分级加卸载作用下冻结界面黏弹塑性剪切蠕变解耦分析研究     

王博通  张明礼  王运华  高樯  温智  周志伟  马巍  王大雁 《冰川冻土》2023,(6):1849-1858

桩-土界面间冻结力及荷载作用下界面的剪切力学行为是决定冻土区桩基础承载性能和荷载传递的关键。由于冰的显著流变性及高含冰量冻土区上限附近厚层地下冰的广泛分布特征,桩基础中上位具有的冰冻结界面剪切蠕变特性对桩基础的承载性能有显著影响。为研究桩冰冻结界面剪切变形特征及其内在机制,开展了-3℃、-5℃下冰-钢管结构分级加卸载剪切蠕变试验。通过对变形曲线的分段独立解耦,分析了冻结界面的黏弹塑性剪切变形行为。结果表明,界面剪切变形可分解为瞬弹性(S_ie)、瞬塑性(S_ip)、黏塑性(S_vp)以及黏弹性变形(S_ve)。广义弹性剪切模量随分级荷载的增加逐渐变大,表明加卸载过程中结构未加速破坏前界面存在明显的强化效应。界面剪切蠕变特征随剪应力水平的增加由衰减向非衰减过渡。其中,黏弹性变形和低剪应力水平下黏塑性变形均表现为衰减性,且荷载越大,黏弹性变形越大。高应力水平下黏塑性表现为非衰减性,且变形速率随剪应力水平增加显著提升。整体而言,冻结界面塑性变形值占总累计变形的比例先减小,后增大,其中瞬塑性变形主要存在于应力水平较...  相似文献   

尾砂胶结含盐冻结充填体力学特性研究     

吴再海  纪洪广  姜海强  齐兆军  寇云鹏 《岩土力学》2020,41(6):1874-1880

矿山充填开采正逐步向寒区甚至永久冻土区发展，这些区域含盐地下水分布非常广泛。同时，极端寒冷条件下往往需要向充填材料中加入一些防冻盐以防止料浆在输送过程中发生冻结。通过室内测试分析了?6 ℃环境下不同盐分（NaCl）膏体充填体力学特性（强度和初始弹性模型）随时间演化特征。利用单轴压力机测得了龄期为7、28、90 d膏体充填体的强度和初始弹性模量，结果表明NaCl的加入会降低冻结充填体的强度，其影响程度取决于胶结料类型。试样的强度随着养护时间的增加而增大。此外，不论盐分浓度、养护时间和胶结料类型，试样的强度与初始弹性模量之间存在显著的线性关系。该研究结果可以为寒区含盐膏体充填技术的开展提供一些依据。  相似文献   

浅埋隧道冻结法施工地表冻胀融沉规律及冻结壁厚度优化研究     

郑立夫  高永涛  周喻  田书广 《岩土力学》2020,41(6):2110-2121

浅埋隧道对地表冻胀、融沉变形有严格要求。针对珠机城际轨道交通项目联络通道冻结壁设计改进问题，基于热?力耦合理论，利用有限差分数值计算方法对冻结法施工全过程进行模拟，通过比较研究不同厚度冻结壁模型引起的地表冻胀、融沉变形及隧道管片变形规律，实现冻结壁厚度的优化设计。研究表明：（1）该数值模型可有效模拟地表冻胀、融沉变形，利用已查明数值误差对计算结果进行折减可得到较为准确的实际变形预测值；（2）不同模型地表冻胀、融沉规律大致相同，但变形量及影响范围随冻结壁厚度减小呈递减趋势，当冻结壁厚度为2.5 m及以下时变形基本满足规程要求；（3）土体冻胀、融沉变形并非简单的互逆过程，融沉变形通常大于冻胀变形，平均超出量达40%，应特别注意；（4）冻结壁厚度越大相应产生的冻胀力越大，通过优化冻结壁厚度可有效控制隧道管片附加应力及变形的产生，保护已建隧道结构安全；（5）综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度，成果直接应用于4#联络通道冻结法施工，经现场监测表明该优化方案有效、可行，对类似工程冻结壁厚度设计具有较好的推广应用价值。  相似文献   

