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冻结管对人工冻结构件加筋作用的试验研究及数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究冻结管对人工冻结构件的加筋作用,通过淤泥质粘土人工冻结梁构件三点弯试验,获得了各级载荷下构件的位移值,并运用MARC软件中的加筋单元进行了对应的有限元计算. 根据对冻土梁加筋与否,构件特定力学响应的比较分析,揭示了考虑土层冻结构件中冻结管的加筋作用对于增加冻结构件强度,减小变形量及对提高人工冻结支护工程经济效益的重要作用. 同时,通过物理试验和数值模拟试验的对比,验证了应用MARC软件进行类似计算的可靠性. 相似文献
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盐渍土冻结温度的试验研究 总被引：16，自引：6，他引：10
冻结温度是判别土体是否处于冻结状态的指标,在人工冻结和数值模拟计算中影响冻结壁的厚度和计算精度.通过采用不同土体添加不同的盐分,对不同含水量和含盐量土体进行盐渍土的冻结温度试验,考虑了不同因素对土体冻结温度的影响.实验表明：不论何种土含有何种离子,土体的冻结温度随含盐量的增加而降低,随含水量的增加而增大;土中易溶盐的含... 相似文献
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为分析加筋材料的抗弯刚度对加筋性能的影响,加筋材料采用梁单元形式。基于动态松弛法,通过定义梁单元的刚度矩阵,求解内力矢量,随后定义虚拟质量密度而建立总质量矩阵,将加筋材料的梁单元有限元模型嵌入到已有的动态松弛法求解程序中。通过对简支梁的简单加载模拟验证了该梁单元模型的准确性能。随后,将该有限元模型与已有的动态松弛法计算程序结合（含砂土本构及弱面单元模型）,对加筋砂土地基室内模型试验进行了数值模拟。将梁单元的模拟结果与杆单元（梁单元的特例）模拟结果进行了比较,并分别探讨了抗拉刚度和抗弯刚度对加筋砂土地基承载性能的影响。结果表明：抗拉刚度对承载能力的影响较小;抗弯刚度对承载力的影响程度与加筋材料的布置形式有关,特别是当加筋砂土中出现剪切带以后,其影响逐渐增大。因此,在分析加筋砂土结构的增强机制时,建议采用梁单元（具有一定的抗弯刚度）对加筋材料进行模拟。 相似文献
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土工加筋抗冻胀工作机制的研究 总被引：2，自引：0，他引：2
在分凝势理论的基础上，建立了一套考虑温度、水分及冻土－未冻土－筋材体系应力变形诸因素耦合预测加筋土冻胀和筋材拉力的计算方法，并对一维冻结室内模拟试验进行了理论分析和数值计算。通过对加筋消减冻胀及其抗冻胀工作机制的分析，提出了加筋材料对土体施加的约束，不仅减小了土体的冻胀速率，而且还使冻胀位移向未冻土区发展，从而可有效地消减土体冻胀的结论。 相似文献
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在深度不太大的基坑而条件适当时可采用小规格型钢加筋水泥土结构作为挡土墙,但对其破坏模式和刚度仍缺乏深入地研究。与以型钢刚度为主的SMW工法不同,加筋水泥土墙的刚度可能主要依赖于水泥土,型钢主要承担拉应力。打设了6根不同截面高度的模型梁,采用钢板模拟型钢作为加筋,以不同加载方式的水泥土复合梁抗弯试验,分析了试验条件下钢板-水泥土复合梁的破坏机理和抗弯组合强度和抗弯承载力。将复合梁的刚度变化划分为两个阶段,提出了分阶段的特征组合刚度计算方法。当承载力满足足够安全度要求时,建议工程设计时取第一阶段末的特征刚度来计算加筋水泥土挡土墙变形。 相似文献
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利用多次冻融后加筋黏土路堤相关试验参数对其进行有限元计算, 确定了加筋黏土结构各初始因素对其工作性能的影响规律, 并利用ABAQUS有限元计算软件对各种计算条件下的位移和应力进行求解, 确定了冻融循环后位移和应力的最大值. 结果显示: 增加加筋黏土路堤中的格栅层数可以减小冻融后加筋路堤的竖向和水平位移及土体剪应力最大值, 且格栅层数的增加对土体变形的影响强于对土体剪应力值的影响. 土体压实度的增大可以减小加筋路堤的竖向和水平位移, 同时引起土中剪应力数值的增大; 土体初始含水率的减小可以减小加筋路堤的竖向和水平位移, 同时引起土中剪应力数值的减小. 相似文献
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人工侧向冻结条件下土的冻结试验 总被引：6，自引：2，他引：4
在人工侧向冻结、正弦和恒温2种冻结温度、开放和封闭条件下,对含水率为32 %的重塑粉质黏土进行了4组冻结试验。结果表明,补水条件相同时侧向正弦冻结试样的冻结速度比封闭正弦冻结试验的缓慢,当其冻结状态进入稳态之后,试样的整体温度场随着侧向冻结温度的正弦变化而出现相应的波动,但径向各段的温度梯度的相位滞后于正弦温度相位半个周期;正弦冻结试样与恒温冻结试样在同一条件下的冻胀量相近,封闭体系下自上而下轴向冻结试样的冻胀量高于同条件下侧向冻结试样的冻胀量;人工冻结工程中应考虑大气环境温度变化（如昼夜温差）及冷能侧向输入土体内时对冻土温度场的变化的影响。 相似文献
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You-Liang Chen Rafig Azzam Tomas M. Fernandez-Steeger Lei Li 《Geotechnical and Geological Engineering》2009,27(1):155-167
