冻土未冻水含量与压力关系的实验研究

结合核磁共振仪,利用自行设计的机械加压装置,包括非金属材料制成的耐压试管,确定了冻土对应不同压力和温度的未冻水含量,并计算了相应压力下冻土的冻结温度．实验温度范围为０～－２０℃,压力范围为０～４０ＭＰａ．结果表明,冻结温度随压力增大而呈线性降低;对应不同温度的未冻水含量随压力的增大而增大．     

内蒙古呼伦贝尔市地温与冻土对建筑物基础的影响

文章就地温与冻土的时空变化规律进行了详尽的分析,平均地面温度年际变化呈上升趋势。20世纪50~80年代年变化率为0.4~0.7℃、1961~1990年年变化率为0.3~0.8℃、1971~2000年年变化率为0.7~1.6℃;分区计算了融化指数和冻结指数;结合1/25万地球数据,用地理信息系统,采用非线型数学模型统计,得出该地年、四季最大冻土深度随纬度的增加而加深,随经度、高度的增加而减少,在同经度、高度下,年最大冻土深度随纬度的变化率为155cm/1°N,冬季、春季、夏季和秋季最大冻土深度随纬度的变化率分别为48cm/1°N、35cm/1°N、25cm/1°N和47cm/1°N;同时根据其对建筑物地基的影响程度,将全市冻土划分成强冻胀很深区(Ⅰ)、冻胀深区(Ⅱ)、弱冻胀较深区(Ⅲ)。并给出了各个区建筑物的基础埋深。以供选择使用。     

地下水渗流对冻土区模型桩力学特性的影响分析

为了研究冻土区地下水的渗流效应对桩基的荷载传递规律的影响,考虑到桩身轴力、桩侧冻结应力和桩周土温度对桩基承载力均有影响,依据室内模拟试验,分别模拟了无地下水、桩顶水有温度效应、桩底水有温度效应、桩顶水有温度及渗流效应、桩底水有温度及渗流效应5种不同工况下地下水对冻土桩基承载力的影响。试验结果表明：无论是桩顶水还是桩底水,在接近地下水处,同时有温度效应及渗流效应的轴力值变化比仅有温度效应时的小,当地下水为桩底水时加载后的桩轴力小于地下水为桩顶水时的轴力值;桩底水引起的桩侧冻结应力变化幅度比桩顶水大,地下水的温度效应使得部分冻土温度升高而融化,而地下水的渗流效应进一步增大了冻土融化范围,使得桩基力学特性发生改变,进而影响了桩基承载力。     

冻土抗拉强度与冻温及含水率关系的试验研究

通过用CBR-l型承载比试验仪实测不同冻结温度和不同含水率下冻土的强度,建立了抗拉强度与冻结温度和含水率关系的数学模型,并进行了科学的分析,找出之间变化的规律：含水率在14％-25％且一定时,温度在0℃— -20℃内抗拉强度随着冻结温度的降低而逐渐增加,在-20℃达到抗拉强度最大值;而冻结温度在-20℃以下,抗拉强度随...     

适用于检测冻土的超声波测试系统的设计与研制

超声波波速测试作为一种无损检测已经广泛应用到岩土工程行业,该测试方法也是获得岩土体物理力学参数的有效方法.目前鲜有关于冻土的声波测试的技术和方法的报导,已有的冻土声波测试都是在垂直方向上忽略换能器的质量并在常温下快速测试声波通过时间,难以满足测试精度.鉴此,在购置常温声波测试主机的基础上,充分考虑冻土对温度敏感的特性、换能器在水平方向的测试以及土样与换能器之间的耦合程度,设计了一种适用于多种类型的冻土超声波换能器支架和恒温箱的测试系统,恒温箱意在提供适合不同温度下土体的测试环境（-30℃～+30℃）,换能器支架可供低温、提供多种尺寸冻土试样的横波和纵波的测试平台.为避免垂直测试中换能器和土样自身对测试的影响,除了支架提供水平测试平台外,在调节换能器与土样接触距离的螺杆顶端放置应变片测试冻土样与换能器之间的接触程度以提高冻土声波波速的测试精度.利用该测试系统对不同负温下冻土样品进行测试,数据结果证明了该测试系统的实用性和良好的测试精度.     

