季冻区水平和立体加筋土体防冻胀融沉效果研究

冻胀融沉是季节性冻土区建筑物破坏的主要原因,实际应用表明,土工合成材料加筋路基具有良好的抗冻融循环损伤能力,然而不同加筋形式的有益影响尚未被量化。针对四川阿坝地区典型季节性冻土,开展了水平及立体加筋土冻融循环试验及平板载荷试验,研究了冻融循环对加筋土和未加筋土力学性能的影响,对比了水平加筋及立体加筋土的防冻胀融沉效果。研究发现:水平加筋和立体加筋均可一定程度上抑制土体的冻胀融沉,提高冻融循环后土体的承载力,抑制冻融循环的弱化作用。立体加筋加固效果优于水平加筋。经过5次冻融循环后,水平加筋使冻胀隆起和融化沉降分别减少5%,6%,立体加筋使冻胀隆起和融化沉降分别减少4%,17%;水平加筋对冻融循环土体的承载力和刚度分别提高75%,29%,立体加筋对冻融循环土体的承载力和刚度分别提高388%,40%。

光伏支架差异冻胀融沉偏移对光伏组件发电量影响的研究

大庆地区的地质属于严寒地区的季节性冻土,在冬季时光伏支架基础易发生不均匀冻胀抬升,而在春季时,由于气温升高支架基础易产生融沉现象,出现差异冻胀融沉情况,从而导致光伏支架发生偏移,进而改变光伏组件的安装倾角,最终导致光伏组件发电量受到影响。采用光伏支架因土基差异冻胀融沉引起的偏移程度表征光伏组件安装倾角偏移量,利用光伏发电系统设计软件PVsyst 7.2开展光伏组件安装倾角偏移量对其发电量影响的分析。结果表明:光伏组件日发电量随安装倾角变化在不同节气下呈现不同规律,虽然安装倾角的正负偏移不会使各节气时的日发电量最大值出现在初始安装倾角(最佳安装倾角)时,但在初始安装倾角下光伏组件年总发电量仍为最高,安装倾角正偏移使发电量降低幅度更高。以期通过光伏支架及桩基础差异冻胀融沉偏移研究为保障光伏组件使用寿命和光伏电站发电效率提供参考。

下穿地铁车站冻结加固冻胀与融沉控制技术

基于某沿海城市新建地铁车站密贴下穿既有运营地铁车站暗挖通道水泥改良土地层二次冻结加固工程,通过既有地铁车站轨行区的自动化监测系统,分析既有运营车站下方土体冻结后,冻结过程中的冻胀及解冻后冻土消融对既有地铁车站的影响。在冻结前,提前对冻结区域土体进行注浆加固,改善冻土参数,降低冻胀对既有运营车站的影响。在冻结过程中,采取冻结区域止水、对冻土进行取土泄压、调整冻结顺序、调节冻结温度、开启泄压孔进行压力泄压、控制冻结盐水流量和优化开挖方式等措施,有效减缓冻土对现有地铁车站的的影响。在暗挖通道结构施工完毕后,通过填充注浆和融沉注浆2种方式,解决土体冻结消融后既有地铁车站沉降的问题。

黄土的冻胀融沉作用对水利设施的病害分析

季节性冻土区内,黄土的冻胀融沉受多种因素影响,冻结温度引起冻结深度和水盐迁移变化,影响冻胀融沉发生的程度,反复的冻胀融沉作用会对高标准农田灌区水利设施产生不同程度的危害,影响水利设施的正常使用。以陕西省宝鸡市千阳县高崖镇高标准农田灌溉区的黄土为研究对象,利用COMSOL数值仿真模拟软件研究了不同冻结温度状态下黄土冻结深度的变化规律,通过室内冻结试验,分析了冻结温度对水盐迁移及冻胀融沉的影响,探究了多因素条件下黄土的冻胀融沉作用对高标准农田水利设施产生的危害,并提出了相应的防治措施。结果表明:冻结温度降低时,冻结温度梯度增大,水盐迁移量增大;土层冻结深度随冻结温度的降低而加深,即一定温度范围内,冻结温度越低,土层冻结深度越大,冻胀融沉的影响范围越大,土体扰动范围越大,对高标准农田水利设施产生的危害就越大;采取“水盐热隔离法”,可隔离水盐迁移,降低水盐迁移对黄土冻胀融沉的影响,从根本上解决冻胀融沉对水利设施产生的病害。