The ground freezing construction technique is one of the most effective and widely applied site construction methods in soft
soil areas, like Shanghai. Some elevation-inclined refrigeration pipes are arranged for the artificial freezing excavation
of the Pudong-side first-storey connection aisle, which is designed to connect two adjacent tunnel lanes of Shanghai East-Fuxing-Road
tunnel project. No advanced research results could be found for computing the temperature field of tunnels and aisles frozen
with inclined refrigeration pipes. Anyhow the computation of the relevant temperature field is of high importance for the
safe and economical excavation of the above-mentioned aisle. In this paper, a method for computing the aisle temperature field
using 3D FEM is given, and the computation accuracy is verified by contrasting the computed and site measured results. The
back propagation neural networks are also applied to the temperature prediction using self-developed Neural Network-Expert
System software, the predicted results are also very satisfactory. The mechanism during freezing and aisle excavation will
be discussed on the basis of 3D FEM simulation. The authors believe that studying the parameter-sensitivity of temperature
field is very important for the optimum selection of parameter values. So, in this paper, the parameter-sensitivity of temperature
field is also discussed. In order to obtain the optimum frozen wall thickness, the relation between the frozen wall thickness
and the initial freezing brine temperature is studied. At the end, an excavation pre-control plan is proposed by means of
fuzzy logic theory for improving the excavation safety. The research result of the current paper is very helpful for projects
that will be excavated by freezing construction technique. 相似文献
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竖向直排冻结方式常用于软弱地层中斜井掘进和深基坑止水帷幕的冻结法施工中,目前国内外对该冻结方式下水平冻胀力的分布研究鲜见报导。以某斜井冻结工程为背景,推导出温度场、应力场和水分场等相似模拟准则,设计了竖向直排冻结模型试验并细化具体试验方案,利用大型三维模拟冻结试验系统,对竖向直排冻结条件下不同深度土体的水平冻胀力分布特性进行了试验研究。结果表明,竖向直排冻结过程中埋深对水平冻胀力的影响明显,在其他条件相近的情况下同一水平面中水平冻胀力的大小与温度密切相关;冻胀力的变化率主要受冻结锋面位置的影响,距离冻结锋面较近时冻胀力的变化率逐步达到峰值;已冻土体的冻胀力随冻结锋面向外发展而趋于平稳。 相似文献
