不同顶管组合方式的管幕冻结温度场模型试验   总被引：1，自引：1，他引：0  

段寅  荣传新  程桦  蔡海兵  解德柱  丁杨龙 《冰川冻土》2020,42(2):479-490

拱北隧道作为港珠澳大桥珠海连接线的关键性工程， 在国内外首次成功运用了管幕冻结技术。以此为背景， 为更加全面地掌握饱和软土地层中管幕冻结温度场的分布特点， 开展了不同顶管组合方式下的管幕冻结温度场模型试验研究。试验结果表明： 各测点温度曲线在积极冻结期前4 h急剧下降， 随后逐渐减缓， 降至砂土冰点后趋于平稳， 三种布管方式均满足冻结设计要求； 冻结管中低温盐水提供的冷量首先传递给顶管管壁， 再以“面”的形式均匀地传递给周围土体； 积极冻结21 h后， 采用四根空顶管组合的C区冻结壁竖向范围最大， 空管管壁正上方冻结壁平均厚度约为105 mm， 在满足管幕刚度设计要求的前提下， 可采此布管方式以达到快速形成冻结帷幕的目的。限位管开启后的4 h内， 实顶管中线垂直距离100 mm范围内测点温度曲线虽有明显回升但仍维持在冻土冰点以下， 超出此范围后温度变化影响逐渐减弱， 且顶管间冻结壁稳定存在， 表明限位管在满足管间有效封水的条件下， 能在一定范围内起到定向限制地层冻胀的作用。优化后的双圆形冻结管在满足冻结设计要求的同时， 更加便于安装且经济环保。  相似文献   

外壁恒温条件下冻结管壁热流密度变化规律数值计算研究   总被引：5，自引：0，他引：5  

杨维好  黄家会 《冰川冻土》2006,28(3):401-405

应用相似理论将冻结温度场方程和参数无量纲化,然后建立无量纲的数值计算模型,研究了在外表面恒温情况下冻结管壁的无量纲热流密度与各无量纲影响参数间的关系.结果表明:无量纲热流密度随未冻土与冻土的导热系数之比线性增加,与冻土与未冻土的容积比热之比成线性关系,随无量纲结冰潜热线性增长,与无量纲盐水温度成线性关系;可表示为无量纲时间的负三分之一次方的线性函数.最后对167 706次数值计算结果进行了回归分析,得到具有较高精度的回归计算公式.  相似文献   

基于Weibull分布的冻结砂岩损伤本构模型研究     

伊明  赵涛  马飞飞  王磊  袁超 《煤田地质与勘探》2022,50(8):116-124

冻结岩石的变形破坏特性是冻结法施工过程中的基础力学问题,在荷载作用下不同冻结温度岩石的力学特性和变形特征差异性较大,严重影响冻结壁的安全与稳定。因此,研究冻结岩石的损伤本构关系,对指导冻结法设计与施工具有重要意义。为分析荷载作用下冻结岩石变形破坏的全过程,采用Weibull分布描述岩石材料的非均质性,基于Drucker-Prager破坏准则,建立三轴应力状态下岩石损伤本构模型,结合冻结砂岩三轴压缩试验,重点分析本构关系中均质度系数m、平均强度F₀与冻结温度和围压的变化关系,对损伤本构方程进行修正,并基于此模型研究冻结砂岩的损伤演化规律。结果表明:在相同围压下,随着冻结温度的降低,砂岩峰值强度显著增大,峰值应变减小,压密阶段逐渐减弱,弹性变形阶段斜率增加,岩石脆性破坏特征明显。在相同冻结温度下,均质度系数m和平均强度F₀随围压升高无显著变化,而随着冻结温度的降低,m和F₀分别呈现指数增长和线性增长,说明随着冻结温度的降低,砂岩冻结越充分,内部自由水冻结成冰占比及冰体强度增长幅度越大,尤其在0~–10℃内提升效果显著,冻结作用提高了砂岩的均质性和平均强度。基于不同冻结温度砂岩的力学特性和变形规律,对不同冻结温度砂岩的损伤本构方程进行了修正。依据修正本构模型研究发现,损伤演化曲线能够很好地反映冻结砂岩压缩试验的压密、线弹性、屈服变形及应变软化各阶段的变形特征,验证了模型的合理性。研究结果为低温环境下岩石力学特性研究及地下冻结工程设计施工提供有益的参考。   相似文献   

新型管幕冻结法在河堤防渗加固中的温度场分析     

周禹暄  胡俊  熊辉  任军昊  占健健  王志鑫 《煤田地质与勘探》2022,50(5):110-117

为了探究新型管幕冻结法是否能够对河堤进行有效的防渗加固,利用有限元软件基于温度场对新型管幕冻结法在防渗固堤中的应用展开研究,设置4条分析路径,对冻土帷幕的基本情况和各路径的冻结效果特征进行分析。结果表明:冻土帷幕自冻结管处形成后向周围蔓延,从第8天起,0.5 m深度上侧的冻土帷幕发展开始“加速”,相较于另一侧冻土帷幕,其发展更快、强度更高、冻结更密实。冻结完成后,0.5 m深度上侧冻土帷幕均匀密实,坡面上温度最低可降至?25.34℃,各观测点温度均在?24℃以下,最终冻结温度和降温速率均呈现出“M”形特征;堤面最快可在第11天开始冻结,在第14天冻土覆盖整个堤面,土体最终冻结温度与深度之间呈指数函数关系。管幕钢管边界冻结差异较大,最高温点与最低温点温度分别为?24.94℃和?2.89℃,相差约22℃,冻土帷幕最小厚度约0.78 m。所得结果可为将来的相关实际工程提供参考依据。   相似文献   