多年冻土区输油管道工程中的(差异性)融沉和冻胀问题

多年冻土区石油和经济开发不断推动输油管道技术的发展,但是多年冻土区输油管道的(差异性)融沉和冻胀问题仍是关键性难题.寒区管道设计和施工必须考虑沿线的地形和环境条件对冻胀和融沉,以及相应的管道工程基础和结构整体性的影响.阿拉斯加输油管道工程取得成功的原因在于充足的科研投入、讨论和决策时间,以及最终采用的一系列创新设计来保护多年冻土和抑制融沉.这些研究围绕的关键问题是温热油管在多年冻土中的水热效应和差异性融沉和冻胀所导致的管道变形破坏,这些研究对可能出现问题的及早发现、充分理解和正确预测以及最终合理的设计、施工和维护至关重要.罗曼井和格拉线环境温度输油管道在20a左右的运营中,冻胀和融沉都比较显著.准确预测管道和围岩土的冻胀和融沉需要详细的观测研究和模拟试验相结合.在预测的基础上,针对具体问题抑制融沉和冻胀.成功设计、施工和运行寒区输油管道需要科学家、工程师、业界人士和管理部门密切合作.

注浆粉质黏土冻胀融沉特性:以福州地区四号线地铁为例

为深入了解水泥改良粉质黏土的冻胀融沉特性,以福州地区四号线地铁所穿典型土层粉质黏土为例,分析了水泥浆掺量、养护龄期、冻结温度和水灰比4个因素对水泥改良粉质黏土的影响,获得单因素作用下改良土的冻胀融沉规律,确定了改良土的最佳水泥浆掺量为20%,最佳水灰比为0.8,并通过温度监测得出冻胀融沉试验过程中温度场的发展规律。通过SPSS Statistics建立多元线性回归方程,预测水泥改良粉质黏土在多因素综合作用下的冻胀率,分析得出对冻胀率影响程度大小为水泥浆渗入量>养护龄期>冷端温度>水灰比。

季节冻土区纤维改良路基土冻胀融沉特性研究

为研究冻融循环下纤维改良路基土含水率、纤维掺量对土体冻胀融沉特性的影响规律,通过开展室内单向冻融试验,测得不同含水率、纤维掺量下路基土的冻融特性,获得水分场变化、冻胀率、融沉系数、冻融全过程温度场以及结冰温度变化规律。结果表明,1)试样单向冻融过程中,随着深度的增加水相变程度越来越小,且冻融结束后各位置含水率不一致。不同初始含水率下的土样经历冻融循环后其水分重分布比较明显,不同纤维掺量的土样经历冻融循环后其水分分布基本相似。随着纤维掺量的增加,其水分迁移程度减小;2)8%~16%含水率范围内,其冻结竖向位移最大达到1.19 mm,其融化竖向位移最大达到2.56 mm,达到12%含水率时其冻胀率和融沉系数基本趋于稳定。在0%~0.5%纤维掺量范围内,其冻结竖向位移最大达到1.10 mm,其融化竖向位移最大达到2.85 mm;3)随着纤维掺量的增加其相变潜热越明显,土体结冰温度先降低后上升,在纤维掺量为0.3%时其结冰温度最低为-1.95℃,且达到结冰温度时间最长为14.1 min。研究成果可以为西部粉砂土分布地区铁路及工程建设提供参考。

岛状多年冻土区水泥改良粗粒料冻胀融沉特性

以铁力-伊春新建高速铁路工程为研究对象,采用室内冻胀融沉试验,研究冻结温度、水泥改良剂掺量和补水条件对岛状多年冻土区路基填料冻胀融沉的影响。研究结果表明:水泥改良填料对控制冻胀融沉有显著作用;补水工况下,试验冻胀率更大;冻结温度越低,冻胀率越大;在冻结温度与融化温度不变情况下,补水方式对试样融沉率影响不明显。初步获得了岛状多年冻土区高铁路基填料冻胀融沉规律,研究结论对穿越岛状多年冻土区的高铁建设有一定参考意义。

