冻胀力

摘要： 人工地层冻结法是沿海地区软黏土进行地层加固的一种常见绿色工法,地下空间开挖的大型及复杂化使目前冻结法面临更加复杂的渗流环境.为此,通过分凝冻胀理论刚性冰模型的三维化推广,建立能考虑水分迁移的热-水-力耦合作用冻胀融沉模型,以模拟复杂渗流环境下的人工冻结工程.基于模型使用COMSOL有限元进行模拟,与同尺寸室内模型试验数据进行对比,验证该模型在复杂渗流环境组合地层(软黏土、粉细砂)冻结中的适用性.模拟结果表明:在组合地层条件下,渗流会削减冻结稳定时冻结帷幕的厚度;当速度大于1.2 m/d时,冻结帷幕将不能达到设计厚度;冻结帷幕靠近渗流边界的一侧冻胀力增长缓慢、冻胀力的最大值较低;渗流致使地表产生不均匀沉降,下游区域的沉降量更大.利用已验证模型对组合地层渗流作用下的冻结法施工进行模拟预测,提出结合组合地层渗流因素的隧道安全冻结法分级标准,为冻结法在沿海更复杂渗流环境下的施工安全与预警提供依据.

摘要： 以佛山轨道交通典型土层为研究对象,通过冻胀试验研究不同土层在不同冻结温度下的冻胀率及冻胀力,同时利用ANSYS有限元分析软件,进行联络通道冻结热力耦合数值计算。研究结果表明:在10°C温度条件下,中粗砂、粉细砂、粉质黏土的冻胀率分别为5.43%~6.85%、7.65%~8.76%、11.71%~11.96%;不同土体的冻胀率、融沉率不同,且受负温影响显著,较低温度下(-10°C、-1 5°C)的冻胀率和冻胀力较大;由冻胀引起的最大变形量发生在联络通道泵房位置正上方的地面处,约为2 cm,与此处现场实际监测的最大变形量2.1cm接近。

摘要： 对哈尔滨市典型公路隧道涎流冰病害案例进行总结,分析冰体发育过程中的水源及渗流通道。通过实地勘察与计算模型相结合的方法,针对水源的渗流情况以及隧道所受冻胀力作用影响展开研究。结果表明,地表水和地下水的渗流为涎流冰发育过程提供物质基础,结构表面和内部的裂缝为水源提供渗流通道。天然因素和人为因素在特殊情况下会改变渗流量的大小,是造成隧道涎流冰病害的重要因素。另外,裂隙间的水分在低温条件下发生冻结,向外施加压力产生冻胀力作用,扩大原有裂缝,导致隧道冻害更加严重。

摘要： 寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用,使其力学性能劣化;而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题,建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据。首先,根据断裂力学及冰冻结分离压力理论,考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力,构建冻融循环作用下危岩体稳定性评价模型;其次,基于圆孔扩张理论分析冰的冻胀力作用对岩石内部微孔洞的细观劣化机制,建立冻融循环作用下抗拉强度的细观劣化模型;再次,通过理论分析Ⅰ型断裂韧度与抗拉强度、断裂过程区扩展半径的关系,得到Ⅰ型断裂韧度在冻融循环作用下的演化方程;最后,通过危岩体工程算例,分析冻融循环作用下危岩体稳定性的劣化规律,同时利用算例讨论了敏感参数对危岩体稳定性系数和冻胀力的影响规律。结果表明:危岩体在冻融环境下的稳定性与岩石的抗拉强度、弹性模量、孔隙率、岩屑流失比等因素相关;在冻融循环作用下,半径较小的孔洞产生的冻胀力更大,对危岩体稳定的劣化作用更显著;岩石的弹性模量与冻胀力呈正相关关系,岩石抗拉强度越小更易发生冻胀破坏;当岩屑流失比大于0.8时,冻融循环作用对危岩体的长期劣化作用较强,控制冻胀破坏产生的岩屑流失对寒区危岩体长期稳定至关重要。