单向冻结条件下非饱和土水分迁移规律研究北大核心CSCD     

张建勋  毛雪松  刘飞飞  吴谦 《冰川冻土》2023,(3):1080-1091

为了揭示路基冻结过程中地下水和土性对水分迁移规律的影响,针对开放体系和封闭体系的粉质黏土和砂土进行了单向冻结条件下的水分迁移试验。通过土柱上层位置设置碎石层,阻断液态水迁移路径,监测冻结过程中土柱的水热变化,结合土柱冻结深度、冻结速率曲线、含水率分布曲线和补水时程曲线,分析仅水汽补给时对土柱顶部水分聚集和冻结特征的影响。试验结果发现,无论是封闭体系还是开放体系,粉质黏土和砂土土柱都会在冻结区中形成两处水分聚集区:第一水分聚集区为控温板底部,以霜的形式聚集,主要是由土柱顶部土体的水汽迁移并凝华相变形成;第二水分聚集区为冻结区中液态水和气态水共同迁移形成,随着冻结锋面的向下推移,形成不连通孔隙的界面,液态水向0℃冰锋线迁移聚集并相变成冰,水汽迁移路径受阻而凝华成冰,致使该处含水率显著增加。相较于封闭体系,开放体系使两处水分聚集区产生更大的水分增量。相比于粉质黏土,砂土介质孔隙较大,在试验时间内水汽补给对水分聚集区的影响更明显,但由于砂土持水能力减弱,水汽补给速率随时间逐渐减小。  相似文献   

冻结土石混合体在单轴压缩下的变形和声发射特征研究     

胡峰  李志清  朱益军  王双娇  吕庆 《冰川冻土》2023,(5):1463-1474

冻结土石混合体具有明显的各向异性和结构效应,相比于冻土,其物理力学行为更加复杂。为了研究冻结土石混合体受压条件下的破坏过程和声发射特征,本文对含石量分别为30%、40%、50%的人工冻结土石混合体试样和不同含水量青藏公路冻结路基砂土石混填物试样进行单轴压缩下的声发射试验。结果表明：（1）与常温土石混合体相比,冻结土石混合体试样受冰晶和冻土的蠕变作用,在单轴压缩过程中表现出轴向应力峰后裂纹发育的变形模式。（2）受冰晶体破裂的影响,冻结土石混合体在加载初始压密阶段就出现一定数量的声发射事件,轴向应力峰后阶段也存在明显的声发射活动,呈现声发射活动的多峰特征。含石量越大,峰后声发射活动越强,且基质土为黏质粉土的土石混合体峰后声发射活动要强于基质土为砂土的冻结土石混合体。（3）冻结黏质粉土的蠕变性质和含石量的大小共同影响试样内部的变形特征。冻结土含量越高,土体越易裹挟块石做整体运动,不利于裂隙的发育,试样多见鼓胀变形,声发射活动较少;当含石量较大时,土石界面数量多,土体与块石差异运动明显,试样以裂隙扩展为主,声发射事件增多,整体变形不明显。  相似文献   

含水量对高含冰量冻结砂土屈服面的影响     

杜海民  马巍  张淑娟  周志伟  穆彦虎 《冰川冻土》2019,41(3):579-586

以往关于冻土屈服特性的研究很少考虑含水量的影响，但实际工程中经常遇到的是变含水量情况，因此本文通过-5.0℃条件下高含冰量冻结砂土的一系列三轴压缩试验，系统地研究了含水量对屈服特性的影响，并且由此建立了带有含水量参数的偏应力-剪应变增量型关系式。试验结果表明：随含水量的变化，应力-应变曲线类型有明显变化，即在不同的含水量区间，含水量对硬化规律有不同的影响特性，因此为了使屈服函数的形式更加简单和提高拟合准确度，对于屈服函数的具体形式应该根据塑性剪应变（硬化参数）和含水量不同区间进行分别确定；当塑性剪应变较小时（0.00%~1.00%），随含水量的增大，偏应力逐渐增加，而当塑性剪应变较大时（大于1.00%），随含水量的增大，偏应力有一个先减小后增大的变化过程，并且42.0%可以作为含水量转折点；通过分段硬化原则建立的带有含水量参数的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式的模拟值与试验点基本相吻合，这说明得到的屈服函数与偏应力-剪应变的增量型关系式可以用于不同含水量条件下屈服面和偏应力-剪应变曲线的预测。  相似文献   

