水泥预加固-人工冻结联合工法加固地层冻胀特性

以广州地铁十四号线一个联络通道冻结工程为背景,采用联合工法施工,通过有限元软件建立联络通道冻胀位移场三维数值模型,研究了盐水温度和水泥掺量对土体冻胀位移的影响,并计算不同冻结壁厚度下地表冻胀位移量以及联络通道开挖土体的塑性区域,在满足施工安全的前提下,进一步对冻结壁设计参数进行优化,以减小土体冻胀位移。结果表明:采用水泥预加固-人工冻结联合工法施工,当水泥掺量设定为12%,盐水温度控制在-31~-25℃时,积极冻结末期,地表冻胀位移能够满足工程监测要求;水泥掺量设定为12%,冻结壁厚度设定在1.8 m,盐水温度控制在-31℃。可见相对于原施工方案,采用联合工法施工,积极冻结末期地表冻胀量减小了73%。

人工冻结联络通道冻胀三维扩展规律模型试验研究

为解决人工冻结联络通道冻土冻胀引发管片结构安全难题,采用相似模拟试验方法,对人工冻结过程中冻土三维冻胀特性进行了模型试验研究,得出以下结论:①冻胀引发地表及地表下20、40、60mm上覆土体曲线呈现冻结壁上部位置变形较大、边界位置变形较小的趋势,冻胀引发地表抬升曲线呈现高斯分布特征;②管片变形大致分为小变形-大变形-小变形3个阶段;③冻结壁径向扩展体积与轴向扩展体积比为15∶1,冻结壁径向扩展厚度与轴向扩展厚度比为1.1∶1。研究结果对不同约束下的人工冻土三维扩展规律进行了初步探索。

卸压孔设置对冻结暗挖隧道冻胀卸荷影响研究

冻结法暗挖隧道施工中,冻胀常导致土体和隧道等发生大变形,给地铁隧道和周边环境以及建(构)筑物带来不利影响。以福州市滨海软土地层冻结暗挖隧道工程为例,通过对原型工程建模和非线性分析,综合实测数据及工程情况,分析冻胀变形分布规律和设置卸压孔前后冻结暗挖隧道的位移变化特点。研究结果表明:人工冻结加固技术结合卸压孔应用,对土体冻胀力的释放和冻胀变形的控制效果较好,与没有设置卸压孔时的地层相比,卸压孔在冻土帷幕冻结交圈形成后,为土体冻胀提供自由变形空间,降低了土体的冻胀位移和冻胀应力;冻结期末2个冻结暗挖隧道中心点纵向剖面处冻胀位移最大值由28.88 mm降至16.75 mm,冻胀应力最大值由335 kPa降至265 kPa,卸压作用效果明显。研究结果可为人工冻结暗挖隧道工程提供借鉴和参考。

高流速卵石地层地铁联络通道人工冻结温度场研究

地铁联络通道的开挖经常受到地下水干扰,人工地层冻结法凭借其优秀的封水性和适应性成为富水地层联络通道施工的首选工法。依托北京地铁12号线苏州桥站~人民大学站区间1#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发展规律,分析冻结帷幕的交圈特征,确定高流速地层冻结壁薄弱位置。结果表明:盐水去回路温度在冻结初期迅速下降,而后降速减缓并最终稳定在-28℃以下;测温孔中土体与管片交界处的温度高于土体内部,渗流上游冻结壁温度高于下游,这些区域应当重点监测;冻结至59 d时,利用基于实际降温速率的分阶段冻结壁厚度计算方法求得不同截面位置处的冻结壁最小厚度为2495.2 mm,同时泄压孔压力已全部释放并保持稳定,冻结壁不再发展,满足联络通道开挖要求。研究成果能为高流速地层的人工冻结参数选取和监测提供理论支持。

