人工冻融土地基极限承载力模型试验
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人工冻土融沉特性及其对周围环境影响研究_第二章人工冻土融沉特性及预报模型_22_
第二章 人工冻土融沉特性及预报模型2.1 人工冻土冻胀融沉机理及影响因素分析冻胀是指土中水分冻结成冰时引起的土体体积膨胀。
冻胀外观表现为土层鼓包、开裂、均匀或不均匀隆起，实质为冻结过程中，土中水份（包括土中原孔隙水和外界向冻结锋面迁移、补给的水）冻结成冰，使土中孔隙填充、颗粒触点间的间距扩大，从而引起土颗粒的相对位移。
衡量冻胀的主要指标是冻胀率，冻胀率是指冻结时的冻胀量与冻结深度的比值，其计算公式如下：%100×Δ=fH hη (2-1) 式中:η——冻胀率，%；h Δ——冻胀量，单位mm；f H ——冻结深度，不包括冻胀量，单位mm。
当冻结地层温度上升时，冻土将发生融化，冻土中的冰晶融化成水，体积缩小9%；另外，颗粒接触处的冰融化后，降低了冰和土颗粒包裹体的胶结程度，原来由包裹体承受的部分上部作用力转移到了土骨架上，增大了作用在土骨架上的有效应力，而在此过程中产生的未冻水则减小了土颗粒间的摩擦，土颗粒结构易于调整，在自重应力作用下，土体中的孔隙将被压缩，土体体积减小，发生融沉。
冻土融化后产生的沉降，由融化沉降和压缩沉降两部分组成，分别用融沉系数和融化压缩系数来表示。
融沉系数的大小与压力无关，只与土体本身的属性及冻融条件有关，是衡量土体融沉特性的主要指标，其计算公式为：0α=%1000×Δh h （2-2） 式中: 0α——冻土融沉系数，%；0h Δ——冻土融化下沉量，单位mm； 0h ——冻土初始高度，单位mm。
融化压缩系数反映了在上部荷载作用下融土固结产生的沉降量。
某一压力范围内冻土融化压缩系数的计算公式为：ii ii ic p p S S a −−=++11 (2-3)式中: ic a ——融化压缩系数，单位kPa -1；i S ——某一压力稳定后的单位固结变形量，单位cm/m； i p ——某级压力值，单位kPa 。
某一压力稳定后的单位固结变形量由式2-4计算： i S =h h iΔ （2-4） 式中: i S ——某一压力稳定后的单位固结变形量，单位cm/m； i h Δ——某一压力下的变形量，单位mm； 0h ——冻土初始高度，单位mm。
非常有用的人工挖孔桩在粘性土中抗拔承载力的试验与分析
然而影响桩的抗拔承载力的因素很多，还有待于在以 后的实践中研究与总结。
影响桩的抗拔承载力的因素是多方面的，如土质，桩 型、桩的施工方法、荷载特性、土中应力历史及桩土界面的 几何与材料物理特性相关。此外，桩的抗拔承载力同时还 受桩身材料强度的制约。因此，与桩的抗压承载力相比，桩 的抗拔承载力更具有不确定性。
②The City College of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute，Changchun 130111，China）
摘要： 现大多数城市建筑的基础采用人工挖孔灌注桩，其桩端土承载力参数的确定十分重要。本文通过人工挖孔桩的静载荷试
关键词： 人工挖孔桩；静载荷试验；抗拔极限承载力
Key words: manual digging piles；static load test；uplift ultimate bearing capacity
中 图 分 类 号 ：TU7
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1006-4311（2012）27-0100-02
当前抗拔桩的设计方法主要借鉴抗压桩的设计方法， 即以桩的抗压侧摩阻力值乘以一个经验折减系数后作为 抗拔桩桩侧摩阻力，进而估算抗拔桩的承载力。国内外抗 拔桩的研究成果大部分来自模型试验，而较少来自实际工 程。模型试验由于尺寸效应，使得试验结果和实际工程的 结果有一定的差距。为了能够将抗拔桩基础的研究成果能 应用于实际工程中，我们有必要依据实际工程对抗拔桩的 承载和变形性能进行深入的研究。
6000 6500 5500