冻结作用下粉土-混凝土接触面抗拉强度试验研究   总被引：2，自引：1，他引：1  

高晓静  孙铁成  李晓康  廖一鸣 《冰川冻土》2020,42(2):499-507

为探究冻结作用下土与结构接触面抗拉强度的影响因素及变化规律， 开展了冻结状态下多种含水率、 温度及干密度的粉土-混凝土接触面抗拉强度正交试验研究。试验结果表明： 在试验温度下，粉土-混凝土接触面的冻结抗拉强度约为饱和黄土的1/10， 粉质黏土的1/10 ~ 1/7； 含水率对接触面的冻结抗拉强度影响最大， 其次是温度、 干密度； 在试验含水率范围内， 接触面的冻结抗拉强度与含水率正相关； 温度降低会增大接触面冻结抗拉强度， 在-2 ℃至-6 ℃， 冻结抗拉强度迅速增长， 在-6 ℃以后， 冻结抗拉强度的增长速率显著减小。结果证明： 低温、 高含水率、 低干密度条件下， 接触面冻结抗拉强度达到最佳； 三种因素对接触面冻结抗拉强度具有不同的影响程度， 其中含水率、 温度影响显著， 干密度影响不显著； 在试验含水率区间内， 接触面冻结抗拉强度随含水率增长呈线性增长态势， 且含水率、 温度之间存在交互作用； 随温度降低， 存在一临界负温， 接触面冻结抗拉强度由迅速增长转为缓慢增长。  相似文献   

冻结粉质黏土-桩基接触面剪切特性试验研究   总被引：3，自引：3，他引：0  

刘庆贺  王永涛  徐湘田  赵宇琴  李高升  张伟东 《冰川冻土》2020,42(2):491-498

在寒区工程中， 建筑物的冻拔病害和冻土-桩基接触面间的剪切特性密切相关。借助自制的试验模具， 采用压桩法对冻结粉质黏土中埋置的混凝土桩、 钢桩以及木桩进行了不同负温条件下的剪切试验。结果表明： 在负温下随着剪切位移的增加， 剪切力经历线性增长、 骤降的脆性破坏、 维持恒定三阶段。温度越低， 桩与冻土间的冰胶结力越大， 冻结强度越大， 残余强度越大， 破坏允许位移也越大。在-30 ℃时， 木桩与冻土间的冻结强度最大， 混凝土桩与冻土间的冻结强度次之， 钢桩与冻土间的冻结强度最小。混凝土桩、 钢桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用线性拟合， 木桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用二次多项式拟合， 三种桩的破坏允许位移与温度的关系均呈现线性规律。研究成果可为寒区结构物抗冻拔病害防治提供参考。  相似文献   

地质特深孔绳索取心钻杆机械性能研究          下载免费PDF全文

尹浩  梁健  孙建华  彭莉  郭宝科  李鑫淼  蔡纪雄  刘秀美 《探矿工程》2020,47(4):58-64

地质特深孔绳索取心钻杆结构区别于API石油钻杆，其机械性能计算不可直接引用API石油钻杆的相关理论公式。针对这一理论依据与计算方法缺失，本文对地质特深孔双台肩钻杆接头进行了受力分析，开展了钻杆接头拉伸载荷与扭转载荷计算理论研究，构建了绳索取心钻杆机械性能计算的理论方法。同时，通过有限元分析和台架试验，确定了H-5000规格双台肩绳索取心钻杆的机械性能，验证了计算方法的准确性，并提出了钻杆结构改进建议与下一步研究方向，为高性能薄壁绳索取心钻杆“服役”于5000 m地质岩心钻探工程提供了技术支撑。  相似文献   

西北内陆盆地降水入渗补给季节性变化——以新疆昌吉地下水均衡试验场为例     

齐子萱  周金龙  季彦桢  孙英  王新中  郑玉莲 《水文地质工程地质》2020,47(5):12-20

西北内陆盆地降水稀少，一年中有较长时间的冻结期，了解其降水入渗补给规律的季节性变化对于准确评估其地下水资源量和解释气候变化对其地下水补给的影响非常重要。采用新疆昌吉地下水均衡试验站27套地中蒸渗仪1992—2015年试验资料，应用拉依达法则筛选出长系列观测资料中的异常值，结合昌吉试验场相关气象要素观测资料划分西北内陆盆地冻结期、冻融期和非冻结期的时间区间，分析不同时期影响降水入渗补给地下水的主要因素；计算不同时期多年平均降水入渗补给量占多年平均年降水入渗补给量的百分比，确定不同季节对年降水入渗补给的重要性；依据多年平均降水入渗补给量随潜水埋深的变化规律，确定冻融期、非冻结期不同土质降水入渗的最佳潜水埋深。结果表明:在试验条件下，砂卵砾石和细砂非冻结期最佳潜水埋深为0.5 m，轻黏土非冻结期最佳潜水埋深0.1 m；细砂冻融期最佳潜水埋深为1.0 m，砂卵砾石冻融期最佳潜水埋深为0.5 m，轻黏土冻融期最佳潜水埋深为0.1 m；冻结期地下水位埋深对土壤入渗能力的影响十分明显，潜水埋深和降水入渗补给量之间没有显著的线性关系；冻融期是西北内陆盆地浅埋型地下水降水入渗补给的重要时期，冻结期是西北内陆盆地深埋型地下水降水入渗补给的重要时期。  相似文献   