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Artificial ground freezing (AGF) is a commonly used technique in geotechnical engineering for ground improvement such as ground water control and temporary excavation support during tunnel construction in soft soils. The main potential problem connected with this technique is that it may produce heave and settlement at the ground surface, which may cause damage to the surface infrastructure. Additionally, the freezing process and the energy needed to obtain a stable frozen ground may be significantly influenced by seepage flow. Evidently, safe design and execution of AGF require a reliable prediction of the coupled thermo‐hydro‐mechanical behavior of freezing soils. With the theory of poromechanics, a three‐phase finite element soil model is proposed, considering solid particles, liquid water, and crystal ice as separate phases and mixture temperature, liquid pressure, and solid displacement as the primary field variables. In addition to the volume expansion of water transforming into ice, the contribution of the micro‐cryo‐suction mechanism to the frost heave phenomenon is described in the model using the theory of premelting dynamics. Through fundamental physical laws and corresponding state relations, the model captures various couplings among the phase transition, the liquid transport within the pore space, and the accompanying mechanical deformation. The verification and validation of the model are accomplished by means of selected analyses. An application example is related to AGF during tunnel excavation, investigating the influence of seepage flow on the freezing process and the time required to establish a closed supporting frozen arch. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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双排管冻结下冻结壁温度场形成特征的数值分析 总被引：19，自引：0，他引：19
冻结时间、冻结壁厚度和冻结壁温度场的性状是冻结法施工的关键参数,以工程实例为背景,考虑了水的导热系数λ和比热c的相态变化以及冻结管吸热参数随温差而变化等因素,利用ANSYS大型有限元计算程序,对单、双排管冻结下冻结壁的形成及其变化特征进行详细的计算分析,得出了双排管冻结下冻结时间缩短、冻结效率提高、冻结壁平均温度下降等特性.最后,探讨了双排管冻结下冻结壁平均温度的简化计算方法 相似文献
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复杂环境下浅埋暗挖隧道穿越薄富含水层冻结温度场研究 总被引：1，自引：0，他引：1
提出了南京地铁2号线新街口－上海路隧道穿越薄富含水层冻结法止水加固方案,利用ADINA有限元软件对该浅埋暗挖隧道涌水段建立冻结温度场数值模型,分析了冻结管间距、冻结盐水温度、冻结管直径对冻结壁发展速率、冻结壁厚度、平均温度的影响,以此为基础对冻结参数开展优化设计,并获得成功应用。研究结果表明：利用人工冻结技术能够有效解决这一特殊岩土工程难题。为了在支护段获得有效地止水冻土帷幕,冻结管间距应小于等于1 m;冻结工程中采取-30℃的盐水温度既能满足需冷量,又能符合经济性要求;采取大直径的冻结管对增加冻土墙厚度与降低冻土壁平均温度的影响并不显著。 相似文献
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拱北隧道暗挖段作为港珠澳大桥珠海连接线的重点工程,首次运用管幕冻结法进行施工。该法综合管幕法和人工地层冻结法的优势,可在隧道断面形成“顶管?冻土帷幕”复合支护体系,有效实现“承载”与“顶管间止水”的双重目标,确保隧道开挖时的稳定与安全。为获得“顶管?冻土”复合结构的温度、变形与力学特性,基于相似理论自主研发构建一套相似模型试验系统并开展试验研究,同时利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立数值计算模型进行模拟验证。结果表明:复合结构的冻结温度场因空、实顶管及其内部冻结器的布置形式呈现不均匀分布特征,冻土形成速率在冻结后期明显变缓;土体竖向冻胀变形在60~160 min内急剧增大,且冻胀量随深度增加而增大,整体规律与温度场分布密切相关;土体冻结产生的冻胀力对顶管水平受力影响较大,空顶管相对刚度较小而产生较大水平变形;在加载阶段,顶管受力与变形均以竖向为主。因空、实顶管刚度差异和冻土厚度不均匀的共同影响,空顶管竖向变形包含了“弯曲”与“压扁”并具有非线性特征,其跨中截面底部竖向位移峰值约为实顶管的1.6倍;加载至0.28 MPa时,管间冻土首先发生破坏,进而导致顶管间封水功能失效,实际施工中应重点监测空顶管的变形规律、管间冻土帷幕的温度变化及其完整性。研究成果可为管幕冻结法的施工与监测提供参考,也可为热力耦合数值计算模型提供验证依据。 相似文献