摘要： 为研究穿越季节性冻土区的埋地输油管道在季节交替过程产生的冻胀融沉现象,采用了室外冻结、室内融化模拟冻融循环的试验条件,进行了冻融循环作用下埋地输油管道的应变试验研究。通过1∶10的缩尺实验模型,分析了冻融温度上下限、循环周期、管道位置土体温度场、管道位置冻胀力等因素对管道240 h内应变变化的影响。结果显示:不同土层温度与土表温度变化趋势一致,符合温度正弦变化规律。随着冻融循环的进行,管道顶部底部均为增大的压应变,直到第8次循环压应变趋于平稳,这一现象与棘轮效应理论所述一致;冻胀力的数值模拟与实测规律一致,管道顶部冻胀力大于底部。研究可为进一步研究冻土-管道相互作用机理提供依据。

摘要： 通过对侧墙现状进行调查采用midas/fea建立三维空间实体模型对桥台侧墙进行受力仿真分析,计算结构表明:在水平冻胀力及车道荷载作用下,侧墙底部与基础交界处产生应力集中现象,最大拉应力达到1.85MPa,超过了结构容许应力,侧墙底部与基础交界处发生开裂,侧墙外倾加剧,由此得出水平冻胀力为侧墙病害的主要原因,在明确侧墙病害原因基础上提出了桥台侧墙加固方案,采用预应力钢棒对锚法对桥台侧墙进行加固,详细阐述了预应力钢棒设计及施工流程。通过后续监控量测验证所采用的加固设计方案可行,加固效果良好,为桥台侧墙的加固设计及施工提供了参考。

摘要： 危岩失稳破坏是我国寒区主要的地质灾害之一,基于极限平衡分析理论,采用力学计算结果可定量分析危岩稳定性,因此,对极限平衡理论下寒区危岩稳定性计算参数研究一直是寒区边坡工程的重点。在收集国内外相关资料的基础上,从多方面总结了关键参数的研究进展,指出了当前危岩稳定性及关键参数研究存在的问题:①自然环境中危岩体结构面冻胀理论的选取;②适用于土体(连续介质)冻结深度计算的经验公式是否适用于岩体(多孔介质);③如何界定主控面上岩体物理力学性能劣化规律。同时,对未来寒区危岩稳定性研究及发展予以分析,未来研究方向包括危岩结构面冻结深度研究的完善、多场多相耦合对危岩的劣化作用、断裂力学和损伤力学等理论与极限平衡理论相结合等方面。

摘要： 为了探究冻融作用对倾倒式危岩体稳定的作用机理及长期劣化规律,基于极限平衡理论,考虑结构面冻胀力、未贯通段抗拉强度劣化及冻结深度演化对倾覆点力矩的影响,构建倾倒式危岩体稳定性分析方法.基于岩石冻胀理论,考虑岩石碎屑流失、微裂隙倾角、温度等参数对孔隙半径冻胀破坏的影响,建立岩石抗拉强度劣化模型并验证其合理性.利用裂隙分布不均性修正Stephan冻结深度经验公式,得到冻融循环作用下岩石冻结深度计算方法.结合工程算例,讨论不同敏感参数对倾倒式危岩体稳定性的影响.结果表明:初始抗拉强度越低、孔隙率越大,危岩体稳定性劣化效果越显著;当环境温度高于263.15 K(-10°C)时,危岩体稳定性对温度的变化敏感,危岩体保温措施的效果显著;当碎屑流失比超过0.8时,冻融循环作用对危岩体的劣化速率明显加快,倾倒式危岩体的长期冻融劣化效应明显,控制冻胀破坏产生的碎屑流失有利于寒区危岩体保持长期稳定.

摘要： 在新建车站暗挖下穿段采用冻结技术加固时,冻结法施工引起的冻胀效应会对周边环境,尤其是上覆建(构)筑物,造成严重影响,需采取合理措施对地层冻胀进行预防和控制。以新建车站冻结施工为例,结合理论分析和工程监测数据,根据地质条件和周边运营车站结构状况,采用降低盐水流量和布设泄压孔等措施,使冻胀压力导致的上覆既有结构隆起速率较峰值最大降低67.3%,有效缓解冻胀变形,并对施工难点和变形控制措施进行总结,为类似富水地层的高风险源工程提供参考。