相对应的上拔量为16.43mm。
3.2 计算与分析 依据 《建筑桩基技术规范》JGJ94-
2008，基桩的抗拔极限承载力标准值计算公式：
影响桩的抗拔承载力的因素是多方面的，如土质，桩 型、桩的施工方法、荷载特性、土中应力历史及桩土界面的 几何与材料物理特性相关。此外，桩的抗拔承载力同时还 受桩身材料强度的制约。因此，与桩的抗压承载力相比，桩 的抗拔承载力更具有不确定性。
②The City College of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute，Changchun 130111，China）
摘要： 现大多数城市建筑的基础采用人工挖孔灌注桩，其桩端土承载力参数的确定十分重要。本文通过人工挖孔桩的静载荷试
关键词： 人工挖孔桩；静载荷试验；抗拔极限承载力
Key words: manual digging piles；static load test；uplift ultimate bearing capacity
中 图 分 类 号 ：TU7
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1006-4311（2012）27-0100-02
当前抗拔桩的设计方法主要借鉴抗压桩的设计方法， 即以桩的抗压侧摩阻力值乘以一个经验折减系数后作为 抗拔桩桩侧摩阻力，进而估算抗拔桩的承载力。国内外抗 拔桩的研究成果大部分来自模型试验，而较少来自实际工 程。模型试验由于尺寸效应，使得试验结果和实际工程的 结果有一定的差距。为了能够将抗拔桩基础的研究成果能 应用于实际工程中，我们有必要依据实际工程对抗拔桩的 承载和变形性能进行深入的研究。
6000 6500 5500
相对应的上拔量为16.43mm。
3.2 计算与分析 依据 《建筑桩基技术规范》JGJ94-
2008，基桩的抗拔极限承载力标准值计算公式：
人工冻融土地基极限承载力模型试验
人工冻融土地基极限承载力模型试验
王贵虎;周红;胡璞
【期刊名称】《岩土工程技术》
【年(卷),期】2003(000)005
【摘要】为了减小人工冻结法带来的负面影响和扩展其应用范围,通过模型试验研究了冻融土地基极限承载力的变化规律.为合理地进行冻融土地基承载力设计和改善冻融土承载力提供了科学依据.
【总页数】4页(P265-267,275)
【作者】王贵虎;周红;胡璞
【作者单位】安徽理工大学土木工程系,淮南,232001;东南大学土木工程学院,南京,210096;安徽理工大学土木工程系,淮南,232001
【正文语种】中文
【中图分类】TU445
【相关文献】
1.人工冻融土地基勘察 [J], 王志江
2.人工冻融土地基极限承载力弹塑性数值分析 [J], 王贵虎;周红;宋学成
3.人工冻融土地基温度的数值分析 [J], 周阳;崔可锐;李国峰
4.淮南刘庄煤矿地基人工冻融土工程性质与中微观结构之间关系研究 [J], 崔可锐;刘金星;查甫生
5.淮南刘庄煤矿地基人工冻融土工程性质与中微观结构之间关系研究 [J], 崔可锐;刘金星;查甫生
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人工冻结黏土承载力模型试验及数值模拟分析
人工冻结黏土承载力模型试验及数值模拟分析姚兆明;刘爽;商玉娇【摘要】在天然冻土地区进行工程建设需研究冻土地基承载力.在人工冻结黏土蠕变试验的基础上建立广义开尔文模型,通过改造人工冻土大型冻结试验平台,进行人工冻结黏土地基承载力试验,发现载荷-沉降曲线可以分为3个阶段,基础呈局部剪切破坏.在ANSYS中将考虑相变的温度场转化为温度载荷施加在三维实体模型上,并将广义开尔文模型应用于软件中,采用增量加载方式分级加载.对比数值模拟与模型试验结果,发现地基载荷-沉降曲线规律一致,极限承载力大小基本相等,基础破坏模式相同.结果表明ANSYS软件可以分析复杂边界、初始条件下冻土材料的性质,且能得到不同载荷下冻土材料的应力、位移、塑性区发展状况.