青藏粉土-玻璃钢接触面力学特性直剪试验研究

青藏直流±400 kV输变电工程中采用表面光滑的玻璃钢覆盖基础表面,以减少切向冻胀力对基础的冻拔作用。过去的研究鲜有涉及土体特别是冻土与玻璃钢基础接触面的力学特性,为指导冻土区基础设计和安全评价,采用应变直剪仪开展了多种含水率和温度条件下青藏粉土-玻璃钢接触面直剪试验研究。结果表明,青藏粉土-玻璃钢接触面屈服时相应剪切位移很小,应变硬化阶段短暂或不显著;冻结状态下接触面应力-位移性状呈脆性破坏型,存在明显峰值;融化状态时接触面的剪应力-位移性状呈塑性破坏型,其应力-位移关系曲线为弱软化型和屈服型,没有明显峰值;融化状态时接触面抗剪强度值随含水率的增加而缓慢减小,冻结状态时其强度随负温绝对值和含水率的增加而增大,且随着土体含水率的增大,温度降低导致接触面抗剪强度增强效果更加显著,土体含水率大于19%后抗剪强度趋于稳定;温度对抗剪强度的影响主要体现于黏聚力的改变,且随着含水率的增加,温度影响增强。接触面内摩擦角随负温绝对值增加而减小,随含水率的增加而减小。

青藏直流输变电工程基础冻结强度试验研究

土与基础接触面间的冻结强度是评价冻土区基础工程抗拔性能,分析构筑物与冻土相互作用的基础和关键。通过不同含水率和不同温度青藏粉土与混凝土接触面的直剪试验,研究了冻结强度变化规律。结果表明,温度、含水率和法向应力均对冻结强度和冻结强度恢复有显著的影响。冻土沿接触面的剪切滑移会导致冻结强度损失,冰胶结能力的破坏导致接触面黏聚力减小,表面粗糙程度的增加导致内摩擦角增大,内摩擦角增加对冻结强度增加的贡献远远小于黏聚力减小导致的冻结强度降低。由于含水率、温度和法向应力对冻结强度有显著的影响,冻结强度对于评估基础所受的切向冻胀力以及评价基础的冻拔安全性具有重要的意义。但是,现行规范中冻土区基础切向冻胀力设计值主要依据土体冻胀敏感性确定,并未考虑含水率、温度和法向应力的影响,可能导致切向冻胀力设计值与基础实际受到的冻胀力存在较大的差异,引起基础冻胀失稳或经济浪费。

青藏冻结粉土与混凝土基础接触面本构关系研究

土冻结过程中,冰胶结作用使周围土体颗粒与建(构)筑物基础联成一体,这种胶结力称为土与基础间的冻结强度,通常采用冻土沿物体(例如基础材料)表面的剪切强度来度量。因而,冻土与基础接触面的应力-应变关系及其强度特征是确定冻土区基础工程承载力、抗拔性能和分析构筑物与冻土相互作用的基础和关键。为了更好地服务于工程实际,通过大量的冻结粉土与混凝土基础接触面剪切试验,总结了冻土接触面的基本力学特征和受力变形规律。根据获取的剪应力-位移曲线和冻结粉土接触面强度变化规律,利用标准本构模型建模方法,建立了冻结粉土接触面应力-位移-温度本构方程。该模型可以较好地描述不同温度冻结粉土接触面应力-位移变化规律,并为冻土区构筑物受力和变形数值计算提供基础。

能源地下连续墙的热力学行为模型试验研究

鉴于目前国内外针对能源地下连续墙的热力学行为的研究较少,开展了能源地下连续墙的室内模型试验研究。为了研究不同换热工况以及约束条件对墙体以及墙土接触面热力学行为的影响,设计了三组对照试验。通过对试验过程中读取的温度、应力、应变数据进行分析,探索了地下连续墙在换热过程中的温度场、墙体内的垂向应变以及接触面法向应力的变化规律。对比研究了不同工况下墙内轴向应变以及墙土接触面法向应力数据的差异性,揭示了温升变化和约束变化对这些参数的影响机制以及重要程度。

