模拟人工冻结凿井状态下冻土强度特性研究

通过模拟人工冻结凿井中冻土冻结、受力的实际过程 ,对已冻结试样进行不同温度、不同初始围压状态下的减载试验研究 .结果表明 :温度和土层深度是影响深部冻土破坏强度和破坏应变的主要因素 ,当温度不变时 ,破坏强度和破坏应变随初始围压呈线性关系变化 .破坏强度受温度的影响取决于初始围压 ,在低初始围压状态下 ,冻土的破坏强度受温度变化影响不明显 ,但随着初始围压增大即土层深度加深 ,破坏强度受温度的影响也逐渐明显 .破坏应变随温度的降低而逐渐减小 ,且呈双曲线形变化 ,但当温度低于 - 7℃时 。

高围压下冻土强度弱化的机理分析

围压作用下，影响冻结砂土强度弱化的主要原因是孔隙冰的压融、矿物颗粒细化和微裂隙的发育；影响冻结粉质粘土强度弱化的主要原因是孔隙冰的压融和微裂隙的发育．这些过程不是独立存在的，而是共同影响。共同作用。

基于神经网络的声波法预测冻土强度的研究

将人工智能神经网络原理应用到声波法对冻土强度的检测中 ,探讨预测冻土强度的新方法 ,并通过预测值与传统分析方法所得结果的比较 ,得出了这种新的预测方法考虑因素更全面。

围压和负温对冻土强度和微结构的影响研究

围压和温度是影响冻土强度的两个重要指标,并最终决定冻土的微观结构。文中利用MTS应变式冻土三轴仪进行了3个围压水平(300,400,500 kPa)、3个负温水平(-5,-10,-15℃)共9个试样的强度试验,并根据莫尔-库仑破坏准则确定了不同条件下的抗剪强度参数。基于土微结构研究方法,对从不同围压和不同负温破坏试样上获得的样品进行了电镜扫描观察,利用Leica QWin图像分析软件提取到了11个孔隙体微结构参数和11个颗粒体微结构参数。在此基础上,基于统计学原理,对孔隙体微结构参数和颗粒体微结构参数进行了主成分分析。对微结构参数的研究表明,第1主成分代表了微观参数水平截距、垂直截距、周长、颗粒密度,可以反映孔隙71%和颗粒50%以上的信息,第2主成分主要代表微观参数的面积分数和面积填充,可以反映孔隙17%信息和颗粒36%左右的信息。另外,围压梯度(100 kPa)在恒负温下对冻土强度的影响要比负温梯度(5℃)在恒围压下对冻土强度影响大,其强度变化的比值约为4,并在此基础上得出围压与负温对冻土强度的影响关系。冻土微结构孔隙和颗粒参数同时受到围压和负温的影响,其主成分F1变化基本一致,而主成分F2变化趋势则相反。

基于多元线性回归模型的冻土强度影响因素显著性分析

为定量分析土质、含水率、温度和应变速率等因素对冻土强度的影响,本文根据公开发表的试验数据,应用多元线性回归模型对冻土强度影响因素进行了显著性分析。分析结果表明,在仅考虑线性影响条件下,温度和土性是影响冻土强度的主要因素,影响强度分别为0.632和0.193,含水率对冻土强度也有显著性影响,影响强度为-0.577。为探明各影响因素对冻土强度的非线性作用,在保留强度Taylor展开二次项的条件下,通过变量代换,将非线性项进行线性化,并利用多元线性回归模型进行了进一步分析。分析结果表明含水率与温度对冻土强度的影响包含线性、非线性和交叉影响项三项,应变率对冻土强度的影响仅包含非线性和交叉影响项。各因素对冻土强度的影响程度可用偏回归系数定量描述。

温度对冻土强度的影响研究

为了考察温度对冻土强度的影响规律和作用机理,文章通过分析不同土质、不同含水率和不同含盐量下冻土强度随温度的变化规律,发现4倍初始温度之后,黏土、亚砂土、砂土的强度增加率随着温度的降低而依次减小,表明温度对冻结黏土强度的影响较冻结砂性土要大;含水率超过一定范围后冻土强度便趋于稳定值;在已有试验数据的基础上分析了含盐冻土强度随温度的变化规律。

含盐冻土无侧限抗压强度的试验研究

通过不同含水量在3个不同温度下(0℃、-10℃、-18℃)的无侧限抗压强度试验,得出含盐冻土的强度与含水量、冻结温度的关系,初步讨论了盐溶液浓度对冻土强度的影响,试验结果对冻土工程的设计与施工有一定的参考价值。