补水荷载条件下饱和粉质黏土冻胀融沉变形研究

针对地铁隧道人工冻结法施工过程中土层冻胀融沉变形控制难题,以上海地区典型重塑饱和粉质黏土为研究对象,开展了有无补水(无荷载)、不同荷载(补水)以及不同融沉方式下土体的冻胀融沉试验。试验结果表明:(1)在相同的冷端温度和温度梯度下,补水条件致使冻结锋面稳定时所需的时间比不补水条件长;(2)随着竖向荷载的增加,冻结锋面高度与冻结时间、冻结锋面平均移动速率之间的关系均为一阶衰减指数函数;(3)随着竖向荷载的增加,土体的冻胀变形、补水量和最终融沉量均减小,说明荷载抑制土体冻胀的同时也抑制土体融沉;(4)相同荷载条件下,土体经冻融后,在卸载融沉方式下发生膨胀,而在加载融沉方式下发生沉降,且沉降量随着荷载的增加而增大。

石太客专路基冻胀融沉特性试验与冻害控制措施

为减少路基冻胀和融沉对石太客专的影响,对石太客专路基砂卵石地层冻胀融沉特性开展试验研究。试样取自石太客专路基,测定试样在不同干密度(1.91 g/cm^(3),2.05 g/cm^(3),2.15 g/cm^(3))条件下,饱水砂卵石在开放系统和封闭系统条件下的温度场、冻胀量和融沉量。试验结果表明,砂卵石土冻胀力、冻胀量和融沉量随干密度的增大而减小,冻胀融沉后的砂卵石试样不会回到初始状态;封闭系统中砂卵石试样冻结达到稳态的时间大于开放系统,干密度愈小,砂卵石试样冻结达到稳定的时间愈长。根据石太客专路基砂卵石地层冻胀和融沉特性,采取疏通排水、注盐、增加外保温层、路基注入高分子材料等预防措施,保障石太客专的安全运营。

高海拔季节性冻土路基预防冻胀融沉施工方法——以甘肃S232项目为例

为解决高海拔季节性冻土冻胀融沉问题,文章以甘肃S232项目为例,通过对路基填料、路基排水方式的研究,形成了一套成熟的高海拔季节性冻土路基预防冻胀融沉施工方法。详细介绍了高海拔季节性冻土路基预防冻胀融沉施工工艺原理、流程以及施工要点,实践证明,该施工方法切实解决了季节性冻土路基预防冻胀融沉问题,能保证高海拔季节性路基施工质量,在降低质量风险的同时加快了施工进度,值得推广应用。

人工水平冻结法施工隧道冻胀与融沉效应模型试验研究

人工冻结工法作为土木工程特殊施工技术,在富含水软弱地层工程施工中有着显著的优点,但是此工法对地下管线、地面建筑物以及对冻结壁稳定性和可靠性的影响不容忽视。本文以广州地铁3号线某隧道水平冻结施工工程为原型,根据相似准则,建立集温度场、湿度场和力学场于一体的大型物理试验模型。通过模拟开挖过程,研究人工水平冻结法施工冻结壁形成规律、冻胀与融沉效应问题。模拟试验数据分析表明,水平冻结法施工可在隧道周围快速形成闭环冻结壁,有效保证一次支护前隧道围岩的稳定性;在施工中宜采用快速冻结或间歇冻结,有效控制积极冻结时间和冻结壁厚度,减少因水分迁移造成的冻胀位移量;浅埋暗挖隧道引起了明显的地表下沉位移;解冻过程中地表融沉位移较大,对环境影响较大。

粉砂土反复冻胀融沉特性试验研究

针对深季节冻土区的特殊环境,通过室内试验研究了粉砂土在不同初始含水率、干密度、荷载、冻融次数条件下的反复冻胀、融沉特性。研究结果表明:粉砂土的冻结温度为-1.03°C;其冻胀融沉变形随冻融次数的增加呈现波浪式起伏变化,并最终趋于稳定状态;经历多次冻融后,干密度较大试样整体表现为膨胀,干密度较小试样整体表现为压密;上部荷载在抑制冻胀的同时加大了试样的整体融沉变形,却降低了每次冻融的冻胀率和融沉系数;存在一个最优初始含水率,该含水率条件下,试样经历多次冻融后的高度不发生变化;由于外界水源的补给,冻融后试样内部含水率均大于初始含水率;干密度和顶端荷载的增大均有效地抑制了外界水源的补给;4次冻融循环后,粉砂土的冻胀率、融沉系数均逐渐趋于稳定。

