按基础约束范围内冻胀变形计算冻胀力

目前,在土建工程基础的设计中,为了在现场获得土壤切向冻胀力或法向冻胀力资料,最好是按设计基础的尺寸、型式和埋深(法向冻胀力基础)进行直接测定。若设计基础的尺寸过大,不能直接测量时,可用与设计基础相似的小尺寸基础测量,然后换算成大尺寸基础的冻胀力;或根据邻近相似地区同种型式、材料、埋深基础的观测成果,换算设     

板基法向冻胀力现场试验研究

迄今,国内外有关基底法向冻胀力的资料大多局限于小面积,现场大面积之实测值所见较少,难于在大型板基中应用。本文根据就地试验观测结果,对基底法向冻胀力与基础面积间的关系及分布情形进行了讨论和分析。 试验概况 试验场位于黑龙江省巴彦县东风水库,距输水洞出口80米的渠段上,土质之性质见表1与图1,冻前含水量为26.3％,冻     

切向冻胀力的研究现状及展望

土体冻胀产生的切向冻胀力是制约寒区基础工程建设和使用年限的主要原因, 同时也是基础设计中的一个重要参数, 深入研究切向冻胀力问题意义重大。通过回顾国内外相关文献, 对切向冻胀力目前的研究现状进行了总结： 从切向冻胀力产生的条件和过程角度出发, 详细描述了切向冻胀力产生发展的机理; 阐述了影响切向冻胀力的因素和切向冻胀力的分布规律; 从试验、 理论两方面入手, 简要总结了切向冻胀力的测试方法和理论计算方法; 简述了目前确定切向冻胀力取值的方法。最后, 对切向冻胀力未来的研究方向提出了展望。     

论法向冻胀力与压板面积的关系 (法向冻胀力边界效应之一)

人们对土冻结时作用于基础底板上的法向冻胀力已经研究了几十年,提出了许多试验数据。例如,B·○·奥尔洛夫测得法向冻胀力的最大值为50—60公斤/平方厘米(基底面积为200平方厘米);木下城一取得的最大值为47公斤/平方厘米(基底面积为113.1平方厘米);潘纳的试验结果为18.6公斤/平方厘米(基底面积为>30.6平方厘米);我国测得的数据为11公斤/平方厘米(基底面积为2,500平方厘米)及59.9     

法向冻胀力作用机制探讨

冻胀基土以怎样的方式作用于基础底面,亦即法向冻胀力的作用机制问题,是多年来许多冻土学者一直在努力研究的问题,它不仅关系到能否给出正确的法向冻胀力计算图形,从而较准确地计算法向冻胀力,而且还关系到能否正确地制定防治措施的问题。     

再论冻胀量与冻胀力之关系

讨论了新出版的《水工建筑物抗冰冻设计规范》（DL／T5082－1998）（98版）中的地表冻胀量对法向冻胀力影响的问题，认为地表冻胀量是冻胀率沿整个冻深的叠加，法向冻胀力则是在冻结锋面上冻胀应力沿基础影响范围之内的积分，法向冻胀力与地表冻胀量没有直接联系。     

竖向直排冻结条件水平冻胀力试验研究

竖向直排冻结方式常用于软弱地层中斜井掘进和深基坑止水帷幕的冻结法施工中,目前国内外对该冻结方式下水平冻胀力的分布研究鲜见报导。以某斜井冻结工程为背景,推导出温度场、应力场和水分场等相似模拟准则,设计了竖向直排冻结模型试验并细化具体试验方案,利用大型三维模拟冻结试验系统,对竖向直排冻结条件下不同深度土体的水平冻胀力分布特性进行了试验研究。结果表明,竖向直排冻结过程中埋深对水平冻胀力的影响明显,在其他条件相近的情况下同一水平面中水平冻胀力的大小与温度密切相关;冻胀力的变化率主要受冻结锋面位置的影响,距离冻结锋面较近时冻胀力的变化率逐步达到峰值;已冻土体的冻胀力随冻结锋面向外发展而趋于平稳。     

箱隔式拦河闸的抗冻胀研究与实践

传统的中小型拦河闸受冻害破坏较普遍而严重，新型的箱隔式拦河闸通过其总体布置，结果形式本身圆满地解决了复杂的冻害问题，不需外加任何特殊的防冻措施，箱隔式闸总体布置简单，阵线集中，薄弱环节少，受冻部位及面积小，基础在一个平面上均用水保温防冻，消除了基底法向冻胀力的危害，箱隔对称水平冻胀力大部分通过箱隔传递作用而衰减或平衡。     

