初始含水率对冻结粉质黏土变形和强度的影响规律研究

冻土的变形和强度受温度、水分及压力的影响甚为显著。通过对-6 ℃的冻结粉质黏土在初始含水率为12.5%～20%范围内进行一系列的三轴试验,分析初始含水状态对冻土变形和强度的影响规律。研究发现,当初始含水率较低时,随着围压的增大,冻结粉质黏土相继出现应变软化和应变硬化特征;当初始含水率大于16%时,其应力-应变关系主要呈现出应变软化特征;随着初始含水率的增大,初始切线模量随围压从线性缓慢增大逐渐过渡为抛物线形的分布。同时,根据包络线定理,建立非线性摩尔-库仑强度准则,用以描述初始含水率为12.5%、14%和16%的冻结粉质黏土强度随围压变化的非线性;当初始含水率为18%和20%时,其强度可用线性摩尔-库仑强度准则描述。     

冻土区块石夹层路基防冻胀翻浆效果试验研究

基于对冻土区路基冻胀翻浆病害机制的分析,提出了一种综合利用透水土工布、块碎石层和防水土工布的新型防道路冻胀翻浆的路基结构,并通过室内模型试验研究其防冻胀翻浆效果。结果表明：与普通路基相比,不论环境温度最高还是最低时,新型综合防冻胀翻浆路基不但能有效地降低路基内的温度,具有良好的降温效果;而且能大幅度地减小路基内的含水率,并且含水率减小率随着气温周期循环的增加呈线性增大的趋势,这对防止冻胀翻浆病害的发生是有利的;此外,新型综合防冻胀翻浆路基结构有成本低、易于施工等特点,极具工程应用前景。     

青藏铁路涵洞现浇混凝土基础水化热的数值分析

考虑相变和热量生成, 导出瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程, 并应用伽辽金法推导出了有限元计算公式. 计算了青藏铁路格尔木至拉萨段DK1258 240处正在修建的涵洞现浇混凝土基础水化热的影响, 结果证明, 现浇混凝土水化热在施工后半年内对涵洞周围的冻土的热状况影响较大, 施工后2 a时仍然还有影响. 为了减小这种影响, 计算了涵洞现浇混凝土基础下铺设厚度为10 cm的保温材料的冻土热状况, 材料分两种方式铺设: 一种铺设与涵洞基础等宽度; 一种铺设比涵洞基础宽度大5 cm. 比较证明: 在涵洞现浇混凝土基础下铺设保温材料可减少现浇混凝土水化热对冻土热状况的影响, 保温材料应按方式二铺设.     

带隔热门的通风路基三维温度特性数值分析

对带隔热门的通风管路基三维温度场进行了数值模拟, 通过带相变的瞬态热平衡微分方程, 用伽辽金法导出有限元计算公式, 利用单元生死技术模拟隔热门的开关效应, 在考虑未来气温上升2.6 ℃、年平均地表温度 -1 ℃的情况下, 计算了通风路基有无隔热门两种情况下的温度场. 对比分析表明, 带隔热门的通风路基减小了路基热量的吸收, 降低了路基内部的温度, 能更有效地保护路基下的冻土.     

青藏铁路旱桥的三维温度特性分析

根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程, 应用有限元法对青藏铁路旱桥的温度特性进行了三维数值分析.结果表明: 修建于高温极不稳定冻土地段的旱桥在将来运行20 a的过程中对冻土有很好的制冷作用, 能很好地保护冻土, 保证铁路的运行安全, 并且分析和说明了在建的青藏铁路在高温极不稳定冻土地段的采用旱桥的形式是可行的和必要的.     

块石的热扩散系数和导热系数确定方法

采用块石路堤、护坡有利于冻土地区路基的稳定性.基于气温波动条件下块石内部的温度波动幅度按指数规律衰减, 介绍了块石的热扩散系数和导热系数测量方法.实验中, 采用封闭的块石试样筒, 通过顶板温度波动的控制来模拟气温的周期性变化, 整个试样筒用绝热性能良好的海棉包扎, 使其侧向、底板绝热. 对粒径为6～8 cm, 4～6 cm, 2～4 cm的3种块石试样进行了具体测量, 由曲线拟合所得的结果具有较好的一致性.分析显示粒径较小的块石其热扩散系数和导热系数也较小.     

碎石层的"热半导体"作用

碎石层在冰缘地区有广泛分布.众多文献报道,碎石层具有降低其下地温的作用,根据这些现象,对其致冷形成机理进行了研究.结果表明:对封闭的倾斜碎石层,其致冷机制主要基于Rayleigh-Bènard对流;对开放的倾斜碎石层,其致冷机制包括“烟囱效应”和风引起的强迫对流.并进一步用模型试验、数值模拟和现场的实体试验对致冷机理进行了验证.碎石层己在青藏铁路建设中得到广泛应用,并被证明起到了冷却路基的作用.这一措施效果显著、施工简便、环境友好且成本相对较低,可用于多种冻土工程,以适应全球变暖的影响.     

非均匀地基与均匀地基解答之间的相似关系

考虑材料特性沿厚度按幂律梯度变化的非均匀地基,研究了在竖向和水平线荷载作用下,非均匀弹性地基与均匀弹性地基解答之间的转换关系。基于应变分量之间的变形协调条件,获得了非均匀弹性半空间在线荷载作用下的应力分量和应变分量的解析表达式,通过比较非均匀地基和均匀地基的解答,发现了它们之间的线性相关性,可将非均匀弹性地基在均布线荷载作用下的解答用相同条件下的均匀地基解答线性表示,得到了解答之间的相似转换系数的表达式,该系数集中反映了地基物理力学特性的非均匀程度。因此,借助于均匀地基的经典解答,可将非均匀地基问题的求解转化为对相似转换系数的计算,从而使得问题得以简化。为了方便应用,采用曲线图的形式给出了不同非均匀指数情形下的相似转换系数。     

寒区隧道温度场和渗流场耦合问题的非线性分析

根据传热学和渗流理论导出了带相变的温度场和渗流场耦合问题的控制微分方程 ,然后应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式 ,最后给出一寒区隧道考虑渗流时的温度场算例 .算例表明渗流对隧道的冻深影响很大 ,因此在工程设计中应该考虑渗流这一因素的影响 .     

季节冻土场地上的地脉动特征

以张掖市的一场地为研究对象,通过对不同季节地脉动的测量和分析,研究了场地的脉动频谱特性随季节的变化.对场地实测资料的分析发现,冬季随着上覆冻土层的出现,使得场地刚度发生变化,频谱形状也明显地改变,地脉动的卓越频率明显提高.