【期刊名称】《力学与实践》【年(卷),期】2019(041)001【总页数】6页(P37-42)【关键词】人工冻结黏土;模型试验;数值模拟;承载力;温度场【作者】姚兆明;刘爽;商玉娇【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001;煤矿深井建设技术国家工程实验室,安徽淮南232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001;济南工程职业技术学院,济南250000【正文语种】中文【中图分类】TU470我国是世界第三大冻土大国，其中多年冻土面积达到210万平方千米，主要分布在青藏高原、西部高山和大小兴安岭等地[1]。
随着国家“西部大开发”等战略的实施，多年冻土区兴建了许多基础设施，在工程建设前，必须考虑冻土的承载能力，这是工程成败的关键问题，也是后期安全使用的保障，已受到众多学者的关注。
但由于冻土材料物理力学性质复杂，且具有明显的时空变异性和地域性，使得目前对冻土承载力的评价仍处在经验阶段，因此需要进行更深入的研究。
近年来，我国学者对冻土地基承载力进行了大量的研究，取得了很多成果。
其中汪仁和等[2]基于模型试验研究了不同温度下冻土中单桩的承载力，分析了轴力与冻结力沿桩长的分布关系；李栋伟等[3]进行了不同温度下冻土中锥形桩承载的模型试验，并采用ADINA有限元方法进行了模拟；张军伟等[4]在青藏高原进行了现场静载试验，得到了冻土中钻孔灌注桩的承载特性；Zhang等[5]在青藏高原多年冻土区进行了平板载荷试验，发现Burgers模型可以预测沉降；贾艳敏等[6]利用ANSYS软件模拟多年冻土区灌注桩–冻土相互作用，分析了计算参数对地基沉降的影响；原喜忠等[7]采用带有相变的传热学有限元法分析温度变化对多年冻土区地基承载力的影响，发现温度对冻土地基承载力影响取决于冻土类型和地基温度状况。
混凝土结构极限荷载试验技术规程
混凝土结构极限荷载试验技术规程一、前言混凝土结构极限荷载试验是评估混凝土结构抗力能力的重要手段，对于确保混凝土结构的安全性和可靠性具有重要意义。
本文将从试验前准备、试验操作、数据处理等方面详细介绍混凝土结构极限荷载试验的技术规程。
二、试验前准备1.设备准备a.试验机：应根据试件尺寸和试验要求选配试验机，试验机的最大载荷应不小于试件极限荷载的1.2倍。
b.加载系统：选用静载或动载加载系统，应能够实现稳定、均匀的负载传递。
c.测量系统：应选用高精度传感器对试件的载荷、变形、位移等参数进行实时测量，并具备数据采集和存储功能。
d.应急设备：准备好灭火器、急救箱等应急设备。
2.试件准备a.试件尺寸：试件尺寸应符合设计要求，应根据不同试件类型和极限荷载大小选择合适的尺寸。
b.混凝土配合比：应根据试件尺寸、试验要求和混凝土性能选定合适的配合比。
c.模具准备：应选用符合规定的模具，模具应清洁、平整、无损伤和变形。
d.试件养护：试件制作后应进行养护，养护时间应符合规定。
三、试验操作1.试验前检查a.试件外观：检查试件外观情况，如有明显损伤或不良情况应及时更换试件。
b.试验机：检查试验机的各个部位是否正常运转和灵活，如有问题应及时排除。
c.测量系统：检查测量系统的传感器是否连接正常，数据采集和存储是否正常。
d.加载系统：检查加载系统的传动装置是否牢固，负载传递是否平稳、均匀。
2.试验操作a.试件安装：试件安装时应保证试件与加载系统之间的连接牢固可靠，试件应垂直于加载方向。
b.试验参数设置：根据试验要求设置试验参数，包括负载速度、试验过程中的数据采集周期等。
c.试验过程监控：试验过程中应对试件的载荷、变形、位移等参数进行实时监测，确保试验过程稳定、均匀。
d.试验结束：试验结束后应记录试验过程中的数据，计算试件的极限荷载和变形等参数，并对试件进行观察和检查，如有损伤应及时记录并进行分析。
四、数据处理1.数据处理方法a.数据处理应根据试验要求和数据特点选用合适的方法进行处理，如平均值、标准差、相关系数等。
人工冻土多圈管冻融全过程温度场模型试验研究
两淮 地 区某 深厚 黏土 地层进 行 室 内多圈 管冻融 全过 程 模 型试验 ， 获 得人 工冻 土冻 融全 过程 温度 场变化 规 律 ， 为井 筒冻 结设 计 、 壁 间注浆 最佳 时 间选 取 提供依 据 。
