Calculation of salt-frost heave of sulfate saline soil due to long-term freeze−thaw cycles

Based on salt-frost heave tests of sulfate saline soil under repeated freeze−thaw cycles,this paper discusses the mechanism of the salt-frost heave under long-term freeze−thaw cycles.The results show that the salt-frost heave can be restricted considerably by loads,and there is a critical load for the salt-frost heave cumulative effect.Under this load,peak values of salt-frost heave approach a constant,and the residual values become 0.There is no longer structure heave or cumulative effect of saline soil exposed to freeze−thaw cycles under the critical load.Taking cumulative effect into account in calculations of salt-frost heave,a salt-frost heave model under freeze−thaw cycles is developed.

Frost-heave properties of saturated compacted silty clay under one-side freezing condition

In seasonally frozen regions,the frost-heave properties of soil play a significant role in its upper-structure performance and durability.To investigate the frost-heave behaviors of saturated,compacted silty clay soil widely used as subgrade material,a series of one-side freezing tests was carried out;and the freezing depth and frozen front effected by the compactness,temperature,overburden pressure,and water-supply condition were analyzed and discussed.The results show that the moving speed of the frozen front and growth rate of the frozen depth are positively correlated.The frost heave is maximum in the frost-heave stability condition.The frost ratio of saturated soil is proportional to the water supply and cooling temperature under a one-side freezing condition.The frost ratio of saturated soil is inversely proportional to the initial compactness of the soil specimen and the overburden pressure.

基于冻胀量与时间平方根之比确定冻胀分级的探讨

冻胀分级指标是寒区基础工程设计和冻胀防治的关键指标,目前既有方法多认为冻胀分级是材料的一种基本属性,常使用经验或半经验的分级指标表示土体冻胀能力,但缺乏理论支撑。而冻胀试验复杂、耗时长,不利于指标测试。为提出合理简单的冻胀分级指标,首先从冻胀机制角度出发,建立非饱和土冻胀解析模型,并对模型进行了验证。基于该模型提出了以冻胀量和时间平方根之比作为确定冻胀分级的新指标R(mm/h^(0.5)),并以大量冻胀试验结果为依据,提出当R<0.21时,对应低冻胀等级,当0.21≤R≤1.18时,对应中等冻胀等级,而当R>1.18时,对应强冻胀等级。此外利用统计概率分析了冻胀过程中各指标数值的概率密度分布,发现新指标R在冻胀过程的集中程度和稳定性是最高的。新指标R具有理论基础,同时耦合了土性参数和冻结环境因素,突破了既有冻胀分级指标的局限性,完善了现有冻胀分级体系,为寒区工程设计和冻胀防治提供理论依据。

中俄输油工程岩土冻胀性的影响因素

在东北高纬度冻土区的中俄输油工程是一条重要的能源线路,高寒地区冻土的冻胀性给输油工程的建设、运营和维护带来了更大的挑战。通过对中俄输油工程(漠河-大庆段)地质条件的考察与分析,系统研究了影响中俄输油工程岩土冻胀性的要素。结果表明:中俄输油工程沿线泥炭质黏土和含腐殖质粉质黏土是地质条件最差、冻胀灾害最严重的土体;天然含水率是影响岩土冻胀性最显著和最重要的因子;其他影响因素对岩土冻胀性影响较小,但不可忽视。

高铁路基冻胀机理及防治措施研究

以兰新高速铁路门源至浩门段为研究背景,结合当地的地理环境和气候条件,在介绍路基冻胀机理的基础上,对冻胀规律和冻胀特点进行分析,确定了路基冻胀的主要影响因素。从换填法、保温隔热防治法、注盐法三个方面提出了整体防治措施,并通过工程实例观测表明,此冻害防治措施在实际中得到了有效的应用,实现了路基的变形控制目标。

高海拔寒区隧道冻胀力影响因素分析

高海拔寒区隧道裂隙岩体的冻胀危害着隧道的使用寿命,掌握寒区隧道围岩冻胀的基本规律十分重要。本文提出了寒区隧道中的低温裂隙岩体在冻融循环作用下的变形规律和冻胀力的产生机理;分析了冻胀力大小的影响因素,总结了冻融过程中裂隙水的迁移机制的研究现状。研究结果表明:冻胀力的大小与岩体力学性质、围岩初始含水量、冻结温度、围岩裂隙的几何形态和空间位置有关。

基于灰色关联分析下天然盐渍土盐冻胀和溶陷性试验研究

天然盐渍土工程特性的影响因素有很多,各影响因素对盐渍土盐冻胀和溶陷特性的影响权重不同,通过建立灰色关联优势分析模型,得出含水率和上覆荷载是影响盐渍土盐冻胀的主要因素,干密度和含盐量是影响溶陷性的主要因素。以此为评价盐渍土的工程危害提供参考依据,为盐渍土治理积累经验。