寒旱区湿陷性土地基渠道衬砌结构改造的数值模拟研究

寒旱区输水渠道防渗衬砌结构极易发生冻胀破坏而影响灌区供水安全和稳定运行。为提高湿陷性黄土地基渠道的抗冻胀性能,以宁夏固海扬水灌区衬砌渠道为例,通过分析原型渠道冻胀破坏特征,基于提高防渗体抗冻胀变形能力的思路,提出了三种不同边坡系数、断面结构形式和边坡筑构材料的防渗结构优化方案,并应用ABAQUS软件,分别计算分析了不同方案的衬砌结构受热力耦合作用下的冻胀变形特征与受力状态。结果表明,在湿陷性黄土地区,弧底梯形渠道的抗冻胀性能普遍优于梯形断面渠道;在渠道防渗衬砌体基土之间加设一定厚度的水泥砂浆垫层,能有效减弱衬砌结构在冻胀作用下的应力集中现象;适当减小渠道边坡系数能有效减少渠道内的冻胀应力峰值;在三种衬砌改造结构中,其峰值应力减幅分别为70.49%、63.36%、27.68%,最大冻胀量降低率分别为7.70%、5.05%、-2.82%,选取边坡系数为1∶1.75的弧底梯形断面型式,并在混凝土防渗面板与基土间设置水泥砂浆垫层时,其抗冻胀效果最佳,可在同类地区推广应用。该研究结果为跨越湿陷性黄土地基的灌区渠道结构改造提供参考,也可为同类地区渠道的防冻胀设计提供依据。

医院液氧空温汽化器除霜系统的设计探讨

目的:液态空温汽化器转变为气态的过程中会大量吸收热量,为避免汽化器表面结冰时液态氧气化速率的不利影响,特研制出一种智能型除霜装置。方法:利用医院液氧站值班室的空调为空温汽化器除霜、抑制冰霜生成,通过反复循环制冷和加热的方式,将汽化器表面的霜冰层融化,并将水排出,保证最不利工况下汽化器的全天候正常运行。结果:只要肋片出口端外表面结霜厚度达到7 mm以上,汽化器出口温度就不能保证。若环境温度控制在10℃,即可解决空温汽化器全天候运行的结霜问题。结论:利用液氧站值班室的空调为空温汽化器除霜、抑制冰霜生成是可行的,是解决已投入使用的液氧站空温汽化器冬季结霜、冰比较严重的有效办法。

水泥稳定建筑垃圾再生集料基层路用性能研究

为研究水泥稳定建筑垃圾再生集料路面基层适宜的材料配合比,开展建筑垃圾再生集料基本技术性能试验,采用2种成型方式、4种水泥掺量、5种砖骨料掺配比例进行路用性能试验。结果表明:再生集料的压碎值随混凝土骨料含量的提高线性降低;振动压实法试件的无侧限抗压强度为重型击实法的1.5倍以上;再生集料基层的无侧限抗压强度和劈裂强度随水泥掺量的提高线性增长,随砖骨料含量的提高线性下降;水泥掺量和砖骨料含量对无侧限抗压强度影响较大、对劈裂强度影响相对较小,但水泥掺量的影响相对砖骨料更显著;随砖骨料含量的增加,再生集料基层的失水率增加,但其干缩系数降低,抗冻性能降低,骨架密实型结构的抗冻性能优于悬浮密实型结构。

盐冻环境下混凝土抗盐冻性能研究

在雨雪侵蚀和冰冻作用下,北方地区水工结构常常会出现盐冻破坏问题,对水工结构的抗渗耐久性和长效稳定运行等带来严重影响。为降低盐冻破坏程度,文章以浑河流域某公路桥梁工程为例,试验探究了矿渣粉、硅灰、粉煤灰对水工混凝土抗盐冻性能的影响,并利用SEM扫描电镜深入分析气泡特征对抗盐冻性能的作用机理。结果表明:在水工混凝土中引入独立均匀分布的密闭气泡能够明显增强其抗盐冻能力,水胶比较大时,抗盐冻能力主要受气泡结构的影响,加入引气剂生成良好的气泡结构可以有效改善抗盐冻性能;水胶比<0.32时,气泡结构特征的影响作用下降,该条件下不掺入引气剂能够保持较高的抗盐冻水平,实际工程中应考虑不同部位及强度要求选择合适的配合比。