１ 模 型 试 验 概 述
试验 在 安徽 理工 大学 冻土 研究所 自行研 制 的人 工 冻 土多 圈管 模 型试验 平 台上 进 行 ， 平 台直径 ３ ｍ， 填 土 深度 可达 到 ２ ． ０ ｍ， 平 台 中间放 有 ０ ６ ０ ｃ ｍ 的厚 壁钢 筒 以模 拟 现场 井筒 。制冷 系 统 采 用酒 精 作 为 冷 媒 剂 ，
第４ ４卷 第 ７期
２ ０ １ ３ 年 ４ 月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４ ４． Ｎｏ ． ７ Ａｐｒ ．， ２ ０１ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０１—４ ｔ ７ ９（ ２ ０１ ３） ０ ７—０ ０ ７ １—０ ４
我 国华 东地 区经 过 本 世 纪 初一 轮建 井 高 潮 之 后 ， 浅部 煤层 已得 到充 分 开 采 ， 目前 新 建 或 改 扩建 的矿 井 均需 穿越 深厚 表 土地 层 ， 在 这 个 过 程 中冻结 工 法 作 为
最 安 全且 有效 的凿 井 工法得 到 广泛应 用 。 为应 对 深厚 表 土地层 所 带来 的地 压 不 断 增 大 问题 ， 现 场普 遍 采用 多 圈管 （ ３圈甚 至 ４圈 ） 进 行冻 结 以增加 冻结 壁 的 厚度
之 间 。试 验 结果 为 井 筒 冻 结 设 计 、 壁 间 注 浆 最佳 时 间 选 取提 供 了理 论 依 据 。 关 键 词： 多 圈管 ； 模 型 试 验 ；冻融 全 过 程 ；冻 结 壁 温度 场 ；融 冻 时 间 比 文 献 标 志码 ： Ａ
人工冻结黏土冻胀特性试验研究的开题报告
人工冻结黏土冻胀特性试验研究的开题报告1.研究背景随着工程施工规模的逐步扩大，带来的冻融循环造成的损坏和影响是不可避免的。
其中黏土冻胀是造成地面破裂、路面坑洼、建筑物倾斜等问题的主要原因之一。
因此，为了保证工程的稳定和安全，对于黏土的冻胀特性进行深入研究和分析显得十分必要。
2.研究目的本研究的目的在于：1）探讨不同冻结温度、冻结时间和含水率对黏土冻胀特性的影响；2）确定黏土冻胀的影响因素及其相应规律，为工程设计提供参考。
3.研究方法本研究将采用实验室试验和分析方法。
实验室试验：选取不同含水率的黏土样品，采用人工冻结方式在不同温度下进行冻结，测量冻结前后样品的体积、质量以及冻胀率等指标，分析不同因素对于黏土冻胀的影响。
分析方法：通过对实验结果的统计和分析，探讨不同因素的作用机理，揭示黏土冻胀规律。
4.研究意义本研究的意义在于：1）加深对于黏土冻胀特性的认识，为相关领域的发展提供支持；2）为工程设计提供参考依据，提高工程的稳定性和安全性。
5.研究内容本研究的主要内容包括：1）设计冻结装置，采集黏土样品；2）进行不同温度下冻结试验，测量黏土冻胀率、干密度、含水率等指标，记录观察冻结过程中的变化；3）统计数据并进行分析，揭示影响黏土冻胀规律的相关因素。
6.预期结果通过实验和分析，本研究预计得出以下结果：1）不同温度、时间和含水率对于黏土冻胀率的影响规律；2）揭示影响黏土冻胀规律的相关因素，为工程设计提供冻胀影响评估和减缓措施；3）建立黏土冻胀的数学模型，为相关领域的研究提供参考。
7.研究难点本研究的主要难点在于实验方法的设计和数据分析的准确性，需要进行多组实验进行验证，并进行统计学方法的分析。
8.研究计划研究计划如下：第一年1）熟悉相关研究领域，了解黏土冻胀特性的研究现状和发展趋势；2）收集有关黏土冻胀特性的文献资料，开展文献研究和综述；3）设计冻结装置和采样方案，进行样品采集。
第二年1）进行冻结试验，记录和分析数据，得出不同因素对于黏土冻胀影响规律；2）对实验结果进行分析，揭示影响黏土冻胀规律的相关因素；3）建立黏土冻胀的数学模型。
混凝土极限承载力测试原理
混凝土极限承载力测试原理一、引言混凝土是一种常用的建筑材料，其力学性能对建筑结构的安全性有着至关重要的作用。
因此，对混凝土的强度进行测试是非常必要的。