摘要： 为探讨寒区裂隙岩体含冰裂隙在冻融循环作用下的冻胀力演化规律,进而揭示疲劳冻融对岩体结构劣化的影响机制,采用自行设计的8通道冻胀力实时监测系统开展了不同岩性、不同裂隙几何形态下的冻胀力测试试验,获取了多次冻融循环中冻胀力演化曲线,并分析了岩性和裂隙几何形态对冻胀力演化规律的影响。研究表明:(1)冻融循环造成岩体结构劣化是冻胀力引起岩体疲劳损伤的过程,每个冻融循环的冻胀力演化过程都经过孕育阶段、暴发阶段、跌落回稳阶段、回升阶段和消散阶段,并且发现了冻胀力回升这一现象;初始冻胀力峰值可作为裂隙岩体抗冻融损伤指标;(2)在多次冻融循环作用下岩体裂隙冻胀力不断暴发、积聚和释放,期间产生的裂隙累积损伤驱动着裂隙持续扩展,引起岩体进一步的疲劳劣化;疲劳冻融作用下,初始冻胀力峰值与二次冻胀力峰值变化趋势可作为裂隙岩体受冻融影响损伤劣化程度的判断依据;(3)岩体结构特性影响冻胀力演化规律,岩体基质的微细观结构影响冻结过程中水分迁移;宏观预置裂隙几何形态影响冻胀力演化规律,扩展程度越大的裂隙积聚出的冻胀力越大。疲劳冻融下冻胀力演化规律的研究可为寒区岩体工程长期冻融稳定性预测及工程建设提供理论依据。

摘要： 研究发现,冻土地区的隧道当处于裂隙围岩条件时,作用于衬砌结构上的冻胀力不仅与裂隙和隧道之间的距离有关,而且还与裂隙的分布密度、组数、产状以及裂隙的宽度有关,特别是裂隙分布的角度对于冻胀力的大小及分布有很大的影响。为此,引入了矢量分析方法对冻胀力作具体分析,并提出相应公式；采用有限元数值计算分析方法,对三种不同工况的计算结果进行具体对比研究.研究表明,当裂隙分布方向平行于衬砌结构切向时,冻胀压力为最大,结构的内力为最大；当平行于衬砌结构径向时,作用于结构上的冻胀压力并不出现,结构的内力为最小；其它角度分布时,冻胀压力和结构内力的大小介于上述两种情况之间.该结论与矢量分析公式求解方法分析结论相一致.

摘要： 基于相似理论，开展了双圈管同步冻结条件下黏土冻结壁形成过程冻洚力模型试验研究。在试验条件下黏土冻结壁交顺序为外圈管、内圈管两圈管之间，冻结310d后冻结壁发展以井帮位置。随时间发展，外圈管内侧温度分布逐渐均匀，而外圈管外侧仍存在较大温度梯度。结果表明：冻胀力的发展变化与冻结温度场密切相关，且表现出显著的时空不均匀性。在冻结壁形成过程中，两圈管之间首先出现冻胀力，之后逐渐由两圈管向外扩展，两圈管之间与外侧冻胀力的差异程度随时间增长而增大。冻结初期井心附近应力随时间增长而降低，至190d开始出现冻胀力。之后，随冻结时间增长，井心与两圈管之间的冻胀应力场梯度减小，而两圈管之间与冻结鐾上边界仍存在较高梯度。

摘要： 郓城煤矿新建矿井采用冻结法施工表土层和风化基岩段，冻结土层强度低，流变性显著。为防止在冻结施工过程中产生冻结管断裂事故，建立了副井冻胀力信息化施工监测系统，全面准确地进行冻胀力信息采集。通过对冻胀力监测数据分析后发现，冻结壁内部冻胀力的变化规律可大致分为5个变化阶段；冻结壁外部冻胀力有着相似的变化规律，但冻结壁外侧冻胀力的产生与积聚相对滞后于冻结壁内侧；井筒掘砌工作面逼近测试深度后，冻结壁外侧水平土压力下降幅度明显低于其内部径向土压力；基于冻胀力信息监测，及时调整冻结施工工艺，既加快了冻结施工速度，又确保了冻结施工的安全与质量，为井筒冻结段施工决策提供了科学的指导。