沧州地区春霜冻特征及短期预报方法的研究

为提早做出春霜冻预判以减少对农作物的危害,利用2016-2023年沧州市春季气象资料,采用皮尔逊相关系数、TS评分等方法,对沧州市春霜冻特征和预报指标进行了统计分析及检验。结果表明,沧州市春霜冻发生在3月至4月,结束日期主要在3月下旬-4月上旬,多发生在晴朗、软风、低湿的天气背景下,空间上呈西多东少的特征。以单因素最低气温判定春霜冻是否发生时,多年平均差值(最低气温与最低地温)并非是最优指标,大多数气象观测站表现为前者低于后者。在日最低气温相同的情况下,天气状况和湿度是影响霜冻形成的关键因素,天气越晴好,湿度越小,越容易形成霜冻。加入天气状况和湿度因素后,以最优指标预报春霜冻时全区TS较单因素时提高了7%左右。检验证明,根据最低气温、天气状况、湿度,采用最优指标查表法预报春霜冻的预报效果更好,比普通查表法更适合应用在沧州市春霜冻预报中。

砂卵石地层冻结施工冻胀效应及其对既有隧道的影响分析

人工地层冻结法的实施会引起地层的冻胀,为了探究富水砂卵石地层冻胀特性及其对既有结构的扰动,首先阐述了土体冻胀的本质和温度与结构应力应变之间的关系,并依托洛阳轨道交通1号线塔湾站-史家湾站区间联络通道工程建立三维热力耦合数值模型,对砂卵石地层冻结期间的地层冻胀变化和既有隧道变形受力进行了数值计算分析。结果表明:冻结管降温使得冻结管周围地层中的水分冻结,土体体积膨胀,进而使联络通道设计位置上方地表出现隆起,且距联络通道中心的水平距离越近,隆起变形值就越大。地层的冻胀对既有双线隧道造成扰动,隧道结构变形主要表现为拱顶隆起、拱底下沉、靠近联络通道一侧的拱腰向隧道内侧产生横向变形,同时联络通道设计开口位置附近的管片结构出现应力集中现象。在整个冻结过程中,冻结前期设计加固区域地层的降温速率和低温扩散速率较快,地层冻胀效应变化显著,而到冻结后期受冻结范围影响地层冻胀变形和既有隧道变形的增幅均有所减小。

多年冻土地基单桩冻拔效应的计算方法与分析

为研究多年冻土地基冻结过程中桩基础的冻拔效应,基于桩周土的冻胀变形及桩土之间的变形协调关系,结合剪切位移法构建了一种考虑桩土界面相对滑移效应的单桩冻拔荷载传递的理论模型.采用有限差分法,通过MATLAB编程对桩基受力微分方程求解,获得了冻拔力的发展规律,并采用现场试验与有限元数值模拟验证了模型的合理性.接着分析了冻胀率、桩土界面本构参数及桩长对桩基冻拔响应的影响.研究表明:冻结过程桩身轴力逐渐增大,冻深附近出现轴力峰值,部分桩土界面会产生滑移;冻至最大冻深2.3 m时桩身轴力达到最大值690.3 kN,滑移段长度约为0.65倍冻深;冻拔力随土体冻胀率的增大并非呈线性增大,主要受桩土界面峰值剪切强度与残余强度的影响;桩长越长,抗冻拔效果越好.