混凝土极限承载力测试是一种常用的测试方法，本文将对混凝土极限承载力测试原理进行详细介绍。
二、混凝土极限承载力混凝土的极限承载力是指在混凝土完全破坏之前所能承受的最大荷载。
混凝土极限承载力测试是通过施加荷载来测定混凝土的强度，并且可以用于判断混凝土的质量。
混凝土极限承载力测试可以在实验室和现场进行，其中实验室测试的结果更加精确。
三、混凝土极限承载力测试原理混凝土极限承载力测试的原理是通过施加荷载来测定混凝土的强度。
荷载可以施加在混凝土试块的顶部或侧面，试块的形状可以是正方形、圆形或矩形等。
在施加荷载的过程中，混凝土试块会发生压缩变形，当荷载达到一定值时，混凝土试块会发生破坏。
混凝土极限承载力测试可以分为两种类型：静载荷试验和冲击荷载试验。
静载荷试验是指在试块上施加一个稳定的荷载，并保持一段时间，然后记录下荷载和试块变形的数据，最终计算出混凝土试块的极限承载力。
冲击荷载试验是指在试块上施加一个瞬时的荷载，然后记录下荷载和试块的变形数据，最终计算出混凝土试块的极限承载力。
四、混凝土试块制备混凝土试块的制备是混凝土极限承载力测试的关键步骤之一。
混凝土试块的尺寸和形状应符合标准规定，并且制备过程中应注意以下几点：1. 混凝土材料的选择应符合标准规定，并且应进行质量检测。
2. 混凝土试块的尺寸和形状应符合标准规定，制备过程中应注意试块的表面质量和加水量。
3. 制备混凝土试块的过程应严格按照标准规定的方法进行，包括混凝土搅拌、振捣和养护等环节。
五、试块破坏形式混凝土试块的破坏形式对于混凝土强度的测试有着重要的影响。
混凝土试块的破坏形式可以分为以下几种：1. 压缩破坏：试块在压缩荷载作用下发生破坏。
2. 剪切破坏：试块在剪切荷载作用下发生破坏。
3. 弯曲破坏：试块在弯曲荷载作用下发生破坏。
地基承载力试验如何做？
地基的稳定在一定程度上可视为一模糊事件,由于影响地基承载力的各种因素常常表现出不同程度的随机变异性,地基承载力也具有随机变异性。
本文用Vesic公式确定地基的极限承载力,并建立地基稳定的极限状态方程,进而利用概率理论与模糊数学建立地基失稳的模糊概率公式，对抗剪强度c，φ值的敏感性及安全系数与模糊失效概率之间的关系作了分析。
1 引言我国现行规范是利用地基容许承载力进行基础及地基设计,所采用的容许承载力是利用极限承载力除以定值安全系数而得到的,即所谓的定值安全系数法。
在计算极限承载力时使用了传统的定值分析模式,没有考虑各个参数的变异性对极限承载力的影响。
即使在强度计算时取用的安全系数来考虑包括参数变异在内的所有不利因素的影响又缺乏一定的科学依据,本质上仍属于定值分析的范畴。
事实上,由于各种复杂因素的影响,岩土参数的不确定性不可避免,所以用考虑影响地基稳定的各随机变量的变异性,并用严格的概率来度量安全度,用可靠度理论对地基稳定进行分析更符合实际。
概率分析是针对随机事件发生的可能性而言,但事件本身的含义明确。
当事件本身的含义具有模糊性,对事件发生与否可能性的描述则用模糊概率的分析方法。
就地基的稳定性而言,失稳和稳定本身就是带有一定模糊性的事件,在二者之间存在一个模糊过渡区。
本文视地基失稳为一模糊概率事件,利用概率理论与模糊数学建立分析地基失稳的方法及其相应的隶属函数,并对安全系数与模糊可靠度之间的关系作进一步的分析。
2模糊概率的基本概念及其模糊可靠度工程问题的数学模型通常可分为三种:背景对象具有确定性或固定性,且对象又具有必然关系的确定性模型；背景对象具有或然性或随机性的随机性模型；背景对象及其关系均具有模糊性的模糊数学模型。
工程中传统的定值分析属于确定性模型,它以定值参数及定值安全系数来衡量工程的安全度。
工程中目前使用较多的概率分析法是第二类随机数学模型,它以可靠度作为工程安全的评价标准,从而比定值安全系数法显得更加合理。
混凝土极限承载力测试原理
混凝土极限承载力测试原理一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、道路和桥梁等工程中的材料。
混凝土的性能主要取决于其强度和耐久性。
混凝土强度是指混凝土在外力作用下能够承受的最大应力值，也是混凝土能否承担设计荷载的关键指标。