河北武安坦岭多斑斜长斑岩中基质矿物特征及其研究意义   总被引：2，自引：0，他引：2  

刘璐璐  苏尚国  杨睿娜  罗照华  崔晓亮 《地学前缘》2019,26(1):286-299

河北武安坦岭斜长斑岩具有多斑斑状结构，基质为显微晶质结构。岩相学观察表明，斜长石斑晶有一个宽广的核部和一个宽度可变的条纹长石反应边，个别核部包含有角闪石、黑云母等矿物。基质矿物主要由蓝透闪石、条纹长石(An0Ab8.4Or91.5～An0.1Ab57.3Or42.6)、石英、钾长石(An0.3Ab5.9Or93.7～An0.3Ab4.7Or95.2)、钠长石(An0.2Ab98.3Or1.5～An0.1Ab99.2Or0.7)、磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、磷灰石、榍石和锆石等11种矿物组成。角闪石温压计计算结果得出，基质角闪石核部的结晶压力高于边部，核部为34.05 MPa，对应的结晶温度为660.35 ℃，结晶深度为1.29 km；边部的结晶压力为24.32 MPa，结晶温度为598.32 ℃，结晶深度为0.92 km；而斜长石斑晶中的角闪石形成时压力为159.51～178.19 MPa，温度为817.68～819.79 ℃，对应的形成深度为6.03～6.73 km。基质角闪石在Al2O3TiO2图上落在壳源区，而斑晶中的角闪石和黑云母都落在壳幔混合区。斜长石、条纹长石、磁铁矿和磷灰石的微量和稀土元素测试数据显示，其都具有相对富集LILE、亏损HFSE的特点，暗示了基质矿物的形成有流体参与。ICT三维扫描结果显示，斜长斑岩基质中的孔隙体积含量约为3.428%，铁质体积含量为4.371%，且铁氧化物和孔隙具弱连通性。通过讨论分析，笔者得出：(1)坦岭斜长斑岩中斜长石斑晶具有明显的交代结构，且晶体本身没有明显熔蚀现象，这些特征表明大量的斜长石斑晶快速上升，即“冻结岩浆房”的活化机制与流体密切相关；(2)斜长斑岩中基质矿物有十一种，且矿物类型复杂，不符合平衡系统矿物相律，应属于流体晶矿物组合；(3)坦岭斜长斑岩的基质“岩浆”可能是一种富Fe、K、P、Si、Na等元素的熔体流体流；(4)多斑斜长斑岩的形成经历了①深度6~7 km的深部岩浆房形成斜长石堆晶→②富Fe、K、P、Si、Na等元素的熔体流体流加入深部岩浆房，冻结岩浆房活化→③由于流体超压，含大量斜长石斑晶的熔体流体在地壳浅部(0.9～1.2 km)呈小岩株状或岩脉状就位。多斑斜长斑岩为深部找矿提供了有力的线索。  相似文献   

盾构地中对接冻结加固模型试验(Ⅰ)——冻结过程中地层冻结温度场的分布特征     

《岩土力学》2017,(2):368-376

针对软土地层中盾构地中对接冻结加固施工边界条件复杂、形成冻结壁体积小且形状不规则的特点,以上海地区某盾构对接冻结加固工程为原型,按照相似理论设计进行了冻结加固模型试验,分析了冻结过程中地层温度场的分布规律,获得以下结论:在盾构壳体内表面保温的条件下,冻结管内部冻土的平均发展速度是冻结管外部的1.5倍左右;冻结28 h后,冻结管内部冻结壁的温度分布基本稳定,盾构壳体与土体交接面的温度均处于-20℃左右,内部冻结壁的平均温度约为外部的1.9倍。在同圈冻结管的叠加作用下,冻结过程中冻结壁主面和界面的温度变化规律基本一致,仅在冻结初期有少许差别。在外圈冻结管的低温屏蔽作用下,内圈冻结管对外部土体基本不发挥冻结作用,在不同冻结管排间距及多根冻结管交叉冻结的情况下,冻结管外部的冻土扩展规律基本相同,仅两排冻结管之间的土体温度分布存在差别。研究结果表明,盾构地中对接冻结加固形成的冻结壁形状与外圈冻结管的布置形式相似,形成的冻结壁厚度及平均温度在冻结28 h后基本稳定。  相似文献   

基于围岩相互作用的冻结壁弹塑性分析对比研究     

《岩土力学》2017,(3):649-655

冻结壁弹塑性分析的目的并不是为了减薄冻结壁厚度,而是为可靠性设计提供参考。综述了冻结壁弹塑性分析的发展,基于"包神"公式弹性分析,开展了冻结壁弹塑性力学模型的研究,推导出了应力场和位移场解析表达式,并与不同力学模型进行了对比;分析了采用不同屈服准则时的冻结壁塑性区半径计算公式和进入临塑状态时的水平初始应力判别式。利用工程算例对比分析了不同水平初始应力下,采用不同屈服准则时冻结壁的临塑地压值、塑性区外半径和弹性区外荷载;结果表明,冻结壁临塑地压值增大32%,塑性区半径减小14.5%,冻结壁外载荷减小23.3%,为冻结壁厚度设计的可靠性分析提供了数据支持。  相似文献