人工冻土单轴抗压强度灰色理论预测

人工冻土的物理力学指标是冻结法凿井中冻结壁设计参数和开挖的依据,为提高人工冻土单轴抗压强度预测的精确度与稳定性,利用灰色理论处理小样本数据的独特优势,结合影响人工冻土单轴抗压强度因素,提出了人工冻土单轴抗压强度的预测方法。针对传统的GM(1,1)模型预测产生的较大误差的缺点,增加了原始序列的光滑度,并优化了时间响应函数,建立了改进的GM(1,1)模型。结果表明,利用改进的GM(1,1)模型的预测精度优于传统模型。该模型为人工冻土单轴抗压强度的预测提供了一种新方法。

人工冻土单轴抗压强度GA-SVM预测模型

为了预计冻结法凿井中井壁结构设计中的人工冻土单轴抗压强度,利用支持向量机在处理小样本分类学习的独到优越性及遗传算法全局并行搜索优化的特点,结合影响人工冻土单轴抗压强度因素,提出了人工冻土单轴抗压强度不同核函数的遗传支持向量机计算模型,并运用该模型预计了两淮地区第四系人工冻土单轴抗压强度。结果表明,多项式核函数的遗传支持向量机模型较高斯径向基核函数及Sigmoid核函数的遗传支持向量机模型较准确地预计人工冻土单轴抗压强度。该模型为人工冻土单轴抗压强度的预计提供了一条新途径。

季节性冻融作用及其对斜坡土体强度的影响——以甘肃永靖黑方台地区为例

季节性冻土地区黄土斜坡冬春交际常发生崩塌、滑坡等地质灾害,造成了严重的生命财产损失。位于甘肃省永靖县的黄土台塬——黑方台为典型的季节性冻土地区,其3月份黄土滑坡灾害高发。通过对滑坡体的野外调查、原位监测,分析了该地区的冻融作用特征及其对斜坡土体强度的影响,证实了该地区表层土体存在显著的冻融循环作用,总结了斜坡体受冻融作用影响的宏观表现和受气温影响的斜坡表层黄土地温变化过程。在此基础上设计开展了黄土室内力学性质试验,分析了不同初始含水率对冻结黄土三轴抗剪强度参数的影响,对比分析了黄土与冻结黄土的三轴抗剪强度参数变化。由天然和饱和2种状态下的黄土经历15次冻融循环后的直剪实验得出冻融循环作用对黄土强度影响较大的结论。该结果可为冻融期黄土斜坡稳定性分析提供参考。

冻土超声波波速与冻土物理力学性质试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质。运用UVM-2型声速测定仪,测定不同密度的冻结砂土、冻结黄土和冻结粘土在不同温度下的超声波波速(纵波波速和横波波速)。对比分析不同土质的冻土,在温度和密度变化时超声波波速的变化,得出以下结论:土质颗粒的大小及组成成分在土冻结且在温度继续下降的过程中,通过影响结合水含量的变化而影响未冻水含量的变化,从而进一步影响冻土中的超声波传播速度,所以,可以在超声波波速与温度变化和未冻水含量与温度变化的基础上,建立超声波波速与未冻水含量的关系,通过测定超声波波速来量测冻土未冻水含量。密度的变化也影响着冻土纵、横波波速的变化,且冻结黄土的波速受密度变化影响较大,而冻结粘土则较小。冻土土质类型不同,透过它们的纵波波速和横波波速的变化范围也不同,可以通过对比表示压缩和剪切相对幅值的纵横波速比比值,来判定此冻土的土质类型,一般冻结粘土为1.07,冻结黄土为2.15,冻结砂土为0.7。根据弹性理论,泊松比与波速比有关,所以可以直接测量冻土的波速比研究冻土的强度及变形性能。

我国冻土力学研究新进展及展望

概述了近几年来我国冻土力学研究取得的主要进展及今后的主要研究方向。

中国冻土力学研究50a回顾与展望

中国多年冻土和季节冻土面积分别占国土面积的21.5%和53.5%。在这些地区,地表层都被一层冬冻夏融的冻结-融化层覆盖,作为地基的冻结-融化层,在其冻融过程中土体性质受气温的变化直接影响着上部建筑物的稳定与安全,因此,在冻土地区进行水利工程、工业与民用建筑及交通运输工程的建设,就必须对冻土及其与工程建筑物相互作用的一系列工程冻土学理论和实践问题做出解答,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性、耐久性及经济合理性。简要回顾了中国冻土力学的创始和发展过程,阐述了冻土力学在强度与变形、本构模型研究、水热过程研究、冻土与结构物相互作用研究及冻土力学测试技术的发展等5个方面的成就,并根据冻土力学学科特点、工程建设对冻土力学发展的要求以及相关学科的发展趋势,展望了冻土力学未来的发展方向。