因此，混凝土极限承载力测试是混凝土工程质量检测中不可或缺的一环。
本文将详细介绍混凝土极限承载力测试的原理。
二、混凝土极限承载力测试概述混凝土极限承载力测试主要用于测定混凝土的抗压强度。
该测试需要将混凝土样品放入试验机中，施加压力，直到混凝土样品发生破坏或压缩变形。
测试机会记录混凝土的承载能力，并计算出其极限承载力。
三、试样的制备混凝土试样的制备是混凝土极限承载力测试的关键步骤。
试样的制备应符合国家标准，并根据具体的设计要求进行制备。
一般而言，混凝土试样制备需要遵循以下步骤：1.选择合适的模具：模具应符合国家标准，并且尺寸和形状应符合设计要求。
2.清洁模具：将模具清洗干净，并涂上模具油，以防止混凝土粘在模具上。
3.混凝土拌合：按照设计配合比和拌合要求将混凝土拌合均匀。
4.将混凝土倒入模具中：将混凝土倒入模具中，填充至充实度达到设计要求。
5.表面整平：用长刮板或钢板将混凝土表面整平。
6.标记和养护：在混凝土表面标记试样编号，并进行养护。
四、试验机混凝土极限承载力测试需要使用试验机，试验机的选择应符合国家标准，并且具备以下特点：1.能够提供稳定的负载速率：试验机应能够提供稳定的负载速率，以确保试样受力过程的稳定。
2.能够记录负载数据：试验机应能够记录负载数据，并将其转换为承载能力曲线。
3.精度高：试验机的精度应符合国家标准，并且应校准合格。
五、测试过程混凝土极限承载力测试的测试过程可以分为以下几个步骤：1.试样安装：将试样放入试验机中，并根据国家标准将试样正确安装。
2.施加负载：试验机开始施加负载，负载速率应符合国家标准，并且应保持稳定。
3.记录负载数据：试验机应能够记录负载数据，并根据记录的数据绘制承载能力曲线。
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文章编号:1007 2993(2003)05 0265 03人工冻融土地基极限承载力模型试验王贵虎1周 红2胡 璞1(1 安徽理工大学土木工程系,淮南 232001;2 东南大学土木工程学院,南京 210096)摘 要 为了减小人工冻结法带来的负面影响和扩展其应用范围,通过模型试验研究了冻融土地基极限承载力的变化规律。
为合理地进行冻融土地基承载力设计和改善冻融土承载力提供了科学依据。
关键词 人工冻融土;地基极限承载力;模型试验 中图分类号 T U 445Model Experiment for Ultimate Bearing Capacity of FoundationMade by Artificial Frost thawed SoilsAbstract In order to reduce the bad effect of freezing met hod and extend its application scope,through model ex periment,studying the changing principle of ulimate bearing capacit y of foundation made by artificial frost thawed soils.T he results provide a scientific basis for the design of foundatio n made by art ificial fr ost thaw ed soils.Key words artificial frost thawed soils;ultimate bearing capacity of foundation;model ex periment0 引 言人工冻融土地基承载力问题是与人工冻土学和人工冻结施工技术相联系的。
经历了冻胀和融沉的循环过程,土中水在温度的作用下迁移,冻结在增加冻土的强度的同时,也产生了土体冻胀和冻结结束时的融沉现象[1]。
人工冻土的冻胀和融沉又和天然冻土有所不同。
人工冻土的温度梯度是根据施工进度的需要人为制定的,一般低于-20![2]。
冻结时析冰作用和融化时冰的融化,改变了土体原来的物理力学性质,而使冻融土的承载力下降。