大型气浮沉箱拖航过程中的垂荡运动特性分析

为防止大型气浮沉箱在浅水海域拖航中由于垂荡值过大造成触底,本文研究了气浮沉箱的垂荡运动特性。采用MOSES分析软件获得气浮沉箱在不规则波波浪下垂荡位移的响应,经Welch法分析得到气浮沉箱的固有垂荡周期;利用周期不同的规则波浪进行气浮沉箱拖航模拟,以此获得相应的垂荡运动位移幅值最大点对应的周期值范围。同时,分析了理论垂荡固有周期值的计算过程,并研究了不同吃水对气浮沉箱垂荡运动特性的影响。证明经过MOSES分析软件和功率谱估计得到的垂荡固有周期值是合理的,可以参与水动力学计算并作为选取附加质量因素时的参考值;随着吃水的加大或分舱内气压的减小,垂荡固有周期值有增大的趋势。

基坑抗隆起稳定安全系数实用计算分析与应用

总结基坑由于插入深度不足导致的坑底隆起破坏的两种形式,研究基坑抗隆起稳定安全系数Ks计算公式的适用性及局限性,指出常用公式的错误,给出考虑因素更多、更适用的修正公式,并对修正公式的敏感性进行分析。运用该修正公式及数值方法分析基坑变形与Ks值的关系,指出Ks值对控制基坑变形的意义;通过分析发现基坑变形在Ks小于某值时发生突变,证明基坑设计存在一个最优的插入比。给出考虑因素全面、计算简便、更能反映工程实际的Ks计算公式,并得到一些对工程具有指导意义的结论,可以在基坑设计、施工中应用。

软土深基坑坑底抗隆起稳定性数值分析

由于基坑开挖问题的复杂性,传统的分析方法在解决基坑坑底抗隆起稳定性问题方面存在着很多局限性。通过建立基坑体系的二维有限元弹塑性分析模型,采用强度折减方法对软土深基坑工程进行了数值分析,然后利用数值分析结果拟合公式,并计算基坑抗隆起稳定安全系数,分析临界状态下坑底隆起量和塑性区范围。计算结果表明:采用强度折减法并结合数值分析结果所拟合的公式在求解基坑坑底抗隆起稳定性安全系数方面可以取得较高的精度。值得注意的是,土体应力随着开挖深度的增加重新分布,应力水平最终超过极限强度导致基坑坑底隆起;塑性参数越小,基坑坑底隆起量越大,塑性区范围也越大,基坑坑底稳定性则越差;土体参数存在某一临界值,当塑性参数小于临界值时,基坑发生坑底隆起破坏的可能性明显增大。

硫酸盐渍土盐胀特性的单因素影响规律研究

通过试验研究，提出了硫酸盐渍土盐胀率随含水量、氯化钠含量、硫酸钠含量、初始干容重和上覆荷载等五因素变化的计算公式，分析了盐渍土盐胀率的单因素作用规律。

浅表土人工冻土冻胀特性的研究

利用自制冻胀试验装置,对淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂在不同冷端温度、含水率及荷载作用下的冻胀规律进行试验研究。结果表明:在试验含水率及干密度范围内,土体冻胀率随冷端温度下降线性降低,随土样含水率增加线性增大,随干密度增加而增大,随上部荷载增大呈指数规律降低。同时对淤泥质黏土进行了正交冻胀试验,表明各因素对土体冻胀率的影响程度的由大到小顺序为:含水率、冷端温度、干密度、上部荷载。最后给出了不同因素对黏性土冻胀的预测模型。

拉张盆地伸展量的分形分析——以渤海盆地为例

研究表明脆性断层的位移分布具有自相似结构,并且服从幂指数定律,即具有分形特征。该特征提供了一种计算拉张盆地伸展量的方法(即分数维法)。以此来阐明小断层的滑移对总伸展量的贡献,从而弥补了由平衡复原法计算伸展量时产生的差值。以渤海盆地为例,本文详细介绍这种方法的原理及操作,取得了较好的拟合结果。

软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究

针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况,设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验,分析不同开挖深度和水位条件下的基坑围护墙弯矩、土压力分布、水平位移以及基坑隆起稳定破坏机制。基于离心模型试验的基本参数和工况,建立了有限元数值模型,分析试验工况基坑的抗隆起稳定性与破坏状态,并进行对比验证。试验结果表明:随着开挖深度和坑外水位的增加,坑底软土层产生向上的隆起变形,当隆起变形较大时,围护墙由于坑内土体侧向约束的减弱,底部产生较大的向坑内的水平位移,同时导致支撑轴力增大,基坑最终表现出围护墙绕某道支撑点向坑内的转动踢脚破坏。数值计算结果表明:随着坑外水位的升高,基坑抗隆起稳定性安全系数逐渐减小,当发生抗隆起稳定破坏时,基坑底产生较大的隆起位移,破坏机制与离心模型试验结果相同。