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通过大量的人工冻结黏土蠕变试验研究,获得在高偏应力下人工冻结黏土具有显著的蠕变特性：当应力水平较低时,人工冻土发生黏弹性蠕变变性;当应力水平较高时,人工冻土发生黏塑性蠕变变性。因此,以西原模型为基础,增加一个黏弹性元件项和用抛物线屈服函数代替塑性屈服项,构建了高应力下抛物线型黏弹塑性蠕变本构模型。改进的西原模型可以较好描述人工冻土剪切蠕变特性。基于小生境技术的遗传算法和人工冻土黏弹塑性模型有限元理论,在FEPG（有限元程序生成器）自动生成平台上研发了位移反分析程序。利用现场实测数据对深井冻结井筒开挖过程进行了位移反分析,获得了与试验相一致的冻土本构力学模型参数,数值分析结果与实测数据之间的误差在6%以内,反演结果验证了模型的可行性。冻结井筒开挖过程的位移反分析获得的人工冻土本构模型参数,能反映冻结壁施工过程和有效冻结范围内冻土本构参数平均值,因而具有广泛的代表性,对冻结壁应力场、位移场和稳定性预测具有重要工程意义。 相似文献
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A.R. Jumikis 《Engineering Geology》1979,13(1-4):287-297
Despite its important practical value the problem of artificial thawing of frozen soils by the vertical, cylindrical defreezer-pipe method has been studied only comparatively recently.
To facilitate excavation and/or foundation work in frozen soil in seasonally freezing and/or permafrost regions, the frozen soil can be loosened up, among other methods, by artificial thawing. For this purpose it is necessary to evaluate the amount of thermal energy needed to bring about the desired thawing. Such an evaluation involves consideration of the relationships between the frozen and thawed soil properties; temperature of the defrosting agent; the size and spacing of the defreezer pipes; and the time required to thaw a certain amount of frozen soil. Although in practice several methods are used for artificial thawing, in this paper, discussion on and calculations for defrosting of frozen soil are presented relative only to thawing by means of vertically installed defreezer pipes. 相似文献
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地铁超长水平冻结法冻结壁形成特性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
根据带相变瞬态温度场的传热控制微分方程,应用数值方法分析了地铁超长水平冻结法温度场分布规律,模拟冻结壁形成过程.应用准三维方法将三维问题转化为二维问题,通过对冻结管沿程水平方向盐水温度分布的计算,分析水平方向冻结壁发展的差异性规律.结果表明:对于地铁超长水平冻结法施工,冻结管沿程冻结壁发展存在较大差异,包括冻结壁交圈时间、冻结速率,冻结壁厚度等.为以后水平冻结法施工冻结壁形成过程的预测与评价提供了方法,同时该方法也可以用于竖井冻结施工中冻结壁形成的分析和研究. 相似文献
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人工地层冻结技术被广泛应用于地下工程施工中。冻结温度场的计算是人工冻结法理论研究的基础,也是冻结施工设计的重要依据。人工地层冻结施工常使用环形单圈冻结管冻结,而至今尚无关于其温度场的解析解。基于水-热异类相似原理,根据传热过程与地下水流动相似的特点,利用保角映射、汇源反映和势函数叠加原理,类比推导了环形单圈冻结管稳态温度场解析解,并用热学数值模拟方法加以验证,同时提出了简化的解析公式。结果表明,解析解计算结果与数值模拟结果较吻合,其简化公式得到的结果与原解析公式基本一致。在解析公式的基础上,经过简化,反推得到外部冻结壁厚度公式。解析解、简化公式以及厚度公式可为环形单圈冻结施工与设计提供理论的依据与指导。 相似文献