基于有限体积法的冻土水热耦合程序开发及验证

土体冻结和融化时的水分迁移、相变与传热是一个相互影响的耦合过程。采用基于有限体积法的开源软件Open FOAM,编制描述土体冻融过程的水热耦合计算程序。首先,基于土体水分和热量迁移基本方程、水分相变与温度的平衡方程,同时考虑相变对水分特征参数和热特性参数的影响以及相变潜热对传热过程的影响,建立冻土水热耦合数学模型。然后,采用基于多面体网格的有限体积方法对水热耦合控制方程进行空间离散,采用全隐式向后差分方法对方程进行时间离散,由此编制冻土水热耦合计算程序。该程序具有良好的几何适应性、质量和能量守恒性,具备面向复杂问题的并行计算功能。最后,采用该程序对两组不同温度边界条件的室内土体冻结试验进行数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明该程序可以较为准确地模拟土体冻结过程中温度场和水分场的演化特征。     

冻土力学与工程的国际研究新进展——2000年国际地层冻结和土冻结作用会议综述

2 0 0 0年国际地层冻结和土冻结作用会议于 2 0 0 0年 9月在比利时召开。会议共设 6个专题 :热质迁移、冻结敏感性和冻胀、力学性质、环境土冻结、工程设计和工程实例。围绕这 6个专题 ,介绍了国际冻土力学与工程方面研究的一些主要进展 ,既反映了国际冻土力学与工程研究的水平 ,也代表了 2 1世纪冻土学发展的方向。     

冻土动力学参数研究的成果综述与展望

通过对前人的试验成果进行整理, 得到冻土动力学参数随温度、频率、应变幅、含水量和围压等因素的整体变化规律. 整体上看, 冻土的动弹性模量和动剪切模量随温度的降低而增大、随荷载振动频率的增加而增大、随动应变幅的增加而减小、随含水量的增加先增大后减小、随围压的增加而增大; 冻土的泊松比随温度的降低而增大; 冻土的阻尼比随温度的降低而减小, 随频率、应变幅、含水量、围压的变化规律性不强. 通过对试验条件和数值模拟时的实际工况对比分析, 给出如下建议: 动弹性模量和动剪切模量的预估适合用两段式线性模型, -5℃可以作为两段式的分界点; 列车荷载作用下冻土的动力响应属于小应变幅的振动, 冻土动力学参数应选择波速法的试验结果.     

大数据背景下地质云的构建与应用

地质学属于数据密集型科学,并与地球科学面临的问题息息相关。已经收集的和将要收集的大量数字国土相关数据,由于科学研究的需要,正在不断加以检验和扩充。大数据时代背景下,中国国土资源数字化、信息化的战略行动具有深远意义,大数据的相关技术应用为实现地质工作的现代化和信息化提供了有效的支撑。重点介绍大数据背景下的“地质云”构建理念与方法,以及大数据在地学领域的应用。大数据为非结构化、半结构化的地质数据带来了新的处理方法与理念。地质云的构建旨在探索以需求带动的地质核心数据的应用,挖掘非结构化数据的新数据信息,以支撑国土资源管理决策。     

大数据背景下地质云的构建与应用

地质学属于数据密集型科学,并与地球科学面临的问题息息相关。已经收集的和将要收集的大量数字国土相关数据,由于科学研究的需要,正在不断加以检验和扩充。大数据时代背景下,中国国土资源数字化、信息化的战略行动具有深远意义,大数据的相关技术应用为实现地质工作的现代化和信息化提供了有效的支撑。重点介绍大数据背景下的"地质云"构建理念与方法,以及大数据在地学领域的应用。大数据为非结构化、半结构化的地质数据带来了新的处理方法与理念。地质云的构建旨在探索以需求带动的地质核心数据的应用,挖掘非结构化数据的新数据信息,以支撑国土资源管理决策。     