支挡式结构物水平冻胀力研究进展与思考

寒冷地区的支挡式结构,极易受水平冻胀力的影响,过大的水平冻胀力容易造成支护结构变形、出现裂缝、支护体错断甚至整体倾倒,严重威胁支护工程的安全与稳定,因此研究寒区支挡式结构水平冻胀力的变化规律具有重要意义。主要从水平冻胀力的产生、影响因素、分布模式、取值大小、计算方法以及防治措施等诸多方面的国内外研究现状进行综述,结果表明:水平冻胀力的大小及其分布形态受土质类型、土颗粒大小、土体分散性、土内所含矿物成分、土体温度、土体含水量、外界水源补给以及支护结构特征等多因素影响;水平冻胀力存在多种分布模式,对不同分布模式应采取不同的计算方法,而且各计算公式均有一定的限制条件。在实际工程中,若要减弱水平冻胀力的影响,可采取换填土质、加强保温、隔水排水、使用物理化学试剂或多方法综合使用等措施。

土钉支护基坑抗隆起稳定性计算方法研究

以基坑隆起破坏的根本原因是地基承载力不足为前提,运用Terzaghi地基极限承载力理论,推导了土钉支护条件下基坑抗隆起稳定性的计算方法。采用地基土单侧滑动失稳破坏假设,同时考虑了单侧滑动体上竖向抗剪力对抵抗基坑隆起所起的作用。通过基本算例,对影响基坑抗隆起稳定性的参数进行了讨论,并得出了各抗隆起安全系数与各因素之间的部分变化规律。与现有的基坑抗隆起稳定性计算方法对比分析表明,所建议的方法在实际工程应用中是可行的。

多年冻土区管道地基土开式冻胀试验

大兴安岭地区冻土冻胀型冻害对浅埋式石油管道的安全稳定运行威胁很大。目前国内有关研究多采用闭式冻胀模拟试验,试样的含水率、干密度等因素是假设不变的,相比之下,采用各因素随试验进展而不断变化的的开式冻胀试验更能反映实际冻胀型冻害。为此,对中俄原油管道沿线5种冻土进行了开式冻胀模拟试验,测定了各种土料冻胀率与含水率,并据此分析了二者的关系,同时与闭式冻胀试验结果进行了对比分析,还应用限制位移法测定了法向冻胀力,并与静力平衡法试验结果进行了比较和差异显著性检验。试验结果表明:(1)开式冻胀试验的冻胀率大于闭式冻胀试验的冻胀率;(2)细粒土的冻胀率对土料冻胀率的影响十分显著,并且土料的毛细管作用或抽吸作用越强烈,冻胀率就越大;(3)粗粒土的冻胀率主要受含泥量的影响,其冻胀率比细粒土小;(4)法向冻胀力的大小与试验方法和试样高度的关系密切;(5)开式冻胀试验方法更适用于大兴安岭地区管道地基土的冻胀研究。结论认为:该区多年冻土区管道垫层和挖填层的土料应选用含泥量较少的砂砾或碎石,且需要采用塑性较大的黏性土做好防排水管堤。

橡胶树根系生长发育及其影响因素研究进展与展望

根系是植物吸收养分和水分的主要器官。介绍了研究橡胶树根系的方法,与橡胶树根系在土壤中的分布特征、发育规律以及影响橡胶树根系生长的因素等方面,并对橡胶树根系生长研究进行了展望。

基坑抗隆起稳定分析的临界宽度法

为了提高深基坑抗隆起稳定设计的可靠性,根据Terzaghi地基承载力理论,针对基坑隆起破坏均为单面滑动失稳的实际情况,推导了新的计算抗隆起稳定安全系数方法——临界宽度法,提出了对应抗隆起稳定最小安全系数的临界宽度概念,给出了均质地基的临界宽度的理论解答。对影响基坑抗隆起稳定问题的因素进行了参数分析,并建议了相应的抗隆起稳定安全系数允许值。通过初步工程应用对比分析,证明了所建议新方法有可行性和工程实用意义。

软土地区深基坑变形特性分析

随着地下空间开发利用规模的加大,基坑工程向更深更大的方向发展。本文就杭州和上海软土地区46个成功深基坑的实测结果进行了研究和总结,分析了基坑开挖深度与最大侧移及其位置的关系,分析了当前基坑开挖深度和所采用支撑系统相对刚度之间的关系。由于抗隆起稳定安全度与基坑变形的关系密切,本文就实测数据进行分析并建立了抗隆起稳定安全系数与围护体最大侧移和墙后最大地面沉降与之间的关系。并对随深度增加后深基坑的变形控制标准提出自己的观点。通过实测数据的分析,有以下结论:随着基坑深度的增大,由于支撑系统的相对刚度迅速增长,使得最大相对侧移值并没有增大,最大侧移位置一般发生在开挖面附近,随基坑深度的增加有向上移动的趋势,抗隆起稳定安全度的提高对减小基坑的变形具有重要的作用,随着基坑深度的增加,基坑的变形在超出当前规范的控制标准时亦可实现基坑自身和周围环境的安全。