基于Eshelby夹杂理论高温冻土累积塑性应变修正模型

针对不同黏粒含量的高温冻土,基于Eshelby夹杂理论分析了冰含量与等效变形模量之间的关系,在此基础上引入模量比对现有的Monismith累积塑性应变模型进行修正,得到了一种新的高温冻土累积塑性变形预测模型,并采用室内试验结果进行验证。结果显示:模型数据与试验数据具有较好的吻合度。新提出的修正Monismith累积塑性应变预测模型表征了冰含量与土体变形模量之间的关系,其可以较准确地模拟高温冻土整个动应变过程,并且能够反映组构变化所诱发的高温冻土累积变形特征的不同。

高温冻土弹性模量及强度分布规律研究

由于高温冻土内部裂隙、空洞等缺陷分布有很大的随机性,即使在同一土温下,其弹性模量及强度不是某一确定值,而是服从某一概率分布规律的随机变量。针对这一问题,利用大量的单轴试验数据,对高温冻土的弹性模量及强度概率分布进行系统分析。研究结果表明,正态及对数正态分布能较好地反映高温冻土的弹性模量概率分布规律,而威布尔分布则能更好地描述强度分布规律。最后,基于高温冻土强度服从威布尔分布,进行高温冻土强度的可靠度分析。

循环荷载下高温冻土的变形和强度特性

对-1℃的冻土试样在频率为3,5,8 Hz的循环荷载下进行了单轴压缩试验,探讨了冻土在循环荷载下的累积变形和动强度。结果表明:循环荷载作用下冻土的累积变形大小由加载的最大动应力大小决定,同一频率下加载的最大动应力越大,相同循环次数时的累积应变越大;根据加载的最大动应力的大小,累积应变与循环次数的关系曲线可表现为破坏型、稳定型和过渡型3种形态之一。加载频率对冻土累积应变的影响规律复杂,且受加载的最大动应力影响;当最大动应力较小时,频率的影响不明显;当最大动应力比较适中时,大体上频率越高,累积应变越大;当最大动应力比较大时,频率越高,累积应变越小。在3%,5%和10%的破坏应变下,频率为8 Hz时冻土的动强度最大,而3 Hz和5 Hz的动强度比较接近。

冻土上限下移条件下高温冻土桩基承载力分析

在全球升温的背景下,同时考虑人为施工扰动的影响,针对青藏铁路旱桥桩基稳定性问题,进行数值模拟研究和物理模拟试验。研究在冻土上限变化条件下旱桥桩基的承载力特性,获得单桩竖向承载力以及冻土上限变化对桩基稳定性的影响规律。桩基的极限承载力随着冻土上限的下移而急剧降低;随着冻土上限下移,桩侧摩阻力不断减小,桩基的侧摩阻力占总承载力的比重也越小,此时桩端阻力发挥主要作用;物理模拟试验和数值模拟结果同时说明冻土上限下降的严重后果,尤其对于极为敏感的高温冻土,需要加强对桩周冻土的保护,避免冻土退化。此研究为预测青藏铁路旱桥桩基稳定以及高温多年冻土桩基的设计与施工提供参考依据。

高温冻土三轴强度分布及损伤统计本构模型

由于高温冻土内部含有大量随机分布的初始缺陷,从而使其力学性质具有明显的离散性和随机性.基于3种不同围压下的试验结果,利用K-S检验法对强度的概率分布进行了拟合检验,结果表明Weibull分布能较好地描述高温冻土的强度分布,随后对强度进行了可靠度分析.基于连续损伤理论和Drucker-Prager准则,建立了高温冻土的损伤统计本构模型.通过3种不同围压下的试验结果与之对比分析,表明该模型可以较好地反映出高温冻土应力应变曲线的变化过程.

桥梁钻孔灌注桩施工中高温冻土地基温度场动态监测与研究

通过对钻孔灌注桩地基温度变化进程进行为期 1 a 的监测,掌握了施工扰动下高温冻土地基温度场的变化规律。研究结果表明,采用冲击钻成孔工艺的混凝土灌注桩施工,对地基温度场的热扰动较大;寒季大气降温仅对浅层地基具有直接冷冻作用,而发生在深层自下而上冻结过程和桩侧土体由外向内的冻结过程却十分缓慢,温度降低幅度有限。高温多年冻土地段钻孔灌注桩群桩基础周围土体的温度,在有限的施工期内不能回冻到初始温度状况。

