不同工况下多年冻土桩基水平承载特性试验研究

设计开展了不同温度和初始干密度工况下冻土桩基的水平承载特性试验,试验结果表明:相同温度下,桩基的桩顶位移随干密度的增大而逐渐减小,但是当温度为-0.5℃时,桩顶位移随干密度的增大而增大,相同干密度情况下,温度越高,桩顶位移越大,且破坏方式由脆性向塑性转变;荷载和温度越高,干密度越小时,桩身最大弯矩值越大,对桩身产生的弯矩影响范围也越大;采用等时荷载—位移曲线法得到了不同工况下桩基的临界水平承载力,并经拟合分析得到了冻土桩基在不同工况下的水平临界承载力经验公式,相关研究结果可为冻土地区桩基工程设计和施工提供借鉴。     

桩底水热效应对模型桩–冻土流变特性影响的试验研究

为了研究冻土区桩底水对桩基稳定性的影响,制作混凝土模型桩及桩底水热效应装置并采用对比试验方法对模型桩顶逐级加载开展桩底水热效应对冻土桩–土流变特性影响的模型试验研究,得出桩身切向冻结应力传递函数曲线及桩端阻力传递函数曲线,分析不同荷载等级下桩底水对桩土相对位移及桩端阻力,桩–土流变特性,荷载传递特性,桩基承载特性的影响。结果表明:桩底水的作用减弱了冻土桩侧冻结强度及桩端地基土的抗力,造成桩土相对位移过大,加大了桩–冻土的流变效应,影响了桩侧冻结力和端阻力承担荷载的比例而使得桩基过分依靠桩侧切向冻结力来承受荷载且上述作用随着荷载的增大而增大,造成桩基承载力严重下降。     

冻、融土中桩的水平受力特性模型对比试验研究

通过模型试验,对不同温度条件(室温条件(20℃)、冻结条件(-10℃)、融土条件)下的饱和砂土分别进行桩头位移-水平荷载关系、桩身弯矩和挠度分布规律以及土体的刚度变化等桩-土相互作用等的研究。此外引入工程中常用的m法进行对比验证,探讨m法的适用条件。研究发现:室温土中桩在小荷载作用下产生明显的桩头侧移和挠曲变形,桩身弯矩呈现自上而下先大后小的分布规律;冻土中形成的大量冰胶结物使土体刚度得到极大提高,大荷载难以使桩基发生大的变形和侧移,桩身最大弯矩埋深显著减小;上层融土降低了桩头位置土的刚度,使得桩显示出室温土与冻土的双重性质,桩身弯矩最大值较室温土、冻土条件下更大,其埋深较冻土中大;在多年冻土区进行桩基施工应当重视冻土层的保护;m法在常温土中具备很好的安全性和适用性,但在冻、融环境下应用时差异较大。     

青藏输电工程回填细粒冻土性质和铁塔基础载荷试验研究

为分析青藏直流输电工程回填冻土地基和铁塔基础承载性能,在浅部冻土处于冻结和融化两种状态时,分别进行回填细粒冻土性质试验和在三向荷载共同作用下锥柱式扩展基础的载荷试验。基于土工试验结果分析了冻融过程中回填地基的工程性质,得到一个冻融周期后地表沉降量为0.23 m,与实际情况一致。通过对基础承载特性及荷载与位移双曲线关系模型的分析,得到了基于地基基础相互作用极限状态条件下基础的极限承载力。针对季节活动层融化和冻结状态,应用试验结果验证了上拔工况下铁塔扩展基础稳定性分析模型和方法,获得了冻结状态时细粒冻土的上拔角。试验研究表明：当浅部活动层处于冻结状态时,地基强度及基础承载性能优于融化状态;冻土融化可缩小细粒土的孔隙比、提高密实度,并增加含水率和饱和度;土体冻结与否对地基的抗剪、上拔角等力学指标有显著影响,因此,保持深部回填地基的冻结状态对基础安全承载至关重要。     