季节冻土区扩底单桩受力性能研究进展与展望

在深季节冻土区, 正冻土和桩相互作用时可能会导致桩基的拔断或整体冻拔破坏。在桩周土冻胀过程中, 等截面直桩主要通过桩和未冻区融土间的摩阻力达到锚固效果。而对于端部直径大于桩身直径的扩底桩来说, 当桩基有整体上拔的趋势时, 扩大头会受到上覆土层的阻力而起到锚固/抗冻拔作用。通过回顾国内外研究文献, 介绍了扩底抗拔桩现有的工程背景及应用情况, 并对季节冻土区桩基的受力性能进行了总结和分析, 主要内容包括： 土体冻胀和桩基的相互作用研究, 切向冻胀力试验研究和理论研究, 切向冻胀力作用下扩底桩基冻胀反力试验研究及理论研究, 切向冻胀力作用下未冻区桩-融土间摩阻力的研究概况等。最后, 结合现有的研究内容, 对季节冻土区扩底桩的应用及研究提出进一步的展望。     

关于法向冻胀力计算方法的讨论

近年来,由于大量水工构筑物遭到法向冻胀力的破坏而引起人们对法向冻胀力的重视,很多设计、科研、施工人员想了解国内外有关法向冻胀力的计算方法及其准确程度,以便在使用中参考。为此,本文简要介绍了一些计算方法及其主要论点,并对它们进行了分析讨论,对其中有些公式还用我们的实测资料进行了核算,希望它能对法向冻胀力的研究有所帮助,并且能为设计人员提供一些可供选择的计算方法。     

钢弦式土压力盒在冻土中的应用

土压力盒是目前进行土压力实测的基本工具,已有六十年的发展史,近年来我们在隧道冻胀力及基础侧面法向冻胀力的试验中采用钢弦式压力盒作为测定冻胀力传感器,在使用中发现了一些问题,现总结如下,不当之处难免,请批评指正。     

基底法向冻胀力的近似计算

目前,国内外许多学者都在进行着法向冻胀力的研究。据文献报道,不同研究者所提出的法向冻胀力值相差很大,小者不足1kg/cm~2,大者超过60kg/cm~2。笔者认为这些值在工程实践中不宜采用,设计者难于遵循。 本文立足于工程实践需要,在室内和现场试验研究基础上,经过理论分析,提出了一个可供工程设计人员在季节冻土地区进行工程结构设计时参考的计算基底法向冻胀力的近似公式。     

冻土三轴冻胀应力-应变试验方法研究

提出了一种试验方法,研究土体或破碎岩体在不同含水率、不同温度、不同应力状态下冻结后产生的冻胀应变与冻胀力之间的关系,并针对寒区隧道提出了一种新型三轴冻胀应力-应变关系.试验设备采用应变控制式三轴仪及低温冷冻库,通过改变测力环的刚度来实现不同约束状态,进而得到土体或破碎岩体在不同约束状态下冻结后产生的冻胀应变及冻胀力,将这些特征点进行回归分析即可得到冻胀应力应变关系.根据上述试验方法,对饱和砂土进行三轴冻胀应力-应变试验.结果表明:冻胀应力应变关系呈对数曲线变化,且冻胀力随冻胀应变的对数呈线性变化;轴向约束越强,冻胀应变越小,冻胀力越大,且冻胀力随轴向约束强度的增大趋于某一极值;围压越大,冻胀力和冻胀应变越大.     

法向冻胀力计算——层状空间半无限直线变形体计算在冻土地基中的应用

国内外有不少学者对法向冻胀力的计算进行研究,但所提出的成果基本上都是经验公式的近似计算。本文提出一个新的计算方法,就是用层状空间半无限直线变形体的力学分析,即双层地基的理论计算来解决季节冻土地区的法向冻胀力的问题。将冻结深度     

寒区破碎岩体隧道冻胀力室内对比试验研究

根据相似理论,以曲墙式、直墙式和圆形衬砌为例,通过模型试验方法研究了寒区破碎岩体隧道在不同约束条件和冻结深度下衬砌所受法向冻胀力(以下简称冻胀力)的量值和分布规律.结果表明:冻结深度越大,冻胀力越大;顶端约束越强,冻胀力越大.对于曲墙式和直墙式衬砌,顶端约束对拱部和仰供处冻胀力影响较大,对边墙处冻胀力影响较小;对于圆形衬砌,顶端约束对整个衬砌所受冻胀力影响程度相差不大;直墙式衬砌受冻胀力的量值最大,圆形衬砌受冻胀力量值最小.对于3种衬砌结构,最大冻胀力均发生在仰供脚处.试验数据与现场测试数据基本吻合,说明试验有较好的准确性.     