高温冻土区填土路基的地基融化固结变形分析

针对青藏铁路高温冻土区普通填土路基的融沉变形,基于拉格朗日法描述的大变形固结理论及考虑相变作用的路基传热理论,对高温冻土区不同高度填土路基的温度场和地基融化固结变形进行计算分析,并与现场监测结果进行对比。温度场分析结果表明,高温冻土区4和6m高填土路基在短期内可使冻土上限略微抬升,但下伏多年冻土存在缓慢升温过程,其升温幅度每年约为0.02℃左右;随着气候逐渐变暖,填土路基下冻土上限在后期会逐渐下降,且填土路基高度越小则上限下降量越大,最终在路基下部形成融化盘。融化固结变形分析结果表明,填土路基沉降变形表现出季节性,即暖季沉降变形发展迅速,冷季发展缓慢,发展趋势与现场监测结果吻合良好;在给定的地质条件下,2,4和6m高填土路基在竣工50年后其沉降变形量分别为255.2,470.4和689.7mm,即沉降变形量与其高度呈正比,且高填土路基沉降变形的季节性更显著;填土路基高度和多年冻土的含冰量是影响填土路基沉降变形的主要因素。

高温冻土物理力学特性研究现状

高温冻土又称近相变区冻土,通常用来描述相对较高温度的冻土.由于其温度区间处于冻土的剧烈相变区,冻土中冰和未冻水的比例对温度的变化极其敏感,因此,高温冻土的物理力学性质具有强烈的不稳定性,极易在温度变化的影响下发生实质性改变.基于有关高温冻土物理力学性质研究的文献,综述了高温冻土的定义及其温度界限,同时论述了未冻水对高温冻土物理力学性质的巨大影响,并提出了一种在冻结状态下高温冻土中未冻水孔隙水压力的测试方法.重点从强度特征、变形特性以及本构模型三方面对高温冻土力学特性的研究现状进行了总结和分析,并提出要进一步探究高温冻土变形机理及本构模型,可以为高温不稳定多年冻土区各类工程的基础变形及稳定性预报、评价提供理论基础.

高温冻土区新型复合护坡降温机制研究

遮阳板碎石复合护坡是一种集碎石护坡和遮阳板护坡双重效用于一体的新型复合护坡结构,是一种很好的治理高温冻土区块碎石护坡路基病害的补强措施。基于遮阳板和块碎石单个工程措施降温机制的研究,通过对这种新型复合护坡路基的温度场和速度场特征以及降温过程的研究,提出新型复合护坡路基的降温机制。研究发现,封闭新型复合护坡的主要降温机制是:复合护坡中遮阳板有遮阳和挡风雪作用,碎石层有"热半导体"效应和"热屏蔽效应"(屏蔽遮阳板的二次辐射);开放新型复合护坡的主要降温机制是:遮阳板有遮阳、挡风雪作用,碎石护坡有"热屏蔽效应"(屏蔽热风和二次辐射)和"烟囱效应",遮阳板和碎石护坡组合的通道有"虹吸效应"、"狭管效应"和"烟囱效应"。研究成果完善和深化了新型复合护坡路基研究基础,而且对遮阳板和块碎石结构在青藏铁路或青藏公路中的应用提供科学依据和技术支撑。

高温冻土中孔隙水压力量测初探

采用2种室内压缩试验方法研究高温冻土在变温变载条件下孔隙水压力的变化规律,即通过恒载变温试验和恒温变载试验分别从升温和加载的角度考虑高温冻土中孔隙水压力的变化,分析了孔隙水压力与温度变化及加载的关系.结果表明:高温冻土中孔隙水压力变化对荷载较为敏感,温度决定了孔隙水压力变化的实效性,在温度越高的条件下,孔隙水压力对加载的响应越快.同时,试验提出了研制探头刺入式微小孔隙水压力计的研究思路,以便更加深入的研究高温冻土中孔隙水压力的变化.

高温冻土松弛特性试验研究

为深入认识高温冻土的松弛规律,查明预应变对松弛过程的影响,开展了一系列室内高温冻土松弛试验。研究发现,预应变过程明显影响了高温冻土的松弛过程,表现为预应变量增大,瞬时松弛量相应提高,松弛稳定历时延长;对于恒应变速率加载而言,恒应变速率增大延长了松弛稳定历时,并提高了高温冻土的松弛速率;对于恒应力率加载过程而言,恒应力率增大,松弛稳定历时延长,松弛速率也随之提高。偏应力与时间对数的关系具有明显的非线性特征,不能简单描述为单一直线,采用双曲线型关系描述其关系时效果很好,根据双曲线型获得了一种经验型的流变关系,并对该流变关系的可靠性进行了验证。

青藏铁路高温冻土动力学参数试验研究

通过对不同围压、频率、温度和含水量冻土体的测试结果分析得出,动荷载下冻土体的弹性模量受温度影响最大,随温度升高而降低,随围压波动起伏,随振动频率增大而增大。冻土体的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小。应变速率在土体变形初始比较大,而后逐渐趋于稳定。