考虑大气温度变化的冻土区桩基承载力预测

大气温度变暖情况下,研究冻土桩基承载力变化规律,可为设计年限内预测工程结构物的工作状况提供科学依据。根据桩端入土深度及桩土相互作用原理分别对季节性冻土地区桩基和多年冻土地区桩基进行分类,并建立相应的桩土相互作用模型。以实际桩基工程为例,首先,建立大气温度与地温之间的关系,得出冻结期和融化期地面平均温度;然后,建立冻土区季节冻结及季节融化深度和地面平均温度与多年冻土厚度的关系,得出冻土区季节冻结及季节融化深度变化和多年冻土厚度变化;进一步综合季节冻土及多年冻土桩基工作状况的不同,结合已建立的考虑温度变化的桩土相互作用模型,基于现行规范的单桩承载计算公式并考虑不同的土性物理参数的基础上,最终建立大气温度变化与桩基承载力相关方程,预测桩基承载力变化状况。以上研究方法可运用于冻土区桩基承载力初步预测。     

多年冻土区管桩基础抗拔承载性能试验研究

以青藏直流联网工程为背景,进行上拔和水平力组合荷载作用下管桩基础抗拔承载性能真型载荷试验。结果表明:冻结期冻土地基整体处于冻结状态,地基回冻情况良好;融化期最大融化深度与地基多年冻土上限较吻合,多年冻土层无明显退化迹象。上拔加载过程桩底接触土压力减小,冻结期活动层范围内桩侧土压力明显增大,融化期活动层范围内桩侧土压力大大减小,其余位置土压力变化不明显。冻结期基础位移量显著低于融化期,冻结期抗拔及水平承载力高于融化期,上拔承载力高于水平承载力;上拔荷载与位移关系可采用幂函数模型进行预测。试验所得基础抗拔承载力与规范法计算结果比较吻合,表明冻土地区桩基础抗拔承载力规范计算方法是可靠的。     

金塘海底隧道人工冻土力学特性研究

为获取宁波至舟山铁路金塘海底隧道工程穿越的土层在人工冻结条件下的力学性质,勘察期间,在不同温度和不同含水率条件下,对选取的海底典型的粉质黏土和粉土地层重塑样品,开展了人工冻结条件下的单轴抗压强度试验。试验结果表明:人工冻土的力学性质受冻结温度的影响明显,冻结温度自-5℃降低至-20℃过程中,粉土层和粉质黏土层的人工冻土单轴抗压强度逐渐增大,其泊松比逐渐减小。含水率的不同对粉土层和粉质黏土层的力学性质有一定影响,粉土人工冻土的抗压强度在含水率为30%时最大,粉质黏土试样在含水率为34%时,其抗压强度最大。两种土层在人工冻结过程中均存在最优含水率,超过最优含水率时,人工冻土的强度将逐渐减低。研究成果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供参考。     

红外线加热融化桩周冻土

<正> 寒冷地区冬季在无保温措施的场地、冻深范围内桩和桩周土是冻结在一起的,做桩基承载力试验吋,需要将桩周冻土消除后才能进行。我们在哈尔滨市化工电站厂房工程冬季试桩时,没有采用人工刨除或用电热融化冻土的办法,而采用自制红外线加热炉融化桩周冻土。     

青藏铁路110 kV输电线路冻土桩基模型试验研究

根据相似理论的基本原理确定了青藏铁路110 kV输电线路冻土桩基室内模型试验的相似准则与试验方法,并据此研究了上拔、下压和倾覆荷载的独立与组合作用下冻土地基和桩基间冻结强度、桩基承载力、桩侧冻土抗力以及冻土地基系数随深度变化的比例系数等参数的变化规律。试验结果表明,温度是冻土桩基承载力的主要影响因素,其试验成果可为该输电线路桩基础设计提供参考。     

人工地层水平冻结冻胀对邻桩的影响

人工地层水平冻结技术在富水的软土地铁区间隧道中得到了一定的应用。但人工冻结过程中土体会产生冻胀,对于邻近的既有建筑物桩基产生不利影响。针对某工程实例,通过有限元计算,分析了某地铁隧道水平冻结引起的冻胀对邻近建筑物桩基础的影响,给出了3种冻土冻胀率下的离隧道不同距离的4根桩的水平冻胀力分布及侧向位移分布。结果表明,水平冻结冻胀对3r(r为冻结壁半径)范围的桩影响较大。     

多年冻土地区工程桩竖向承载力三维数值分析

根据冻土与混凝土圆柱问冻结强度试验,得出冻土温度对冻结强度影响强烈的特点.将混凝土灌注桩、桩周冻土及桩土接触面简化成有限元集合体,编制了三维非线性有限元程序.计算的荷载一沉降曲线与漠河多年冻土区现场试验荷载-沉降曲线吻合程度良好,验证了该模型的适用性;对不同的冻土温度、桩径、桩长等因素进行了参数影响分析,得到对桩承载力...     

