在冻结法施工中，保证冻结壁稳定性至关重要，传统的现场检测方法因其间断性而无法提供实时监测，限制了对冻结壁潜在灾变的及时响应，采用冻土的深层原位精准探测是揭示冻结壁重大工程灾变机理及灾害预警的有效手段。基于卷积神经网络提出一种基于图像数据驱动的冻土强度智能识别方法，通过对93组试样的多角度图像捕获及随后的单轴抗压强度试验，标注试样图像与实际强度数据并结合图像数据增强技术构建了深度学习模型训练所需的图像数据集；利用迁移学习深度残差网络34层(ResNet-34)模型，并对比其它不同模型的训练过程和测试结果，发现ResNet-34模型效果最佳，准确率为92.8%且没有出现过拟合现象；应用深度学习模型对冻土强度的影响因素土质、温度和含水率进行识别，发现模型能有效识别出三个变量，证明了模型识别冻土强度的科学性和可靠性；此外研究了模型在不同干扰条件下的表现，模拟典型干扰场景并分析其对模型预测性能的影响，为后续改进数据增强策略和模型优化方向提供依据；引入Grad-CAM(Gradient-weighted Class Activation Mapping)可解释性分析方法揭示卷积神经网络在冻土强度识...
为保证浅埋深富水软弱地层的盾构隧道安全始发,采用人工冻结法进行端头加固。通过在室内进行冻土单轴抗压试验,得到可靠的冻土力学参数,并采用正交试验的方法分析冻结深度、冻结宽度和冻结温度对地表沉降和管片拱顶沉降的影响规律和影响程度,选取确定最优冻结加固方案。结果表明:相同冻结温度下中粗砂抗压强度最大,其次是粉细砂、粉质黏土、黏质粉土,杂填土抗压强度最小;土体冻结温度越低,抗压强度越大;对地表沉降和管片拱顶沉降的影响排序为冻结深度>冻结宽度>冻结温度;最优冻结方案为冻结宽度6 m,冻结深度15 m,冻结温度-20℃。
哈尔滨轨道交通2号线土建02标联络通道拟采用冻结法施工,为了进一步研究该标段埋深范围内地层人工冻土物理力学特性,对该标段联络通道埋深范围内的粉砂层取样进行了冻土物理力学性能试验。试验结果为该标段联络通道冻结法设计提供了基础,并有效降低了该地区联络通道冻结法设计造价。
为分析冻土单轴抗压强度、弹性模量和泊松比随温度变化的规律,以及冻土的蠕变规律,开展单轴压缩和单轴蠕变试验,研究袁大滩矿主斜井冻结表土层的物理力学性质。试验结果表明,单轴抗压强度和弹性模量随冻土温度的降低而增加,泊松比随冻土温度的降低而减小,冻土的蠕变应变较小,但当应力水平较高时,冻结黏土会发生蠕变断裂。
人工冻土强度特性具有区域性,以宁波轨道交通2号线3种海相典型土质(淤泥质黏土、粉质黏土和粉土)开展冻土单轴抗压和三轴剪切试验研究。结果表明:3种土质在不同温度下试样均为腰鼓形塑性破坏,应力-应变曲线基本呈应变硬化型,但随温度降低有向应变软化转变的趋势;单轴抗压强度和弹性模量均随温度降低而近似线性增大;重塑粉质黏土抗压强度和弹性模量均与应变速率呈幂函数关系增长;各土质最大轴向偏应力随围压的增大而增大,且具有线性关系,-10℃抗剪强度指标(c、φ)均得到大幅提高,黏聚力提高1.23～1.76MPa;宁波地区典型粉质黏土与其他地区类似地层相比,单轴抗压和抗剪强度均较低,而弹性模量偏中等,与上海地区同类土质接近。
取自煤矿井检孔的原状黏土,加工成准50 mm×100 mm标准试样,先分别在-5℃、-10℃、-15℃下进行单轴压缩试验获得单轴极限抗压强度,然后进行-5℃、-10℃、-15℃下蠕变荷载分别为0.3σs、0.5σs的单轴蠕变试验,最后将蠕变试验后的试样进行单轴压缩试验。结果表明:随着温度的降低,原状黏土的单轴抗压强度不断提高;原状黏土经受长期荷载后的单轴抗压强度有所降低,在-5℃降幅最大达到15%,且都是塑性破坏方式。
取自甘肃溏家河井筒的砂质粘土,配制NaCl含量为1%,含水率、含砂率不同的试样。研究了-15℃条件下含砂率和含水率对于砂土单轴强度的影响。结果表明:随着含水率的增加,砂土的单轴强度先增大,到达峰值后开始减小;随着含砂率的增加,砂土的单轴强度减小,较低含水率试样的单轴强度减幅大于较高含水率的,在含水率为10%时减幅为74.4%,在含水率为20%时减幅为56.6%。通过定义单轴强度影响因子,得出含砂率是影响人工冻结砂土的单轴强度的主要因素、含水率是次要因素的结论。
通过对泥浆制样法制备的冻结粉质砂土的单轴压缩试验,系统地研究了冻结砂土在一个宽泛应变率以及含水率范围内的单轴压缩破坏应变特性和线弹模量特性。结果表明:随着应变率的增加,当含水率为12.0%,破坏应变逐渐增大;当含水率在16.7%24.0%范围内时,破坏应变先增大后减小;当含水率大于等于30.6%时,破坏应变逐渐减小,3种情况下破坏应变最终都逐渐趋于稳定。破坏应变随含水率增加而先急剧增大到一个最大值,然后急剧减小,当含水率超过41.5%时,基本趋于冰的破坏应变。线弹模量先随着应变率的增大而非线性增大到一个最大值,然后应变率的继续增大使线弹模量逐渐减小,线弹模量与应变率的关系满足二次抛物函数规律。在温度为-2.0℃,应变率小于4.67×10-3 s-1的条件下,线弹模量随着含水率的增大而非线性增大,直至最后趋于冰的线弹模量;而在大于等于该应变率的条件下,随着含水率的增大,线弹模量先增大到一个最大值,然后减小趋于冰的线弹模量。当温度为-5.0℃时,类似的应变率临界值为1.00×10-2 s-1。
以小纪汗煤矿小苏计井筒检查孔为研究对象,在安徽理工大学冻土实验室内进行试验,根据冻土的单轴抗压强度试验、单轴蠕变试验及其数据分析得到冻土本构关系曲线以及蠕变曲线规律,这对陕北地区矿井井筒的冻结法的设计和施工具有指导意义。