不同温度及排水条件下高温冻土孔隙水压力试验研究

在荷载的作用下孔隙水压力的消散是揭示冻土整体变形机理的关键,为了研究高温冻土中孔隙水压力变化规律,在不同温度、不同排水条件下,对高温冻土开展了压缩固结试验,并监测其在-1℃、-0. 5℃和-0. 3℃的条件下孔隙水压力及位移变化情况。结果表明:温度对孔压、变形有较大影响,温度越高,土体的变形速率越大,孔隙水压力峰值越大,消散速率也越快;而温度相同时,排水条件下的孔压峰值比不排水条件下的低,位移比不排水条件下的大;从试验结果中可以认识到,孔隙水压力在受骨架挤压增大的同时也在缓慢消散。

动荷载作用下高温冻土路基的动力响应分析

采用有限元计算和模拟试验相结合的方法,研究了高温冻土路基在列车动荷载作用下的动力响应。首先,通过数值计算分析了路基的地表变形、内部土压力的变化规律。根据相似理论确定并没计了冻土路基模拟试验装置,通过在路基周围地表及其内部布设压力和变形传感器,并用自行设计的列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行了冻土路基的模拟试验。模拟试验和数值计算的结果分析表明:采用的数值计算模型和模拟试验方法基本可行,研究结果可为青藏铁路的安全运营以及维护提供参考。

青藏公路高温冻土区沥青路面下土体热动态分析

利用青藏公路多年冻土区温度的监测资料,分析了高温冻土区普通路基下冻土的热状态及其人为上限的演变特征,并与自然地表下的变化特征进行对比。结果表明:1)沥青路面近地表温度年增幅明显大于自然地表的温度年增幅;2)与自然地表下相比,沥青路面下深部(h>6m)土体具有较小的温度梯度,对外界热扰动敏感;多年冻土温度逐年升高,不利于路基的长期稳定;3)高温冻土路基下浅部土体,冻结期明显小于融化期。融化期时间提前至3月底4月初,而冻结期开始时间与自然地表下均为11月底;融化深度大于冻结深度;4)沥青路面下多年冻土人为上限逐年下降,下降速率快于多年冻土天然上限下降速率,并且在多年冻土顶板上部已经形成贯通的融化层,融化层厚度逐年加厚。

排水和不排水条件下高温冻土松弛特性研究

为了探明排水条件对高温冻土应力松弛特性的影响,开展了室内松弛试验,研究了排水和不排水情况下高温冻土的应力松弛过程.结果表明:围压对高温冻土的松弛过程影响明显;不排水情况下,围压增大,松弛稳定历时延长,瞬时松弛量增大;松弛过程初期松弛速率受围压影响较大,而后逐渐减弱;排水情况下,松弛过程发展初期的松弛速率略高于不排水情况,但随松弛历时延长这种差别逐渐减小.随着预应变量增大,体积-时间曲线从应变软化状态过渡到应变硬化状态.不排水情况下,松弛过程中的体积变化过程呈先体积收缩后体积膨胀;排水情况下,高温冻土体积在较短历时内迅速收缩,而后基本保持不变.排水情况下,高温冻土的体积变形大于不排水条件下,围压愈大,这种趋势愈明显.

未冻土和高温冻土中桩基承载性能试验研究

以青藏铁路清水河特大桥旱桥桩基为原型,针对围土未冻结、均匀高温冻土中的桩基稳定问题,进行了室内物理模拟试验。研究了未冻土和高温冻土两种条件下桩基承载力的特性,试验得到了高温冻土中的桩基承载力是未冻土中11.6倍的结论,为青藏铁路工程的长期安全稳定评价与预防措施的制定提供了一定的参考依据。

青藏铁路高温冻土区蠕变沉降稳定时间的确定

青藏铁路高温冻土区路基的沉降变形主要来自原天然上限以下冻土的蠕变变形。路基建成后,冻土层受到附加应力的作用而产生蠕变,至今这种变形没有稳定的趋势。通过高温冻土蠕变的结果调整自己的应力,使它能承受来自路基施加的附加应力,以求得青藏铁路高温冻土区蠕变稳定时间。

高温冻土力学特性试验研究

高温冻土在我国广泛分布,土的冻胀性是引起渠道等灌溉系统破坏的重要原因。通过现场取样制备高温冻土样品,开展力学特性测试,分析其单轴抗压强度、抗剪强度和冻胀性随温度的变化规律。研究结果表明:温度越低,高温冻土进入塑性状态后的峰值应力和峰值点应变就越大,且峰值后的应变软化现象越明显;高温冻土的内聚力和内摩擦角均与温度成“指数递增式”减小关系;当含水率小于10%时,高温冻土基本不发生冻胀,而当含水率大于10%时,高温冻土冻胀率与其含水率成“指数递增式”增长关系,与温度成“指数递增式”减小关系。

高温冻土区填土路基的地基融化固结变形分析

高温冻土区填土路基中的地基融化之后,非常容易出现固结变形,影响路基的正常使用。本文首先对高温冻土上限及地温进行了详细的分析,其次对固化固结变形进行了分析,仅供参考借鉴。