冻结饱水砂卵石三轴压缩强度试验研究

为研究北京富水砂卵石地层冻结后的强度特性,以北京某地铁暗挖车站砂卵石为研究对象,进行不同温度(-5、-10、-15、-20℃),不同围压(0.0、0.3、0.8、1.3、2.0、3.0、4.0、8.0 MPa)条件下三轴压缩试验。试验结果表明:冻结砂卵石的应力-应变曲线以应变软化形态为主,高负温、高围压条件下,呈现理想塑性破坏形态;砂卵石强度、黏聚力和摩擦角均随温度降低而增大,其中强度呈指数分布,黏聚力和摩擦角呈线性分布;强度和弹性模量随围压增加而增大,但增大趋势逐渐减小,低围压压缩区强度满足线性Morh-Coulomb(简称M-C)准则;冻结砂卵石的破坏形态以破裂面始/终于试样侧面的剪切破坏为代表,张拉型破坏受冰影响显著,仅存在于低围压条件下,高围压、高负温时易出现体胀型破坏。

杭州地铁冻结工程冻土力学特性试验研究

为保证冻结工程及隧道施工的顺利进行,以杭州地铁1号线滨江站至富春路站区间盾构过江隧道联络通道为例,对冻土体无侧限抗压、抗弯强度以及破坏挠度等进行试验研究。根据试验数据分析并结合理论计算可得到以下结论:在-10℃下各土层无侧限抗压强度为2.9～5.9 MPa,强度得到大幅度提高;破坏应变以及破坏挠度满足施工要求;相比之下冻结粉砂的抗压强度最大,淤泥质粉质黏土破坏应变较其他层土大;圆砾和粉砂的抗弯强度增幅明显,达到8 MPa以上,淤泥质粉质黏土和粉质黏土的冻土抗弯强度可以增强到4.0～5.5 MPa;淤泥质粉质黏土、粉质黏土和粉砂的破坏挠度相当,冻结圆砾土的挠度最小。

青藏高原多年冻土区斜坡段路基粉质粘土的试验研究

多年冻土区斜坡段路基由于受到环境、冻土条件、地貌特点及工程条件的影响,其稳定性对线路的安全运营存在潜在的危害,本文通过现场实地调研,选取典型斜坡路基断面并进行现场取样,针对试验段典型土样,开展了室内静三轴及振动三轴压缩试验研究。试验结果表明,冻土强度随温度的降低而线性增大,随含水量的增大而降低,而围压变化(0.5～2MPa)对冻土强度的影响很小;冻土的动弹性模量随温度的降低而增大,含水量在塑限范围内动弹性模量随含水量的增大而增大,当含水量超过塑限时,动弹性模量随含水量变化不大,而围压变化(0.5～2MPa)对动弹性模量的影响较小。

路侧积水对青藏公路路基强度的影响分析

为了研究多年冻土地区路侧积水与路基病害之间的关系,基于青藏高原格尔木至拉萨109国道的道路病害调查,研究路侧积水对青藏公路路基强度的影响.从路侧积水与病害位置的对应程度较高,结合SWS-3型连续面波仪的路基强度测试结果,并通过对比无路侧积水时的路基强度测试结果,分析路侧积水使冻土区路基土动弹性模量减小且呈不均匀分布,间接导致路基强度减弱,得出路侧积水是冻土路基不均匀变形、纵向裂缝、波浪变形等病害发生的直接诱因.

冻土静力学室内试验研究进展

冻土力学是冻土工程学的理论基础,以解决冻土工程问题为归宿。冻土力学分为冻土静力学和冻土动力学两个方面,而冻土静力学是冻土力学的重要部分。为此,对常规冻土静力学室内试验的研究进展进行了总结,系统地阐述了其在冻土的强度特性、变形特性及理论模型等方面所取得的重要研究成果,并指出研究中存在的一些不足之处。最后结合冻土静力学研究的特点及实际冻土工程建设的需要,对冻土静力学研究的未来发展进行了展望。

新疆皇吉220kV输电线路天山段多年冻土工程特性研究

多年冻土和季节性冻土属于不良工程地质条件,其物理特性、力学和热学性能决定了冻胀和融沉工程病害对线路基础稳定性的影响程度。系统介绍了新疆皇吉220 kV输电线路天山段多年冻土原位直剪试验、融化压缩试验、静载荷试验试验方法及其研究成果,从而为该地区输变电线路基础型式选择与设计优化提供了具有较高价值的参考资料。

浅述立井冻土爆破

通过对冻土力学性质和影响冻土强度因素的分析,优化了冻土爆破的各项参数,以达到立井表土段快速掘进的目的。