考虑含水条件的渠基土冻胀特性试验研究

水是促使土体发生冻胀破坏的关键因素,而渠道作为农业灌溉主要的输水载体,受季冻区环境威胁极易发生冻胀破坏。为了系统地研究水分对渠基土冻胀特性的影响,选取松干渠道典型土为研究对象,考虑不同的补水方式,探讨了不同含水率对渠基土冻胀特性的影响,给出了温度场、水分场和冻胀量的变化规律,对比分析两种补水方式的冻胀差异性,构建了关于含水率与补水方式的冻胀预测方程。结果表明:无论何种补水方式,冻胀量与初始含水率均成正比;同等条件下,开放系统的冻胀变形较封闭系统更明显,二者之间的比值为2~22,比值随着含水率的增大逐渐减小。研究成果可为渠基土冻胀防治提供参考。

人工冻土冻胀引发地面变形规律及影响范围探究

采用随机介质理论和模型试验方法,基于现场测试数据和文献发表数据,分析了人工冻土冻胀引发地面变形规律和冻胀影响范围。结果表明:(1)随机介质理论计算结果表明人工冻土冻胀引发地面变形曲线是一条高斯型二重积分曲线;(2)物理模型试验得出地面抬升曲线规律与高斯分布拟合度较高,试验地面抬升曲线的高斯分布拟合系数为0.97747,工程实测数据的高斯分布拟合系数为0.94932~0.99553,对文献数据拟合得出拟合系数位于0.95441~0.98344;(3)冻结引发地面变形范围为8~10倍冻胀丘宽度。冻结壁为对称结构或拟对称结构时,冻胀引发地面变形曲线可以采用高斯分布进行拟合。该结论可以为人工冻土冻胀引发上部地面变形量计算及影响范围提供设计参考。

60 m级超长联络通道冻结法施工与实测分析

为全面掌握60 m级超长联络通道冻结温度场、冻胀融沉变形规律,为今后类似工程积累经验,对福州地铁2号线紫阳站—五里亭站区间66 m超长联络通道冻结法施工过程进行温度和变形实测,分析了该超长联络通道施工工艺、冻结温度和地层变形规律,总结了其有别于常规联络通道的特点。结果表明:与常规联络通道相比,超长联络通道在结构设计、冻结方案、施工工艺等方面需进行一系列优化与改进,保证冻结施工顺利完成的同时也兼顾经济性;冻结降温过程中,冻结向内侧发展速率是向外发展的1.75倍;淤泥夹砂地层在斜交冻结管处测点与常规联络通道测点规律有所区别;冻结管搭接区域测点温度低于非搭接区域;由于冻土体量更大,地表隆起与沉降量比常规联络通道更大,影响范围更广,同一断面测点距离隧道中线距离越小,位移越大;当测点超过隧道中线20 m后,冻胀融沉量较小;中线处D5-4测点冻胀量和融沉量分别是距中线20 m处D5-1测点的2.8倍和2.3倍;各断面最大冻胀融沉量出现在隧道中线处,并沿联络通道中线分布;由于联络通道端头断面冻土体量大,其冻胀量和融沉量分别是中线处的1.6倍和1.7倍,有别于常规联络通道。

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。

基于正交试验的EPS轻型混凝土配合比设计及性能研究

保温性能和抗冻性能对衡量功能一体化材料耐久性,以及促进绿色节能、减排具有重要影响。借助正交试验方法,以聚苯乙烯(EPS)掺量、水胶比、聚甲醛(POM)纤维掺量为影响因素,开展EPS轻型混凝土的力学性能、保温性能及抗冻性能试验,并对试验结果进行极差分析和AHP-CRITIC混合加权分析,得到综合性能最佳的EPS轻型混凝土基础配合比。结果表明:EPS掺量对EPS轻型混凝土力学性能影响最大,POM纤维能显著提高EPS轻型混凝土的抗拉强度,水胶比对EPS轻型混凝土力学性能影响最小;当EPS掺量为35%(体积分数)、POM纤维掺量为0.9%(质量分数)、水胶比为0.21时,EPS轻型混凝土的力学性能最优;在冻融循环下,EPS轻型混凝土冻融损伤满足二参数Weibull分布模型,该模型能较好地反映EPS轻型混凝土冻融损伤变化规律。