多年冻土区桥梁工程桩基础服役期温度场研究

 选取青藏高原国道214沿线低温基本稳定区查拉坪旱桥桩基和高温不稳定区花石峡试验场桩基,对其运行期内地温进行连续监测。基于现场地温实测数据,从冻土上限、冻结及融化过程3个方面,分析桩基对冻土地温的影响,显示因桩基良好的导热性能加剧了桩周冻土与大气的热交换,桩周地温年较差明显增大。结合勘察设计资料建立数学模型,应用有限元数值模拟方法就桩基对地温场的长期影响进行预测,结果表明,未来50 a气温上升2 ℃的情况下,桩侧冻土上限与天然上限差异有所增大,桩侧多年冻土温度升高,该现象在高温不稳定冻土区表现得更为明显。所得结论可为多年冻土区桩基设计、降温保护措施采取及运行管理措施实施提供参考。     

冻融环境中饱和岩石的热量传递与温度平衡规律

 冻融环境中温度是岩石性态变化的关键影响指标之一,而冻融试验中岩石的热量传递和温度变化规律国内和国际都未形成统一认识。为探究岩石在冻融环境中的热量传递和温度变化规律,利用室内试验和数值计算方法分别研究冻结和融化过程中试样温度平衡的过程和时程规律。利用3种岩石进行饱和态的冻融循环试验,试样中心温度监测表明,冻结和融化过程的试样温度均存在显著的3段式变化特征,其中相变过程是一个较为特殊和重要的阶段,相变温度均在0 ℃～－1 ℃范围。随着试验温度区间增大,冻结和融化各阶段时长显现出不同规律,冻结过程总时间逐渐降低,而融化过程总时间先降低后升高。基于第3类热传导边界条件,利用Comsol Multiphysics有限元数值计算平台,分析考虑相变阶段的冻结和融化过程,数值计算结果与试验结果吻合较好。数值计算结果显示,试样不同位置的冻结与融化特征主要体现在相变阶段差异,而试样孔隙率对该阶段的影响最大,剩余温度势造成对称温度区间和非对称温度区间的冻结、融化特征的显著差异。     

人工冻土冻结过程中热–力耦合的数值模拟方法研究

随着地下工程的发展,人工冻结法已成为地下工程建设中常用的技术。关于人工冻土在冻结过程中温度场的发展规律以及冻结过程中因为冻胀产生的对周边环境的影响有待于进一步深入的研究。通过室内试验得出了热物理参数随温度场的变化规律,结合天津地铁某联络通道的人工冻土工程,提出并建立了人工冻结过程中考虑热物理参数随温度变化的热–力耦合的数值计算方法,利用该方法计算分析了人工冻结过程中土体的温度场和位移场的发展规律,通过与实测数据对比,证明了该方法的可行性,成果可以指导人工冻土工程的设计与施工。     

原状土冻融过程中水分迁移试验研究

为了量化原状土中水分在冻融过程中的迁移,试验采取在其他试验条件相同的条件下,改变初始含水率或温度模式的方法,研究了单个因素对水分迁移的影响。经冻结并融化到设定位置后,从试验中观察到试样未融化部分存在有横向和竖向的裂缝现象、明显的冻融分界线、水分积聚层和融化锋面并不在同一个层面内、土中水的冻结温度各不相同、冻结后含冰不均匀现象等结果,进而对冻融过程中进行温度场分析以及冻融前后含水率的变化分析,用具体试验数据得出如下结论:控制不同顶板温度时,不同含水率的试样中各点处温度的变化趋势基本相同;在顶板控温相同的情况下,初始含水率大的试样,水分迁移量大,水分积聚多;不同冻结温度和融化温度对试样中水分的迁移影响非常明显,顶板冻结时温度越高,水分积聚层位置处的含水率越大,水分积聚越多等。     