冻土温度场的参数辨识

从冻土温度场的实际背景、物理现实及温度场的数值计算现状出发,阐述了参数辨识的重要性和必要性.以冬季开放的渠道为例,在原有温度场的基础上,利用参数之间的关系,给出了耦合温度场的数学模型.在此基础上首次建立方程中一些参数的分布控制模型,应用这些参量的连续性与变化的缓慢性,将问题分解,把在无穷维空间的辨识转化为有限维空间的辨识.论述了各子系统的解与参量的关系及优化辨识问题最优解的存在性,即可辨识性.     

季冻土区临水轻台结构冻拔特征分析及防治

为探索季冻土区临水轻台结构冻拔冻害破坏机理,测试套筒防冻拔冻害技术的有效性,以长春某临水轻台群为研究对象,选择基土自然冻胀轻台结构与装有套筒防冻拔冻害装置的试验轻台结构相对比,用精密水准仪观测二者的寒期竖向位移动态。结果表明：基土自然冻胀轻台结构出现了冻拔位移冻害,各观测年冻拔位移曲线随气温均呈"半驼峰型"姿态发展,对应观测年的持续降温-持续低温-持续升温-正温时段,冻拔位移呈下降-上升-下降-稳定的变化特征;冻土的冻拔力推动轻台桩上拔引发冻拔位移冻害。观测装有套筒防冻拔冻害装置的试验轻台结构发现,其竖向位移长期在±5 mm的小位移区间平位波动,比自然冻拔轻台结构的平均冻拔位移减小了98%,表明套筒装置隔离了冻拔力对轻台结构的冻拔作用,冻拔位移冻害被有效遏制。勘验装有套筒防冻拔冻害装置的试验轻台结构,未发生"错动""台板拉裂"等典型冻拔位移冻害,印证了套筒防冻害装置对防治轻台结构冻拔位移冻害有实效。     

一个基于行波解的冻结缘水流模型

在次级冻胀现象中,对处于已冻土和未冻土之间的冻结缘地带,研究其中的水分迁移是一个重要的课题.在已建立的次级冻胀数学模型的基础上,通过假设有行波解的存在,建立了一组新的方程和边界条件,就冰分凝和冻渗两种情况进行了讨论,并以试验数据为例,模拟了开放系统饱水土的入流量历时曲线.     

甘肃省公路沿线典型地段含盐量对冻胀盐胀特性影响的试验研究

季节冻土区含盐土公路路基在季节性冻胀、盐胀和融沉作用下,发生大量的道路病害,给道路的安全运营带来了严重的隐患。在考察大量现场道路病害的基础上,针对甘肃省季节冻土区公路沿线盐渍化道路病害比较严重的地段,选取几种典型的盐渍土进行室内冻融循环试验来研究它们在周期波动温度条件下冻胀、盐胀和融沉特性,进一步探讨盐渍土地区道路病害产生的机制。试验结果发现,含盐量对路基土冻胀、融沉和盐胀等变形过程有明显的影响,不同的含盐量路基土膨胀机制不同。含盐量较高的土体,变形主要由盐胀引起,没有明显的融沉变形;含盐量较低的路基土,变形主要由冻胀和融沉引起,可能存在盐胀;对于无盐但冻胀敏感性路基土,其变形主要由冻胀和融沉引起。另外,开放系统下盐渍土反复冻融循环后含水率重新分布,含水率普遍增加,且形成了两端含水率高、中间低的现象。     

冻土中几类力学试验方法的探讨

获取寒区工程设计中冻土的物理力学指标及冻土本构模型中的模型参数都离不开冻土的力学试验.随着对冻土力学性质研究的深入,需要考察更多加载路径下冻土的力学行为,这也是检验已有冻土本构模型的有效途径.因此,精确的冻土力学试验是认识冻土力学性质的基本手段.为进一步考察冻土的力学性质,提高冻土力学试验的精度,应用MTS-810低温...     