人工冻结法是岩土工程界近年来所关注的一种环保的施工方法。
它的应用可以不改变周围的环境,利用土体的本身的组成,把不利因素∀水变为提高富水土体或软土的强度,并隔断地下水。
在城市地下空间的利用中,人工冻结法有独到的优势[3]。
但是由于冻融土承载力的变化,而发生周围建筑的开裂和地基沉陷。
加之,在矿山建设中,以临时井架代替永久井架是缩短矿井建设周期的最可行、最有效的办法。
但在实践中,由于对冻融土承载力变化知之甚少,导致了陈四楼副井等矿井发生严重倾斜。
鉴于这种情况对冻融土承载力进行了相似模型试验,为冻融土上地基设计和提高融土承载力提供科学依据。
1 试验方法和物理模型设计1 1 冻结试验和承载力试验的方法通过相似模型试验对人工冻土实际的冻结、融化过程进行模拟,冻融前后土的承载力的变化以及冻融土的极限承载力。
第一部分是冻结阶段,模拟深井冻结过程;第二部分为测定冻融土地基承载力。
土的物理性质和工程分类的相关试验一般按照国家标准#土工试验方法标准∃(GB/T 50123∀1999)进行。
1 2 物理模型试验的相似准则1 2 1 模拟深井冻结过程的相似准则模拟土体冻结融沉时,所考虑的主要因素作者简介:王贵虎,1972年生,男,汉族,安徽定远人,在读硕士研究生,现在安徽理工大学土木工程系任教,讲师。
岩 土 工 程 技 术Geotechnical Engineering T echnique2003年第5期 No.52003有:土体的温度、土体的导温系数、土体冻结时水的结冰潜热、外荷载、冻结时间、冻胀力、导热系数、几何尺寸、冷源温度。
因此,影响土体冻融的主要因素可表达为: f(t, , ,,p,!,p1,∀,x,(t0-t1))=0 (1)式中:t∀∀∀土中温度,!;∀∀∀冻结冷源位置,m;∀∀∀土体的导温系数,m2/s;∀∀∀土中水的结冰潜热,m2/s;p∀∀∀外荷载,Pa;!∀∀∀冻结时间,s;p1∀∀∀冻胀力,Pa;∀∀∀∀土体的导热系数,J/(s%m%!);x∀∀∀几何尺寸,m;t0∀∀∀土体初始温度,!;t1∀∀∀冷源温度,!。
其#项式为:[#]=t a b a c d p e!f p1g∀h x i(t0-t1)j=0 (2)在模型设计时,只要保证模型与原型对应的同名准则数值相同,则模型与原型是相似的。
第一步,考虑模型的几何缩比。
由傅利叶准则可知,时间缩比是几何缩比的平方。
同时,考虑到试验仪器的精确性和试验条件的许可,确定物理模型的几何缩比为C1=16,则模型中的几何尺寸相当于原型的16分之一。
几何缩比C1=16,则时间缩比C!=256。
模型采用与实际工程相似的原形土,则C =C∀=C=1。
由科索维奇准则知,C t=1,也就是模型中所测的温度与原型是相同的。
1 2 2 地基承载力试验部分影响因素及相似准则冻结结束后,进行地基承载力试验部分的研究。
冻融土和常温土的极限承载力试验均在模拟冻结圈径8m的物模上进行,具有科学性和创新价值。
影响地基压缩性质变化的主要因素有:弹性模量E、土体中应力∃、外荷载q,几何尺寸y、沉降量s。
无量纲量%,&可以自适应相似。
故上述影响因素可表达为:∋(∃,y,q,E,s,!f)=0#(∃a,y b,q c,E d,s e!f)=0(3)式中:∃∀∀∀土中应力,N/cm2;y∀∀∀几何尺寸,cm;q∀∀∀外荷载,N;E∀∀∀弹性模量,N/cm2;s∀∀∀沉降量,cm;!∀∀∀冻结时间,s。
已知冻胀融沉试验的几何缩比为16,则加载荷载等级不变,加载量是原地基加载量的1/256。
故加载装置上的传压板的面积为原位试验的1/256。
物理模型模拟圈径为8m的冻结盘。
因此,模型冻结圈径为500mm。
按现场静载荷试验的影响范围计算B(试验影响宽度),则B=500mm;B&3b,取方形压板,传压板边长b为170mm。
土体沉降量s与几何尺寸y有相同的几何缩比16。
也就是模型变形1mm,原型变形16mm。
1 3 试验系统整个试验装置主要包括以下几个部分:试验台、制冷系统[5]及供电系统、温度控制系统(XSL智能检测仪)、加载系统[6]、保温隔热系统、数据采集系统和数据处理系统。
