基于流固耦合理论水下隧道冻结壁厚度优化研究

水下隧道对冻结壁厚度设计有特殊要求,针对珠机城际轨道交通项目下穿马骝洲水道段联络通道冻结壁设计改进问题,基于流固耦合分析理论,利用有限差分数值计算方法对水下隧道冻结壁稳定性进行研究,通过对不同厚度冻结壁响应情况的对比研究,实现对于冻结壁厚度的优化设计。研究表明:相较无渗流模型,流固耦合模型冻结壁应力分布规律相同,但整体量值增大明显,水的作用不可忽略;水的存在使冻结壁受力趋于"均匀",应力集中现象缓解,但高剪应力区范围扩大,使其剪切破坏风险加大,且冻结壁受力形式有从受压向受拉改变的趋势,对结构稳定不利;冻结壁在流固耦合作用下变形加剧,且随厚度减小而愈发显著,模型厚度达到2.0m以上时变形基本稳定;流固耦合模型塑性区多集中于两侧拱脚区域,3.0 m和2.5 m模型整体完好,2.0 m模型两侧拱脚出现相向发展塑性区,1.5 m模型塑性区厚度接近贯穿,1.0 m冻结壁拱脚已形成明显贯穿破坏;综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度,成果直接应用于4#联络通道冻结法施工,经现场监测表明该优化方案有效、可行,对类似工程冻结壁厚度设计具有重要的推广应用价值。     

深厚表土层中冻结壁物理模拟试验研究进展

针对冻结法凿井工程面临的表土层厚度不断增加,而现有冻结壁的设计理论滞后于工程实践的问题,由于冻结壁是属于水、温度、应力、位移多场耦合的非线性问题,且冻结法凿井工程本身特殊力学行为（有压冻结一开挖卸载～支护加载）,理论和数值模拟研究进展不能满足工程要求的现状．依据相似理论的物理模拟试验研究是目前条件最可能获得相对准确规律...     

地铁超长水平冻结法冻结壁形成特性研究

根据带相变瞬态温度场的传热控制微分方程,应用数值方法分析了地铁超长水平冻结法温度场分布规律,模拟冻结壁形成过程.应用准三维方法将三维问题转化为二维问题,通过对冻结管沿程水平方向盐水温度分布的计算,分析水平方向冻结壁发展的差异性规律.结果表明:对于地铁超长水平冻结法施工,冻结管沿程冻结壁发展存在较大差异,包括冻结壁交圈时间、冻结速率,冻结壁厚度等.为以后水平冻结法施工冻结壁形成过程的预测与评价提供了方法,同时该方法也可以用于竖井冻结施工中冻结壁形成的分析和研究.     

冻结壁形成及解冻规律实测研究

通过实测,分析了冻结壁内温度分布规律,冻结和解冻期内冻结壁厚度、平均温度、冻结壁发展速度、解冻速度及外壁体厚占有效厚度比例与冻结时间的关系,冻结壁厚度与平均温度的关系,并得出了有关回归公式．对冻结凿井的设计和施工有着重要的指导意义．     

人工冻结壁变形的模型试验研究

冻结壁变形模型试验结果表明,冻结壁变形与冻结壁高度、偏应力及平均温度等均有密切关系。试验发现冻结壁最大变形的位置并不是一定在一固定空间位置,而是随着偏应力的增加而逐渐下移。     

浅埋隧道冻结法施工地表冻胀融沉规律及冻结壁厚度优化研究

浅埋隧道对地表冻胀、融沉变形有严格要求。针对珠机城际轨道交通项目联络通道冻结壁设计改进问题,基于热-力耦合理论,利用有限差分数值计算方法对冻结法施工全过程进行模拟,通过比较研究不同厚度冻结壁模型引起的地表冻胀、融沉变形及隧道管片变形规律,实现冻结壁厚度的优化设计。研究表明:(1)该数值模型可有效模拟地表冻胀、融沉变形,利用已查明数值误差对计算结果进行折减可得到较为准确的实际变形预测值;(2)不同模型地表冻胀、融沉规律大致相同,但变形量及影响范围随冻结壁厚度减小呈递减趋势,当冻结壁厚度为2.5 m及以下时变形基本满足规程要求;(3)土体冻胀、融沉变形并非简单的互逆过程,融沉变形通常大于冻胀变形,平均超出量达40%,应特别注意;(4)冻结壁厚度越大相应产生的冻胀力越大,通过优化冻结壁厚度可有效控制隧道管片附加应力及变形的产生,保护已建隧道结构安全;(5)综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度,成果直接应用于4#联络通道冻结法施工,经现场监测表明该优化方案有效、可行,对类似工程冻结壁厚度设计具有较好的推广应用价值。     

深厚膨胀粘土中冻结凿井的温度场测试与分布规律研究

介绍了冻结深度达460多米（其中多数为膨胀粘土层）的立井井筒施工监测方案,通过分析不同埋深的冻土井壁和混凝土衬砌的温度场测试数据,得到了黏土结冰温度与含水率和埋藏深度的函数关系、不同深度冻结壁形成和降温规律、混凝土衬砌井壁结构温度场的阶段性发展规律等研究结果。有效地指导了本测试井筒的施工,为同类井筒的施工和设计提供了新的科学依据。     

双排管冻结下冻结壁温度场形成特征的数值分析

冻结时间、冻结壁厚度和冻结壁温度场的性状是冻结法施工的关键参数,以工程实例为背景,考虑了水的导热系数λ和比热c的相态变化以及冻结管吸热参数随温差而变化等因素,利用ANSYS大型有限元计算程序,对单、双排管冻结下冻结壁的形成及其变化特征进行详细的计算分析,得出了双排管冻结下冻结时间缩短、冻结效率提高、冻结壁平均温度下降等特性.最后,探讨了双排管冻结下冻结壁平均温度的简化计算方法     