冷库除霜方法和除霜控制方法研究综述

针对冷库制冷系统中常用的几种除霜方法和除霜控制方法的原理和特点进行了介绍。结合国内外研究着重分析了几种冷库除霜控制方法的控制原理和特点,并通过控制依据和输入参数的不同将其分为常规除霜控制法,霜层特征控制除霜法和智能控制除霜法。之后详细介绍了由霜层特征判断除霜过程起止点的方法和使用模糊控制及智能算法的智能除霜控制法的控制依据,特点和局限性。最后分析总结了冷库除霜方法和除霜控制方法的不足之处与改进方向。

冻结岩体裂隙冻胀扩展的相场法模拟

寒区岩体冻结时,裂隙水相变成冰体积膨胀,冰-岩相互作用常引起裂隙冻胀扩展。为探索冻结岩体裂隙冻胀扩展的模拟和预测方法并深入认识不同条件下裂隙冻胀扩展规律,引入以弥散化标量场表征裂隙的相场法描述裂隙冻胀扩展,利用等效热膨胀系数法施加裂隙冰相变膨胀,在COMSOL Multiphysics软件平台实现对岩体裂隙冰-岩相互作用力学场控制方程和裂隙冻胀扩展相场演化控制方程的求解。基于冻结岩体冻胀扩展试验,对多种工况下裂隙冻胀扩展进行相场法模拟。模拟所得不同倾角、外荷载作用下单裂隙冻胀扩展,及不同岩桥倾角、裂隙夹角工况时双裂隙冻胀扩展均与试验获得裂隙冻胀扩展形态接近,说明文中建立的相场法模型能够较准确地模拟预测冻结岩体的裂隙冻胀扩展。受外荷载作用时,单裂隙冻胀扩展向荷载作用方向偏转。对不同岩桥倾角的双裂隙,因裂隙之间相互作用,裂隙内尖端冻胀扩展总是向另一条裂隙方向偏转,裂隙外尖端则产生共面冻胀扩展。对不同夹角的双裂隙,平行双裂隙会形成两条独立呈“蝶状”的冻胀扩展裂隙,而具有倾斜交角的双裂隙会形成交于一点的辐射状冻胀扩展裂隙。

人工冻结隧道密贴下穿结构冻胀位移计算方法探究

冻结法是富水软土地层新建隧道下穿上部结构的重要方法,其中冻土与结构密贴穿越工程是冻结下穿工程中风险最高、难度最大的工况之一。基于上海轨道交通新建18号线下穿已运营10号线国权路地铁车站工程,采用极限拉应变法思路计算密贴穿越过程中上覆结构冻胀抬升变形,推导了水平冻结密贴施工引起上部结构冻胀位移的计算公式,将上覆地层土体变形看作刚度为土体刚度的“结构”变形。进行了冻结密贴相似模拟试验,得出上海地区⑧4灰色粉质黏土中冻结壁外锋面扩展系数A=165。工程采用分段控制冻结、错峰控制冻结、取土泄压等多种冻胀控制方法,施工过程中车站底板实际抬升位移为15.0mm,公式计算车站冻胀抬升为42.7mm,相似模拟试验抬升位移值为30.0mm,公式计算值为保守值。研究成果将为冻结密贴下穿工程建设提供数据参考和理论支撑。

季冻区高速公路路基冻胀规律数值分析

在西北的季节性冻土区,盐渍土的冻胀对路基稳定及安全性的影响较为严重。选取柳敦高速冻害较严重区段的左幅道路为研究对象,通过现场监测和数值分析,对该路段地基冻胀特性及其对路基变形的影响进行了研究。建立有限元模型对地基与路基相互作用的温度场、水分场、盐分场以及变形场的综合效应进行分析。