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     

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。     

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。     

法向冻胀力与基础底面积关系的分析

关于法向冻胀力与基础底面积关系的研究,目前国外文献中刊载尚少。而在国内,近几年来,一些单位通过室内和现场试验,对此进行了一定的研究。由于各地的土质、温度、水分条件不同或同一条件下基础型式、埋置深度各异,所以法向冻胀力与基础直径(或边长)关系线的斜率、单位法向冻胀力与基础底面积关系曲线的曲率也有     

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。     

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.     

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。     

青藏高原多年冻土地区桥梁设计

针对青藏高原多年冻土的特点,提出了青藏铁路多年冻土区桥梁设计主要原则, 并对不同的基础类型在冻土区适应情况进行分析,提出了适应高原冻土性质的基础应用,最后对钻孔灌注桩的承载力,切向冻胀力和基础沉降量的计算进行介绍.     

昆仑山隧道冻胀力现场测试及其数据分析

冻胀力是冻土隧道支护结构产生病害的主要原因之一,为掌握多年冻土区昆仑山隧道冻胀力的分布形态以及随温度变化的规律,进行了现场测试研究。研究结果表明,到目前为止昆仑山隧道整个支护结构是安全可靠的;冻胀力随着气温、季节的变化而变化,2004年后其变化基本趋于稳定,实测到的冻胀力最大值为0.3 MPa,分布于围岩与初期支护之间仰拱部位;初期支护与二次衬砌之间的冻胀力很小,二次衬砌支护强度可考虑适当减弱;运用影响线理论绘制出了冻胀力包络图,其为确定作用于支护结构上的最不利荷载提供了一种合理有效的方法。     

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。     

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.     

衬砌粗糙度对季节冻土区渠基土-衬砌接触面间峰值抗剪强度的影响北大核心CSCD

目前来看,在构筑物与土体表面粗糙度影响土-构筑物接触面间切向冻胀力方面的研究还较少,因此,本研究从川西季节冻土区渠基土-衬砌接触面的切向冻胀力问题出发,着重考虑衬砌表面粗糙度这一因素对接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的影响规律和影响效应,并结合环境温度、含水率及冻结时长,利用正交分析综合探究了4种因素对接触面间峰值抗剪强度影响的相关性和显著性,结果表明:接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随衬砌表面粗糙度变化呈现相同规律,即衬砌表面越粗糙,3项指标随即增大。正交分析中揭示了影响接触面间峰值抗剪强度大小最显著的因素是衬砌粗糙度,其次是环境温度和含水率,冻结时长的影响效应不显著,同时低温、低含水率、较长冻结时长、较高衬砌粗糙程度下的峰值抗剪强度越大。此项结果可为季节冻土区渠系工程防冻胀危害提供理论支撑。     

青藏高原多年冻土地区桥梁设计

针对青藏高原多年冻土的特点，提出了青藏铁路多年冻土区桥梁设计主要原则，并对不同的基础类型在冻土区适应情况进行分析，提出了适应高原冻土性质的基础应用，最后对钻孔灌注桩的承载力，切向冻胀力和基础沉降量的计算进行介绍。     

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。     

季节冻土区扩大式基础上冻胀反力的计算

一、前言 受桩约束的土体冻胀时,一方面对桩产生切向冻胀力,另一方面对下卧土层产生冻胀反力。扩大式桩基础能够接受冻胀反力,具有自锚作用,因而是季节冻土区防治桩基冻拔的一种有效的结构措施。目前松辽流域的一些渠系水工桥涵工程已开始推广扩大式桩基础。     

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     

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。     

渠道刚性衬砌层(板)冻胀受力试验与防冻胀破坏研究

对渠道受冻胀时其刚性衬砌层(板)受冻胀力的情况进行了室内模型测试试验, 结果表明: 其边坡衬砌层(板)所受的冻胀力是平行于该衬砌层(板)的切向冻胀力, 该力大小及正负与渠床土含水量沿渠道横断面高度的分布直接相关. 另外, 渠道边坡衬砌层(板)和其下冻土层之间冻结约束的存在与否是边坡衬砌层(板)会不会受冻胀力的必要条件, 若此约束存在, 则可能受冻胀力, 若此约束不存在(被解除), 则其不可能受冻胀力. 从对试验结果的分析中, 还找到了造成渠道刚性衬砌层(板)冻胀破坏的最终原因, 并据此提出了一些针对性很强的防治渠道冻胀破坏的方法.     

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。     

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。