人工冻融黏土导热系数试验研究

基于TC3000型热线法导热系数测试原理,研制了人工冻土导热系数测试系统,该系统具有温度精度高、测试速度快、测试灵活等优点。对冻结地下工程岩土进行了导热系数试验研究,获得人工冻结黏土随干密度、含水率、外界环境温度变化对冻土导热系数的影响规律。试验结果表明:冻融土导热系数随干密度呈线性增加,平均增长速率为0.20~0.25 W/m·K之间;冻融土导热系数随含水率变化平均增长速率相差不超过0.03 W/m·K;温度每降低1℃,冻融土导热系数增加0.01~0.014 W/m·K。研究成果可为类似冻结工程中测试土体导热系数提出一种新的有效方法,对人工冻结温度场计算具有重要指导意义。     

吉林西部季冻区冻融过程对黏性土分散性的影响

在季节性冻土区,温度的周期性变化会引起土体冻结和融化。在土体冻结过程中,土中的水分发生迁移,水中的盐分也发生变化,对土体的性质产生一定影响,土的分散性发生变化。选取吉林西部镇赉地区黏性土,利用室内试验模拟土体在冻融作用下的水分迁移过程,结合分散性鉴定试验,对冻结前后土样的含水量、含盐量、土粒的微观结构以及分散性的对比研究,分析季节性冻土区水分迁移对黏土分散性产生影响的主要因素。研究表明,研究区土样属分散性盐渍土,在冻结过程中土中水分及盐分向上迁移,土的结构变得更松散,冻融作用后土的分散性显著增强。     

南通地区冻结黏土蠕变特性试验研究

冻结法施工是地铁开挖的常用手段,因此典型土层的冻土蠕变特性可为工程提供安全资料。针对南通地区地铁开挖过程中典型土层人工冻结黏土在不同温度水平下进行单轴抗压和蠕变试验,获得在-5℃,-10℃,-15℃温度下冻土应力应变和蠕变的特性规律。在此基础上,引入模糊数优化传统的蠕变模型,利用大量实验数据回归改进后的模型,优化后的蠕变模型能更好的拟合试验值,更能反映实际地下工程的不确定性。     

冻土与结构接触面冻结强度压桩法测定系统研制及试验研究

为探究冻土与结构接触面冻结强度影响因素及其影响规律,依据接触面冻结强度传统定义,应用压桩法原理研制冻土与结构接触面冻结强度测定系统,并利用该系统开展多影响因素条件下接触面冻结强度测定试验研究。试验研究表明:冻土与结构接触面冻结强度呈现脆性破坏及应变软化,残余强度呈周期性波动及衰变等典型特征;冻土与结构接触面冻结强度受接触面温度和粗糙度影响显著,在试验温度范围内,分别呈线性和对数函数关系。利用埋设于抗压桩身侧面的微型土压力传感器,揭示了接触面压应力沿桩身分布规律,以及接触面压应力随冻结时间、剪切位移变化规律,并将其与接触面温度、冻结强度等变化规律进行对比分析和验证。     

近接隧道冻结对运营车站冻胀变形控制研究

为了研究不同冻胀控制方法下土体冻胀的发展规律,以上海某近接穿越既有车站的隧道冻结加固工程为原型,根据相似准则建立了冻土与车站结构相互作用的模型试验台,对隧道水平冻结过程进行模拟研究,探究调整冻结盐水温度以及泄压等方法下隧道冻结冻胀变化规律。研究结果表明,将冻结盐水温度从-28℃提升至-18℃后,隧道的积极冻结时间增长91%,但车站底板冻胀力减小了16.7%;三角区泄压后车站底板冻胀力减小了26.3%。根据相似模拟试验得到的不同冻胀控制措施下车站结构的冻胀变化规律,提出在施工工程中采取三角区泄压及调整冻结参数等措施来控制冻胀对车站结构的影响。同时根据工程施工监测数据,对不同冻胀控制措施的应用效果展开了研究,研究结果表明,三角区泄压孔泄压后10d内车站底板位移量减少了65.5%;冻结盐水温度为-28℃、-20℃、-10℃时车站底板竖向位移增长速率分别为0.35mm/d、0.14mm/d和0.01mm/d,随着冻结盐水温度的提高,车站结构竖向变形速率明显减缓,调整冻结盐水温度对冻胀控制效果十分显著。