冻土中单桩抗压承载力模型试验研究

以新疆地区某高压输电线建设项目为背景, 在室内进行了人工冻结条件下桩的静载荷模型试验. 试验研究在不同冻结温度下冻土中单桩竖向荷载下的承载力特性及其力学现状, 分析了包括桩的轴力、桩土冻结强度及其分布规律, 以及桩端阻力特性和桩头竖向位移与荷载的关系曲线等. 研究获得了桩的冻结力、单桩竖向承载力与温度的关系等, 可为未来西部冻土地区桩基的设计与施工提供参考依据.     

季节性冻土区人工盐化路基冻胀模型试验

以青藏铁路西格段季节性冻土区路基冻害为研究背景,在室内分普通和盐化两个试验段填筑路基实体模型,进行封闭系统中反复冻融循环条件下的模型试验,分析冻融循环条件下普通路基和人工盐化路基的温度和位移规律,并探讨水分、盐分的迁移规律。结果表明:路基土体温度与环境温度变化趋势一致,路基土体的温度滞后于环境温度约36 h;越靠近冷端的位置,温度波动范围越大,温度随着深度的增加逐渐减小,温差也随之减小,路基土体温度的波动范围约为环境温度波动的一半;温度是影响水分迁移的主要因素,水分迁移在路基顶面以下一定的范围内达到最大,越靠近冷端,水分迁移量越大;路基土盐化之后冻胀量减小约73.9%,说明人工盐化路基土的方法可以整治季节性冻土区路基冻害。     

季节冻土区保温隔水路基防冻胀效果研究

基于冻土路基温度场数值模型,结合室内模型试验,对保温隔水路基进行热-应力耦合计算,并用试验结果验证计算模型,旨在研究普通路基与保温隔水路基在环境温度变化时路基温度场和位移场的变化规律,对比评价保温隔水路基防冻胀效果。结果表明：相比普通路基,保温隔水路基保温效果明显,其冻结时间推迟约22%,冻胀速率减小60%,冻胀量减小35%~60%。此外,保温隔水路基竖向变形相对较小,变形过渡平缓,横向变形显著减小,由变形引起的破坏作用减弱,说明保温隔水路基是一种较好的防冻胀路基结构。     

基于改进西原模型的深井冻结压力数值计算分析

深厚冲积层冻结压力取值大小是冻结法凿井外层井壁设计计算的重要依据。为此,基于符合深井冻土蠕变特性的改进西原模型,利用ABAQUS软件的用户子程序接口,实现该模型的UMAT开发。考虑土体冻结过程中的热-力耦合作用获得井筒开挖前土体冻胀应力分布规律,在此基础上,计算分析了深部冻结井的掘砌过程,获得了作用于外层井壁的冻结压力发展变化规律。计算结果表明：土体埋深、冻结壁温度、土体冻胀率等因素均影响冻结压力的大小。在其他条件不变的情况下,当埋深由400 m增加到500 m时,冻结压力增加21%;当冻结壁平均温度由-16 ℃降低至-18 ℃时,冻结压力减小10%;当土体冻胀率由2%增加到3%时,冻结压力增加3.8%。冻结压力随层位深度及土体冻胀率的增加而增加,而降低冻结壁温度则有利于冻结壁的稳定。数值计算结果与实测值的误差小于15%,比理论计算更有利于实际工程中深井冻结压力的计算预测。     

冻土初始与附加细观损伤的CT识别模型

采用冻土附加损伤的概念, 给出了冻土在受载荷作用下产生的微裂纹与CT数之间的关系, 冻土密度与CT数以及冻土内部损伤量与CT数间关系模型, 并进行了讨论. 采用干土压实饱和的方法制作了无损冻土试样, 建立了冻土初始损伤的计算模式, 用该模式计算了不同冻土试样的初始损伤, 并以饱水分层压实试样为例计算了加载过程中的微裂纹损伤.