明渠衬砌冻胀破坏成因分析及防冻胀措施研究

山东省胶东调水工程所在区域位于暖温带季风气候区,有明显的海洋性气候特征,在冬季引水时,受到低温、冰凌影响对明渠衬砌工程产生冻胀破坏,严重影响引水安全。从渠道的冻胀原因入手,寻求合理的防冻胀措施。     

渠道衬砌体冻胀破坏机理分析与防治措施研究

导致渠道衬砌体破坏的主要因素是土体中水分及其冻移作用、负温条件、土体物理性质.笔者在研究分析的基础上提出了"削减与抵抗"相结合的防治措施.认为通过冻胀力计算模型,分别计算出渠道横断面上不同电位的冻胀力值,合理地计算选定砼强度、砌体结构形式和尺寸是可行的.     

土的力学性质对冻胀力影响的试验研究

Frost heaving stresses are a result of thermal, mechanical, and chemical forces. The process is complicated, and despite numerous publications on the subject, as yet there is no clear consensus on the model of mechanical interaction for soil freezing. Frost heaving stresses depends on mechanical properties of soil and conditions of measurements. Mechanical equilibrium between water, ice and soil particles based on the generalized Clapeyron equation and deformability of the components is considered. Increase of volume of freezing soil due to water flow to freezing fridge and phase transfer affects surrounding soil layers and appears to be the major reason of change of stress-strain conditions. A simplified model of mechanical interaction between soil and engineering construction is proposed. Experimental results of study of frost heaving forces by sensors of variable frigidity are presented. The experiments with different types of soil in conditions of open and close system were performed to provide a basis for the model and further estimations. Ongoing improvements and possible applications are discussed.     

季节冻土区公路路基细粒土冻胀敏感性研究

通过4种不同塑性细粒土料的室内闭式冻胀模拟试验,阐述了土的含水量、塑性、饱和度和密实度等因素对冻胀性的影响.在分别建立粘性土和粉土的η~(W-Wp)关系的基础上,综合分析并给出了细粒土的η~(W-Wp)关系.提供了典型土料的η~(W-Wp)~K_d~S_r关系图,提出了细粒土的η~(W-Wp)~K_d/S_r多元线性回归方程式.通过因子贡献率大小分析,指出超塑含水量(W-Wp)大小是影响细粒土冻胀敏感性的主导因素.     

土工加筋抗冻胀工作机制的研究

在分凝势理论的基础上，建立了一套考虑温度、水分及冻土－未冻土－筋材体系应力变形诸因素耦合预测加筋土冻胀和筋材拉力的计算方法，并对一维冻结室内模拟试验进行了理论分析和数值计算。通过对加筋消减冻胀及其抗冻胀工作机制的分析，提出了加筋材料对土体施加的约束，不仅减小了土体的冻胀速率，而且还使冻胀位移向未冻土区发展，从而可有效地消减土体冻胀的结论。     

硫酸（亚硫酸）盐渍土单次盐胀和冻胀发育规律研究

对盐胀和冻胀规律的研究有助于深入认识硫酸（亚硫酸）盐渍土的工程性质。通过对天山北麓水磨河流域细土平原区硫酸（亚硫酸）盐渍土盐胀和冻胀试验研究发现：（1）随着温度的降低,试样盐胀和冻胀率逐渐增大。试样冻结前土体产生的膨胀是盐胀,试样冻结后产生的膨胀是盐胀和冻胀,当土体达到-15℃以后,土体盐胀和冻胀趋于稳定。（2）硫酸钠含量不变的情况下,随着含水量的增大,其起胀温度降低。土体起胀温度取决于土体中硫酸钠析水结晶温度、硫酸钠结晶含量的多少、土体结构、内摩阻力、粘聚力、土颗粒间的引力、土体孔隙间和孔隙接触间吸收结晶硫酸钠的程度。（3）硫酸钠含量增加,其单次盐胀和冻胀率变化区间增大。     

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.     

基于季节冻土微观结构特征的神经网络冻胀率仿真预测

为了寻求基于宏观-微观物理参数间接得到季节冻土冻胀率的途径, 根据现有技术手段容易测试到土的性质参数, 利用BP神经网络法对季节冻土冻胀率进行预测. 选取微观孔隙参数及结构单元体参数各4个、 外部条件参数3个共11个参数, 建立季节冻土冻胀率神经网络预测模型. 结果表明: 在33个检验样本中, 误差最大为0.19, 最小为0.00, 有4个样本的误差在0.1~0.19之间, 其他样本误差都在0.05以下, 占总样本数的88%, 说明模型能反映冻胀变化的基本趋势. 因此, 文中建立的基于11个宏观微观物理参数的BP神经网络冻胀率预测模型是可行的.     

开放系统下硫酸钠盐对土体冻胀的影响

易溶盐在土中的存在及其在冻结过程中的重新分布对土体的冻结过程有重要影响.在开放系统单向冻结条件下,对青藏铁路沿线粉质红粘土进行了冻结试验.结果表明:随着冷能的持续传递,硫酸钠盐和水分向温度较低处迁移,土体0℃曲线持续降低;但基于测定的含盐土大量冻结温度的基础上,对土体冻深的研究发现,在开放单向冻结条件下土体冻深随着水盐迁移进程的发展而减小,造成与补蒸馏水的土体相比,土体的冻胀较小.同时,利用冻深发展曲线和硫酸钠水溶液相图及溶解度曲线,对土柱中的冻胀和盐胀分别进行了计算,结果认为:土体变形主要是由冻胀引起,硫酸钠结晶膨胀只发生在未冻土段,这与试验结束后对土体冻土段和未冻土段的干密度分层测定的试验结果相一致.     

锥形桩改良土体冻胀性和融沉性研究

锥形桩外形合理，集摩擦桩和端承桩两者的优点，使单位体积承载力提高０．５￣２．５倍，基础工程造价降低４０％￣６０％，锥形桩还减少小土体冻胀性和融沉性，有利于基础的抗拔及稳定，其锥角以５°￣１５°之间较合理，地基土冻胀性高时采用大锥角桩，冻胀性低时采用小锥角桩。文中给出了承载力计算公式与工程实际静载实验的差别及其处理方法。     

青藏粉质黏土冻融循环试验研究

以青藏公路沿线常遇到的青藏粉质黏土作为研究对象, 在室内分别进行了1、 2、 3、 4次冻融循环试验, 分析了冻融前后试样的温度分布特征、 水分分布特征、 冻融位移变化特征. 结果表明: 多次冻融循环的冻结过程中, 温度场分布更趋向均衡和平稳, 0 ℃等温线和低温等温线趋向深部发展; 多次冻融循环后, 试样含水量可划分4个区域, 第1区域为表层冰晶聚集高含水量区, 第2区域为低温梯度含水量均衡区域, 第3区域为冷锋面冰透镜冰层积聚高含水量区域, 第4区域为高温低含水量区域; 青藏粉质黏土首次冻结的冻胀位移量和相对冻融位移量都比较大, 冻胀量可以达到几十毫米, 冻胀率可达8.3%, 伴随冻融次数增加, 相对冻胀量和相对冻融量幅值逐渐减少.