各部分的结构简图见图1、图2。
图1 载荷试验台图2 载荷试验台冻结区冻结管布置和测温铂电阻串布置图266 岩 土 工 程 技 术 2003年第5期2 试验设计及操作过程2 1 试验土体试验土体为淮南地区常见的天然地基土∀典型粘土。
其物理性质见表1。
2 2 试验设计及操作过程首先,在试验台中对土体进行冻结。
加载架一端千斤顶下的土体不冻结。
(矿井都是圆形的,对称温度分布及边界条件),在其上先进行常温土的地基承载力试验。
在不同标高的主面,界面、共主面设45个测点[5]。
各温度测点的温度每0 5h测一次。
冻胀量和融沉量每4h读一次。
其次,进行常温土的承载力试验。
用油压千斤顶分级加荷,加载大小用压力传感器读出,反力由钢架承担[6]。
表1 试验土样的物理性质土 样含水量w/%密 度(/(g%cm-3)孔隙率n/%饱和度S r/%液 限w L/%塑 限w p/%常温粘土23 21 78870 810035 619 3冻融粘土24 61 77210033 119 053 试验结果分析从试验结果表明:1)冻结前后土的强度变低。
2)冻胀现象不明显。
在第一个24h内,土体出现了明显的冻缩。
在温度降低到一定程度,土体也有微小的体积收缩。
3)地基应力与变形的关系∋从常规土的沉降和时间曲线看出,地基变形分为3个阶段,即直线变形阶段;局部剪切阶段;完全破坏阶段。
(冻融土的破坏形式接近于局部剪切破坏,常规土的破坏基本是整体剪切破坏。
由物理模型试验得到冻融土地基承载力极限值为f u=41 84kPa;常规土地基承载力极限值f u=115 06kPa。
常规土极限承载力是该冻融土极限承载力的2 75倍。
)本文针对于土体破坏的极限情况,建筑物沉降按发生的次序分为3个主要部分:初始沉降、主固结沉降、次固结沉降。
在本模型试验结果曲线中仅表示两个部分:初始沉降、主固结沉降。
次固结沉降存在于地基中土粒骨架在持续荷载下发生蠕变的情况,土体中有效应力已经不变或变化很小,但是地基并不发生剪切破坏,不是研究的重点。
4)承载力试验结果曲线 承载力试验结果见图3、图4。
图3 冻融土压力-沉降曲线图4 常规土压力-沉降量曲线4 结 论从冻融土和常规土的土工参数的试验和地基承载力物理模型试验,可以得出以下结论:1)冻融前后地基极限承载力大幅度降低。
从试验结果得到,常规粘土地基极限承载力是冻融土的2 75倍。
常规土地基承载力试验的实际破坏形式为整体剪切破坏,而冻融土地基承载力试验的实际破坏形式为冲剪破坏,地基极限承载力较低,沉降较大。
2)对于矿山建设冻结法凿井,临时井架作为永久井架的施工方案要充分考虑地基承载(下转第275页)267王贵虎等:人工冻融土地基极限承载力模型试验察的目的。
5 结 论高密度电阻率法与常规电法相比而言,其基本原理是相同的,从具体应用来讲高密度电阻率法有自已的特点:1)一次测量可布设几十到上百个电极,通过转换开关实现各个电极的测量,既提高了观测速度,又避免了因电极布设而引起的故障或干扰。
2)测量系统的多电位电极系再配以电极转换装置,能进行多种电极装置的视电阻率测定,获得多种参数,从不同侧面反映地下地电结构的地质信息,可进行多种参数解释。
3)实测数据的采集、收录全部实现自动化,使野外施工时间大大缩短,也避免了人为的操作失误。
4)实施了资料的现场实时处理或脱机处理,在施工现场用便携机就可打印原始数据或绘制基本图件,直观反映出观测结果,对可疑处可立即采取相应处理手段。
5)该方法点距较密,极距变化多,因此对浅部的信息反映灵敏,再加上其智能化程度高、效率高、信息丰富和解释方便等特点,使它在工程勘测中有着广阔的应用前景。
根据其原理和上述特点,高密度电阻率法可以广泛的应用于寻找地下水、水文工程、环境地质勘探、工程地质勘探、金属与非金属矿产资源勘探、能源勘探、城市物探、铁道及桥梁工程勘探、地热勘探。
参 考 文 献1 DL5010∀92 水利水电工程物探规程2 常士骠主编.工程地质手册(第三版).北京:中国建筑工业出版社,1995.114~130收稿日期:2003 05 20(上接第267页)力显著下降的因素,对井架基础做加固处理,或改进井架的设计调整井架的变形。