摘要： 冻胀力是冻土隧道支护结构产生病害的主要原因之一,为掌握多年冻土区昆仑山隧道冻胀力的分布形态以及随温度变化的规律,进行了现场测试研究.研究结果表明,到目前为止昆仑山隧道整个支护结构是安全可靠的;冻胀力随着气温、季节的变化而变化,2004年后其变化基本趋于稳定,实测到的冻胀力最大值为0.3 MPa,分布于围岩与初期支护之间仰拱部位;初期支护与二次衬砌之间的冻胀力很小,二次衬砌支护强度可考虑适当减弱;运用影响线理论绘制出了冻胀力包络图,其为确定作用于支护结构上的最不利荷载提供了一种合理有效的方法.

摘要： 为研究寒区隧道衬砌结构在冻胀作用下的变形特征,设计了一种室内模型试验,根据在建的巴郎山隧道洞口段围岩及衬砌结构特征制作出隧道模型,利用制冷设备在模型隧道洞腔内制造出与现场相同的低温环境使模型中的地下水降温冻结,分析衬砌结构在冻胀力作用下的变形特征.试验结果表明,隧道模型在低温环境作用5d后即达到满足地下水冻结的温度条件,衬砌在冻胀作用下产生变形,其中边墙和拱顶处衬砌产生的应变较大,最大应变为122μ,仰拱和墙脚处衬砌应变较小,最小应变为25μ.

摘要： 当冻土地区隧道衬砌结构的洞周围岩局部存在空洞或者隧道衬砌本身局部存在裂缝时,较易产生冻融循环,伴随着这种恶性循环将产生越来越大的冻胀力.冻胀力是导致冻土隧道冻害的主要原因,其形成主要是由于衬砌结构内部或周围的一定厚度岩体内的水结冰体积膨胀而产生的,将对结构受力产生不利的影响.通过数值计算,对冻融循环在隧周存在空洞和衬砌存在裂缝等情况作分析研究.高海拔严寒地区隧道冻害的防治需从多方面着手，为防止冻融作用对隧道结构的不利影响，结构设计和围岩改善等措施需要综合考虑。衬砌背后的空洞必须回填密实，因为围岩是一种弹塑性材料，随着冻融循环次数的增加，冻融作用会使孔隙变大，即积水空间增大，积水冻结后对衬砌的冻胀力将较上一个冻融循环时增大。因为裂缝产生的冰楔效应，隧道二衬一定要采用钢筋混凝土结构，特别是在衬砌的边墙墙脚结构受力不利的位置，应考虑采用变截面并加强配筋。另外，可考虑在冻结圈范围内设计注浆隔水圈，起到一定程度的既隔水又隔热的效果。

摘要： 考虑到多年冻土冻胀融沉的特点，结合青藏铁路格拉段唯一的支挡结构—L型挡墙这一工程措施，对其地温、墙后土压力和冻胀力以及水平位移进行了全面测试。测试表明，由于开挖和施工扰动破坏了土体热平衡的自然状态，地基融化深度、土压力、冻胀力和挡墙变形都存在周期性变化，但L型挡土结构作为一种开敞式工程结构，只要没有新的扰动，能够逐渐形成稳定状态或这一平衡是能够恢复的。此外，土压力和冻胀力需根据墙顶实际位移反算结果进行修正。

摘要： 本文首先介绍了寒区隧道冻胀力的弹性公式,其次推导了塑性区应力分布和塑性区边界的解析解,给寒区隧道的稳定性分析提供参考,最后给出算例,比较冻胀前后的冻胀力变化和塑性区扩展.

摘要： 本文对寒区隧道所受的冻胀力进行了计算,从衬砌厚度方面对寒区隧道所应受到的冻胀力进行了分析,提出了衬砌厚度的求解公式,提出了冻害防治对策.

