2002年间对吉林省长余高速公路路基冻胀观测所获得的资料,分别分析了温度、水分、土质、路基类型等因素对路基冻胀的影响。