粘土冻结壁的变形特性与计算

基于冻结壁变形模拟试验数据，本文对粘土冻结壁的变形规律进行了较详细的讨论，得出了冻结壁井帮最大位移计算公式。文中还以冻结壁充许位移位为基础，给出了深部粘土冻结壁承载力与安全掘进段高的计算式。     

竖井圆形冻结壁弹性设计理论的对比研究

对井筒冻结壁弹性设计理论的3个解析公式进行对比分析,用图解的方式展示出用叠加原理求解基于冻结壁和围岩相互作用的力学模型两种方法,揭示冻结壁外缘载荷随冻结壁厚度和刚度变化的规律。通过对用3种冻结壁厚度公式设计的差异性分析,说明采用重液公式确定拉梅公式中载荷的不合理性,提出基于太沙基有效应力原理的自重初始应力场计算方法。结合案例,比较3种解析公式得到的地层原岩水平载荷和冻结壁厚度的函数关系,用定义域和值域的数学原理研究各个冻结壁弹性设计公式的适用范围,阐释其工程实际意义,并就弹性设计的实用意义进行审慎性评述。     

深厚表土静止土压力系数变化规律试验研究

深部土静止土压力的计算与预测是煤矿深井建设设计与施工中的理论与技术难题之一。深部原状土重塑后的高压静止土压力系数的实验研究与分析表明,深厚表土静止土压力系数与浅表土的静止土压力系数有较大差异,深井建设设计与施工技术中应考虑这种土压力的特殊性,以避免可能的工程事故及人财物的重大损失。     

挡土墙主动土压力分布研究

基于极限平衡理论,利用单元分层法分别讨论了墙后无开挖回填和有开挖回填不同工况条件下的挡土墙土压力分布形式,推导出不同工况条件下的主动土压力强度及主动土压力系数理论公式。结果表明,墙后无开挖回填工况条件下墙背主动土压力沿墙高成线性分布;墙后有开挖回填工况条件下墙背土压力沿墙高成非线性分布。     

Seismic Passive Earth Pressure Behind Non-vertical Retaining Wall Using Pseudo-dynamic Analysis

This paper shows a detailed study on the seismic passive earth pressure behind a non-vertical cantilever retaining wall using pseudo-dynamic analysis. A planar failure surface has been considered behind the retaining wall. The effects of soil friction angle, wall inclination, wall friction angle, horizontal and vertical earthquake acceleration on the passive earth pressure have been explored. Unlike the Mononobe–Okabe method, which incorporates pseudo-static analysis, the present analysis predicts a nonlinear variation of passive earth pressure along the wall. The results have been thoroughly compared with the existing values in the literature.     

青藏铁路L型挡土墙土压力的试验与分析

Considering the only retaining structure L-type retaining wall used in Golmud-Lhasa section of Qinghai-Tibet Railway, the earth pressure and frost-heaving force was tested in a frost-thaw circle for one year, and several different analysis models were studied. Compared with site test and theory analysis, it was found that the actual earth pressure is much larger than the designed earth pressure. Hence,a revised analysis model of earth pressure is put forward, which could include another possible force except slide triangle or frost heaving force. The model in this paper is only consider the thrust force other than failure sliding wedge. This model could be used as reference for the design and construction of similar projects.     

多圈管冻结壁形成和融化过程冻胀力实测研究

为获得多圈管冻结壁形成与融化过程中冻结壁内部冻胀力发展特性和孔隙水压力变化规律,进而分析冻结壁力学性态及安全性,在淮南某煤矿开展了冻结壁冻融过程中内、外部冻胀力和孔隙水压力的现场实测研究.实测结果表明:在地层冻融过程中,冻结壁内、外部形成了不均匀的冻胀应力,测试地层最大冻结压力达6.0 MPa,为初始地压的2.4倍;当井筒开挖至测试层位时地层冻结压力呈线性降低;随着浇筑外层混凝土井壁,冻结压力又有回升,当冻结壁融化后地层冻胀力为零,井壁恢复受水土压力作用.孔隙水压力变化经历了静止孔隙水压力和冻结过程的超静孔隙水压力两个阶段,超静孔隙水压力达到4.0 MPa,约为静止孔隙水压力的2.0倍.     

多年冻土地区L型挡土墙土压力(冻胀力)的分析与试验

为适应多年冻土区土体冻胀过程所产生的较大变形的特性, 缩短施工进程, 减少扰动时间, 在青藏铁路格拉段选择了一个试验工点进行了L型悬臂挡墙的初步验证性试验研究. 通过对L型挡墙的受力模式分析, 确定了对粗颗粒填料不考虑冻胀力的土压力设计控制值. 通过与现场实测土压力分布规律的对比, 探讨了土压力与冻胀力的关系.     

衡重式挡土墙土压力的非线性分析

通过对挡土墙土压力非线性分析方法的研究 ,推导出了衡重式挡土墙土压力计算的数解公式 ,并编制了相应的计算程序 ,一般的直线型墙背挡土墙和折线型墙背挡土墙土压力计算均可作为本文计算公式的特例。通过对一折线型墙背重力式挡土墙的土压力计算与实测结果的比较表明 ,由本文公式所得的解与实测结果很接近。     

人工冻土施工方法的现状及趋势

本对冻土的施工方法即钻爆法和机械挖掘法进行了回顾，实践证明，采用钻爆法施工比使用风镐掘进速度提高４倍左右，机械挖掘法国内尚处于试验改进阶段，对目前施工中存在的问题进行了讨论。