摘要： 冻害是寒区隧道常见的工程病害,造成冻害的原因很多,其中冻胀力是寒区隧道冻害发生的主要原因.因此,在寒区隧道的研究中,要避免和减轻寒区隧道工程中冻害的发生,最关键的问题是研究冻胀力的发生、发展以及怎样预防或消减冻胀力,对寒区隧道的冻害机理及防治方法进行了系统的研究.提出了冻胀现象产生必须同时满足的三个条件:有能使水结成冰的足够低的温度、衬砌必须提供阻止水体结冰膨胀变形足够的刚度、有足够的水源,并由此提出防治冻害的研究方向即采取措施使三项条件有一条不满足即可有效地防止冻害.利用ANSYS有限元对寒区隧道冻胀力进行了数值模拟,通过对理论计算结果和数值模拟结果的比较分析,提出寒区隧道冻胀力的基本防治措施,对寒区岩石隧道工程的设计和施工具有指导意义.

摘要： 本发明涉及一种量测人工冻融土冻胀力与冻胀量的试验装置，该装置包括：底板，设有第一密封槽；土样腔，嵌于所述底板的第一密封槽上，盛装土样；顶盖，设有第二密封槽、通过第二密封槽盖设在所述土样腔顶部；支架，连接在所述顶盖和所述底板之间；土样盖板，设于所述土样腔内；连杆，贯穿所述顶盖，下端抵接在所述土样盖板上；补水连接管，贯穿所述顶盖，连接所述土样盖板；还包括：冷冻液腔，设于所述土样腔内，固定在所述底板上，盛装冷冻液；测力计，承接所述连杆的上端；反力架，连接所述测力计。与现有技术相比，本发明可以模拟多种土质的土体在不同冻结温度下的冻融过程，为研究土体在单向冻结条件下的冻胀规律提供便利。

摘要： 一种自动量测冻胀力仪器，由锚固部分、量测部分和采集发布部分组成，所述量测部分包括三个集测量冻胀力和温度的于一体的测力模块；所述锚固部分由锚头、连接锚杆和安装板组成，所述锚头为一端带有尖锥状钻头的金属杆，金属杆的外壁上布有若干弹簧片；安装板包括顶板和垂直于顶板的两个相邻侧底板；所述连接锚杆一端和锚头连接，另一端和安装板连接；所述三套测力模块分别设置于顶板和两个侧底板上，测量三维方向的冻胀力；所述采集发布部分用于控制三个测力模块依次进行测量，控制信息传输进行数据传输。本发明能长期自动测量输水渠道的三维冻胀力。

摘要： 本发明涉及一种隧道局部存水冻胀力计算方法、计算系统、存储介质、季冻区隧道衬砌冻胀设计方法，该方法根据积冰深度、围岩弹性抗力系数、冰体弹性抗力系数、衬砌弹性抗力系数、冰的冻胀率，能够方便的计算季冻区隧道局部存水冻胀力。本发明给出的一种隧道局部存水冻胀力计算方法、计算系统、存储介质、季冻区隧道衬砌冻胀设计方法，对于隧道工程施工和设计具有重要意义。

摘要： 本发明涉及一种量测人工冻融土冻胀力与冻胀量的试验装置，该装置包括：底板，设有第一密封槽；土样腔，嵌于所述底板的第一密封槽上，盛装土样；顶盖，设有第二密封槽、通过第二密封槽盖设在所述土样腔顶部；支架，连接在所述顶盖和所述底板之间；土样盖板，设于所述土样腔内；连杆，贯穿所述顶盖，下端抵接在所述土样盖板上；补水连接管，贯穿所述顶盖，连接所述土样盖板；还包括：冷冻液腔，设于所述土样腔内，固定在所述底板上，盛装冷冻液；测力计，承接所述连杆的上端；反力架，连接所述测力计。与现有技术相比，本发明可以模拟多种土质的土体在不同冻结温度下的冻融过程，为研究土体在单向冻结条件下的冻胀规律提供便利。

摘要： 本发明公开了一种基于岩‑水‑冰力原位测试的岩质隧道冻胀力模型，组合利用孔隙水压力计、土压力盒和多点铂电阻温度传感器进行了裂隙岩石冻胀力原位测试,得到了裂隙岩石冻结前后裂隙水压力、冰压力、围岩压力的时间、空间演化规律，将理论模型计算结果、原位测试结果与已有研究结果进行了比较分析。本发明利用现场原位测试，在以往以含裂隙岩体冻融循环力学试验为主的试验体系外创新了试验方法、弥补了测量手段的不足，获取了天然含水裂隙中的冻胀力，从宏观和工程应用着手，避免了对裂隙岩石细观结构和裂隙几何形态的讨论；考虑了低温水冰相变的大致区域以及水分迁移方向。本发明将为目前正在开展的川藏高速公路类似工程建设提供参考。