青藏冻结粉土与玻璃钢接触面本构模型研究

冻土与构筑物基础接触面的本构模型是分析冻土区构筑物与冻土相互作用、评价工程安全稳定性的基础和关键.为了降低切向冻胀力对基础的上拔作用,防止发生冻拔失稳破坏,青海-西藏±400 kV直流联网工程基础广泛采用玻璃钢覆盖基础表面,以消减冻胀力.为了合理描述玻璃钢与冻土接触面力学特性,采用应变直剪仪开展了青藏冻结粉土与玻璃钢基础接触面直剪试验,获取了不同冻结温度条件下接触面剪应力-位移曲线,分析总结了接触面的强度变化规律和受力变形特性,基于试验得到的接触面本构规律建立了耦合温度效应的冻结粉土与玻璃钢基础接触面剪切应力-位移关系.模型预测结果与试验结果的比较表明,预测结果与试验结果吻合良好,该模型能够较好的描述接触面的力学特性.     

基于扩展有限元方法的裂隙岩体冻胀力理论与数值研究

为研究寒区裂隙岩体内冻胀力的变化规律, 从单裂隙入手, 基于弹性力学、 水冰相变理论以及质量守恒关系, 建立了考虑未冻水含量及水分迁移的冻胀力求解模型; 利用MATLAB平台编制程序, 采用扩展有限元方法（XFEM）计算得到了裂隙内冻胀力随冻结时间的演化规律。采用有效体积膨胀系数法计算得到的冻胀力数值解与理论模型计算结果以及其他学者的试验结果吻合较好, 并分析了水冰相变下裂隙尖端应力场, 数值计算结果与理论解吻合较好, 验证了数值方法的可靠性; 通过分析影响冻胀力发展的因素, 指出岩石弹性模量和裂隙几何形状是控制裂隙内冻胀力演化的两个重要因素。     

基于广义Winkler弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型

寒区渠道衬砌冻胀破坏现象普遍,而渠道的防冻工程设计大多依赖工程实践经验和定性认识,具有一定的随意性和盲目性,对衬砌结构所受的冻胀力计算缺乏简明、合理的方法。考虑冻土与衬砌的相互作用和冻土地基的连续性,基于广义Winkler地基梁理论并结合有限差分法,推导了渠道衬砌板冻胀挠曲线微分方程,建立了梯形渠道冻胀力学模型,给出了衬砌渠道法向冻胀力及切向冻结力的计算方法。同时,考虑渠道衬砌冻胀破坏的极限承载力以及冻胀过程中坡脚上抬位移对实际冻胀力的削减和释放效应,避免了冻胀力及衬砌结构内力计算值过大。为验证模型的合理性,以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为研究对象,对其进行冻胀破坏计算。结果表明：模型由于考虑了衬砌结构与冻土间的相互作用,渠道衬砌板法向冻胀力呈非线性分布,修正了工程力学模型线性分布假设;与工程力学模型相比,冻胀力数值在坡脚处增大、跨中减小、底板上增大,计算结果更符合工程实际。研究提出的冻胀力学模型科学合理,简便快捷,具有更好的通用性,可为寒区渠道的抗冻胀设计提供参考。     

支挡式结构物水平冻胀力研究进展与思考

寒冷地区的支挡式结构,极易受水平冻胀力的影响,过大的水平冻胀力容易造成支护结构变形、出现裂缝、支护体错断甚至整体倾倒,严重威胁支护工程的安全与稳定,因此研究寒区支挡式结构水平冻胀力的变化规律具有重要意义。主要从水平冻胀力的产生、影响因素、分布模式、取值大小、计算方法以及防治措施等诸多方面的国内外研究现状进行综述,结果表明：水平冻胀力的大小及其分布形态受土质类型、土颗粒大小、土体分散性、土内所含矿物成分、土体温度、土体含水量、外界水源补给以及支护结构特征等多因素影响;水平冻胀力存在多种分布模式,对不同分布模式应采取不同的计算方法,而且各计算公式均有一定的限制条件。在实际工程中,若要减弱水平冻胀力的影响,可采取换填土质、加强保温、隔水排水、使用物理化学试剂或多方法综合使用等措施。     

冻融循环条件下岩石弹性模量变化规律研究

岩体冻融损伤机制为温度降低使岩体中的水发生相变、体积膨胀、产生冻胀力的作用,岩体中的微裂隙在冻胀力的作用下扩展延伸,温度升高时,融化的水进入新的裂隙,冻结成冰再次产生冻胀作用,反复循环使裂隙网络扩展,最终造成岩体的损伤。基于此,从弹塑性力学、断裂力学的角度出发,研究了在冻胀力的作用下单裂隙扩展特性,推导了冻胀力与裂纹扩展长度之间的关系,利用Mori-Tanaka方法建立了岩体宏观损伤量与冻胀力及冻融次数之间的关系式,讨论了岩体弹性模量与冻融次数、冻胀应力以及渗透系数的变化规律,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,岩体在冻融循环条件下的弹性模量随冻融次数的增加呈非线性减小;冻胀应力越大,岩体弹性模量衰减越快;岩体的渗透系数越大,弹性模量衰减越慢。