考虑特殊地层的分层热响应测试及模拟分析

目前地源热泵系统开发利用过程中的钻孔深度设计多依靠经验而缺乏定量的科学分析,且大都没有考虑某些影响换热的关键地层。鉴于此,该文以徐州覆盖型岩溶区为例,采用分层热响应测试的方法找出影响该地区钻孔换热的关键地层,并根据分层热物性参数开展数值模拟工作,研究不同钻孔深度对地埋管换热性能的影响。结果发现,并不是钻孔越深地埋管系统换热性能越好,有必要对存在关键地层的地区进行钻孔深度的优化设计,以降低成本。

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 k V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.

地质结构分层中地埋管换热特性研究

依托徐州某工程场地,分析分层地质结构体中地埋管的换热特征,提出应考虑地层结构指导地埋管埋深,并研究进水温度、循环水流速、运行方式与分层换热量的变化规律。结果表明,地层分层研究在分析钻井埋管深度设计方面具有优势,换热性能好的地层受循环介质温度、流速的影响变化最为显著;间歇性运行能有效提高地层换热量,换热性能好的地层增益效果佳。

基于双孔隙模型的压实膨润土导热系数演化规律与响应机制

深入了解压实膨润土导热系数的变化规律是核废料处置库安全设计的重要议题,已有压实膨润土导热系数的研究还停留在宏观唯象学描述上,缺乏细观层面上的深入分析,无法从本质上反映压实膨润土导热系数变化的内在机理。基于双孔隙模型,本文对压实作用下膨润土导热系数的变化规律及内在机理进行了模拟研究,模拟中重点考虑了压实过程中双孔隙结构的差异化响应特征对膨润土整体导热系数以及细观热流传输过程的影响。结果表明,压实膨润土的导热系数随干密度的增加近似呈线性增大趋势。通过对压实前后细观热流传输特征进行比较,发现双孔隙结构的差异化响应导致压实膨润土内细观热流传输的局部性特征更加显著。一方面,团聚体内孔隙对压实作用不敏感,因而团聚体内的热流传输特征基本不变;另一方面,团聚体间大孔隙的强烈压缩导致团聚体间桥接区域明显增宽,流经该区的热通量明显增加。由此可见,压实过程中膨润土导热性能提高的机制是团聚体间接触程度的强化。

考虑路面防结冰的城市隧道路面下热管敷设方案研究

针对利用隧道结构提取浅层地热能用以路面防结冰的系统,基于隧道敞开段结构特点提出隧道下路面埋管的总体敷设方案。在总体方案的基础上,通过建立道路下埋管数值模型,分析了路面埋管总体换热特点,以及埋管间距对路面埋管换热性能的影响。结果表明:(1)路面下换热管宜敷设在混凝土铺装层中,并采用单U型平行坡面布设;(2)在一定范围内,相邻U型管间距是影响路面埋管防结冰系统效果的主要因素,进出水口间距变化对埋管防结冰系统运行效果影响并不明显。最后分析得到了该研究依托工程最佳性价比的埋管敷设方案,给类似工程应用提供了思路。

基于能源桩的城市隧道路面融雪防结冰技术探究

为解决传统融雪除冰方式效率低、后处理、融雪不彻底甚至存在污染的难点,研究地下工程浅层地热利用技术,提出利用隧道桩提取浅层地热能进行路面防结冰的系统原理及运行理论。结合清凉门隧道工程进行城市隧道地热防结冰系统的设计,通过数值模拟分析系统换热性能、路面下埋管的力学特性以及系统运行效果。结果表明:1)利用隧道桩埋管换热能够满足隧道敞开段路面冬季的防结冰需求;2)在换热管下部采取相应的隔温措施,能够有效地降低路面下的拉压应力,同时还能够降低热量向路基下方的热损失,提高能源利用效率;3)在南京地区,相比于碳纤维电缆加热法防结冰技术,城市隧道桩基础地热防结冰技术每年能够节省约60%的运营电费,节能效果显著。