摘要： 本发明公开了一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，包括以下步骤：一、冻胀力监测传感器的选型；二、安装冻胀力监测传感器；三、冻胀力监测管的水密性检测；四、标记测温管孔位；五、冻胀力监测管随着测温管跟管钻进；六、数据采集。本发明通过在测温管上连接安装有冻胀力监测传感器的冻胀力监测管来进行冻胀力监测，不仅能够监测冻结范围外部的冻胀力或工程结构受力情况，同时还能够进行冻结圈层内部冻胀力发展情况的监测，能有效提高施工效率，降低操作难度，有效避免监测工作引发涌水涌砂现象，解决了冻结范围内无测试元件工作面、传输电缆保护、监测与施工协调性、监测作业风险等问题。

摘要： 本发明提供季节性冻土区隧道冻胀力模拟试验装置及其使用方法，解决了现有技术中的寒区隧道冻胀力室内试验模型存在的问题。包括底盘，底盘顶面四周固定有防护玻璃和基柱，每个基柱的内侧面上均安装有调节板，每个调节板的左右两侧面均滑动有伸缩板；位于底盘前后端的防护玻璃中部开有玻璃通孔，位于前后端的基柱中部开有基柱通孔，位于前后端的调节板中部开有隧道通孔，两个玻璃通孔、基柱通孔以及隧道通孔内放置有冻胀外壳，冻胀外壳内部放置有隧道模型，隧道模型外壁上固定有土压力盒，冻胀外壳外壁上连接有水囊，四个防护玻璃的顶部连接有玻璃盖板。本发明得出的试验数据能够真实的反应冻土区各处存水对于隧道冻胀力的影响，具有很强的实用性。

摘要： 本实用新型公开了一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，包括支架、安装在支架上的固结试验仪和压力测量装置；支架位于固结试验仪上方位置处具有一横杆，横杆上安装有可上下调节位置的长杆；固结试验仪包括计量表，以及放置在固结试验仪加压盖上的铁块；压力测量装置安放于横杆和固结试验仪之间，其上部与长杆下端顶紧，其下部与铁块顶紧，长杆轴线与量力环、固结试验仪加压盖中心线位于同一竖直线上。本试验装置在土体冻胀后不需移动试样在同一仪器中即可量测融沉变形。

摘要： 本实用新型公开了一种地铁长壁杯形水平冻结的冻胀力监测装置，包括多个冻胀力监测管，冻胀力监测管内安装有多个土压力传感器，冻胀力监测管内设置有一个方管，冻胀力监测管为圆管且其管壁上开设有多个通孔，方管的两端分别设置有一个凸沿结构，土压力传感器的一端安装在方管的一侧外部，土压力传感器的另一端置于通孔内，土压力传感器不凸出至冻胀力监测管的外侧。本实用新型结构设计合理，通过在相邻两圈水平冻结管之间、以及最外圈的水平冻结管的外圈均设置冻胀力检测管来进行冻胀力监测，不仅能够监测冻结范围外部的冻胀力或工程结构受力情况，同时还能够进行冻结圈层内部冻胀力发展情况的监测，能有效提高施工效率，降低操作难度。

摘要： 本实用新型公开了一种地铁水平冻结的冻胀力监测装置，包括多个测温管、连接在测温管上的冻胀力监测管、以及多个安装在冻胀力监测管上的土压力盒，测温管包括两个装配式测温管节段，冻胀力监测管连接在两个装配式测温管节段之间，冻胀力监测管的两端分别设置有一个连接头，连接头上设置有多个自锁扣，装配式测温管节段的一端内壁上固定有一个圆形套筒，圆形套筒的内壁上开设有一个环形槽，冻胀力监测管上设置有多个沉槽。本实用新型结构设计合理，通过在测温管上连接安装有土压力盒的冻胀力监测管来进行冻胀力监测，不仅能够监测冻结范围外部的冻胀力，同时还能够进行冻结圈层内部冻胀力监测，能有效提高施工效率，降低操作难度。