非饱和黏土的冻胀融沉过程分析

通过非饱和黏土的冻胀融沉试验,分析了非饱和黏土在不同含水率(饱和度)和密度情况下冻胀融沉变化特征,探讨了非饱和状态下不同含水率对热传导的影响规律,重点研究了冻胀过程中冻结锋面的移动规律。在一定冻结条件下,冻结锋面移动速度与干密度和含水率有关,尤其是含水率对冻结锋面移动速度产生较大的影响。含水率越大,冻结锋面移动越快。根据该非饱和冻土的试验与分析,旨在为理论研究与工程应用提供参考。

冻融循环作用下土工袋冻胀量和融沉量试验

为研究季节性冻土地区冻融循环作用下土工袋防冻融、冻胀效果,对不同冻融循环作用下土工袋和土进行了室内模型试验,在开放系统和封闭系统中分别研究了土工袋和土冻胀量、融沉量之间关系,试验结果表明,经历4次冻融循环作用后,封闭系统中土工袋冻胀量、融沉量分别小于土的冻胀量、融沉量;开放系统中土的冻胀量为土工袋冻胀量的1.9倍,土的融沉量为土工袋融沉量的2.2倍,开放系统中地下水对土工袋的补给量远小于土的补给量,试验验证了土工袋可以有效防止渠道及建筑物基础冻融、冻胀破坏,可为渠道防冻胀提供理论基础。

宁夏饱和黄土的冻胀融沉特性

结合宁夏当地气候和黄土的区域特点,以初始干密度、冻融循环次数为因素,研究了宁夏饱和黄土在不同补水条件下的冻胀和融沉特性,分析作用规律和机理,建立了冻胀率、融陷系数与冻融循环次数和初始干密度的关系模型,为黄土地区的工程冻害防治提供理论和技术支撑。试验结果表明:宁夏饱和黄土的冻胀性大,有外界补水时冻胀率高达14.0%;无外界补水时冻胀率也在4.0%以上。冻胀率随初始干密度变化的规律与补水条件和冻融循环次数有关;有外界补水时,试样的融沉系数大,但随冻融循环次数的变化小,融沉系数随冻融循环次数的变化规律与初始干密度有关。冻融变形达到稳定时的冻融循环次数多,有外界补水时更多;建立的冻胀率、融沉系数关系模型预测结果准确,可信。

冻融循环条件下罗布泊天然盐渍土的盐胀融沉规律研究

以罗布泊湖积平原区的盐渍土为研究对象,分别从影响盐渍土冻胀和融沉的各因素、冻融循环次数、干密度和含水率等方面进行试验研究。结果表明:不同含水率、不同干密度的土样经多次冻融循环作用后,土样的盐冻胀量随冻融循环次数的增加而递增;含水率相同而干密度不同的土样,其盐—冻胀率相差不大,含水率为影响盐—冻胀率的主要因素。

冻融循环下含砂粉土冻胀率和融沉系数的试验研究

以青藏高原东部共(和)—玉(树)高速公路玛多段地基的含砂粉土为研究对象,对含砂粉土在多因素(含水率、压实度、荷载)作用下的冻胀率及融沉系数的变化特征展开研究。在封闭系统条件下开展了三向冻融试验,总结了土样冻胀率及融沉系数的变化规律;结合麦夸特法及全局优化法进行了优化计算,建立了预测稳定冻胀率和稳定融沉系数的计算模型。研究结果表明:冻胀率和融沉系数随荷载的增加、压实度的降低、含水量的增加而增加,随冻融次数的增加先增大后减小最后趋于稳定;建立的稳定冻胀率和稳定融沉系数预测模型有较好的拟合效果,因此可用此模型对含砂粉土的稳定冻胀率和稳定融沉系数开展预报。

冻土冻胀融沉的研究进展

论述了冻土冻胀、融沉研究的现状 ,总结了当前冻胀融沉机理、数值预报模型和防冻害措施的研究成果 ,探讨了目前冻土冻胀、融沉研究存在的不足之处 ,并对今后的研究方向进行了展望。指出应对冻胀水、热、力、位移的耦合作用进行理论和试验研究 ,建立更合理有效的冻胀、融沉预报模型 ,开发预报冻胀、融沉的软件 。

锥形桩改良土体冻胀性和融沉性研究

锥形桩外形合理，集摩擦桩和端承桩两者的优点，使单位体积承载力提高０５～２５倍，基础工程造价降低４０％～６０％；锥形桩还减小土体冻胀性和融沉性，有利于基础的抗拔及稳定。其锥角以５°～１５°之间较合理，地基土冻胀性高时采用大锥角桩，冻胀性低时采用小锥角桩。