白垩系饱和冻结砂岩蠕变试验及本构模型研究     

魏尧  杨更社  申艳军  明锋  梁博 《岩土力学》2020,41(8):2636-2646

冻结法作为穿越富水软岩地层的重要施工方法，冻结壁的长期稳定性对于工程安全有着至关重要的作用。蠕变破坏是诱发冻结壁变形的显著特点之一，对研究冻结岩石蠕变的特性有重要的理论和工程意义。以白垩系饱和冻结砂岩为研究对象，开展–10 ℃低温冻结条件下，不同围压（0、2、4、6 MPa）的三轴蠕变力学试验。分析了饱和冻结砂岩蠕变变形，根据现有黏弹塑性模型开展了参数辨识并探究蠕变参数的变化规律，基于此提出考虑温度及损伤效应的蠕变本构模型。研究结果表明：低温冻结削弱蠕变过程中颗粒间的相互胶结力，使其蠕变特征明显；而围压却在一定程度上抑制饱和冻结砂岩内部损伤的发展，导致稳态蠕变速率随围压的升高出现明显的下降趋势。随围压的增加饱和冻结砂岩的蠕变破坏形态呈现出从剪切破坏到张拉破坏再到局部塑形硬化破坏的变化过程。在黏弹塑性模型的基础上，总结蠕变参数 、 和 随荷载的增加呈现先增后减的趋势，拐点为屈服应力；而参数 在大于屈服应力后出现并呈现先增后减的趋势。结合冻结岩石蠕变数据对定义的应力-低温耦合蠕变本构模型进行了参数辨识，并将该模型的计算结果与蠕变试验数据对比，验证所建立非线性模型的正确性与合理性。  相似文献   

复杂地质条件输水隧洞冻结施工段支护控制研究     

王超  张社荣  李宏璧  于茂 《工程地质学报》2015,23(2):311-319

穿越含水疏松砂岩层的深埋输水隧洞围岩稳定和支护控制问题是长距离输水生命线工程中的难点,其施工开挖和支护控制方法目前尚不完善。结合某深埋输水工程疏松砂岩层的支护工程实践,分析了疏松砂岩层冻结施工过程及解冻后土体力学性质的演化以及围岩支护联合受力机制,采用有限元法揭示了冻融过程下围岩的变形规律及支护受力演化特征,并提出疏松砂岩层冻结施工及分步联合支护的设计理念和支护方案。研究结果表明,采用分步联合支护方法能够得到较理想的支护效果,冻结施工段进行支护结构刚度设计和数值验证时应考虑冻融过程对围岩的扰动弱化,让各种支护手段在时间和空间上实现有效结合,使围岩和支护结构紧密结合,形成受力机制明确的联合受力体。  相似文献   

利用温度全局优化法探测堤坝多重集中渗漏   总被引：1，自引：0，他引：1  

王新建  朱大林  潘纪顺 《工程地质学报》2015,23(2):335-343

利用地温探测堤坝工程中的多重集中渗漏通道位置是一种反问题,为取得全局最优解及突破现有方法的局限性,采用不同优化算法相互配合的温度全局最优化方法,以达到有效准确探测显著集中渗漏通道的位置。结合各算法优势及目标函数不连续性等特点,选用全局搜索(GS)、多初始点(MS)及遗传算法(GA)3种方法联合补充优化。首先利用GS搜索局部最优点; 然后结合目标函数不连续点及上述局部最优点,人工增加MS优化起始点进行多初始点优化; 最后依据上述局部解,利用GA混合算法优化,从而有效提高全局最优化的概率。根据堤坝工程集中渗漏通道低温补给的特点,对优化目标函数进行了具有特定物理意义的修正; 为减少每次迭代的优化参数,基于温度测试精度提出分步优化方法,根据温度或修正目标函数残差吸引盆特征确定某步优化的集中渗漏数量; 由修正残差与温度测量精度相对大小确定优化是否终止,对应修正残差最小的优化结果为集中渗漏通道位置的真实解。结合工程实例,计算了某水库左坝肩的多重集中渗漏通道位置,分步优化了两个主要的集中渗漏位置,直接法优化3个集中渗漏位置。文献及工程实践证明了该法的正确性及有效性,为了堤坝等水利工程岩土体的集中渗漏整治提供了科学依据。  相似文献