围岩冻融损伤会造成衬砌受到的变形压力增大,对衬砌的稳定性造成不利影响,是季节性寒区隧道工程研究的一个关键问题。通过对砂岩的冻融循环试验和压缩试验得到不同冻融次数下的砂岩应力—应变曲线,然后通过应力—应变曲线得到围岩的变形参数和强度参数,最后将岩石力学参数变化规律嵌入ABAQUS软件中对冻融循环条件下的隧道长期稳定性进行数值分析,分别得到循环冻融0、6、12、18、24次下的围岩和衬砌的应力场及位移场。结果表明:(1)随着冻融循环次数增加,围岩所受的最大主应力和最小主应力均呈线性减小;(2)衬砌所受的最大主应力、最小主应力及衬砌位移均呈指数增大;(3)与未经冻融的情况相比,冻融循环24次后围岩的最大主应力、最小主应力分别减小了43.69%、20.66%;(4)衬砌的最大主应力、最小主应力及拱顶最大沉降分别增大了13.64%、15.75%、49.36%。在进行寒区隧道支护设计时,应考虑冻融作用下围岩自稳能力衰减而导致支护结构受力增大的问题。

围岩冻融损伤会造成衬砌受到的变形压力增大,对衬砌的稳定性造成不利影响,是季节性寒区隧道工程研究的一个关键问题。通过对砂岩的冻融循环试验和压缩试验得到不同冻融次数下的砂岩应力—应变曲线,然后通过应力—应变曲线得到围岩的变形参数和强度参数,最后将岩石力学参数变化规律嵌入ABAQUS软件中对冻融循环条件下的隧道长期稳定性进行数值分析,分别得到循环冻融0、6、12、18、24次下的围岩和衬砌的应力场及位移场。结果表明:(1)随着冻融循环次数增加,围岩所受的最大主应力和最小主应力均呈线性减小;(2)衬砌所受的最大主应力、最小主应力及衬砌位移均呈指数增大;(3)与未经冻融的情况相比,冻融循环24次后围岩的最大主应力、最小主应力分别减小了43.69%、20.66%;(4)衬砌的最大主应力、最小主应力及拱顶最大沉降分别增大了13.64%、15.75%、49.36%。在进行寒区隧道支护设计时,应考虑冻融作用下围岩自稳能力衰减而导致支护结构受力增大的问题。

围岩冻融损伤会造成衬砌受到的变形压力增大,对衬砌的稳定性造成不利影响,是季节性寒区隧道工程研究的一个关键问题。通过对砂岩的冻融循环试验和压缩试验得到不同冻融次数下的砂岩应力—应变曲线,然后通过应力—应变曲线得到围岩的变形参数和强度参数,最后将岩石力学参数变化规律嵌入ABAQUS软件中对冻融循环条件下的隧道长期稳定性进行数值分析,分别得到循环冻融0、6、12、18、24次下的围岩和衬砌的应力场及位移场。结果表明:(1)随着冻融循环次数增加,围岩所受的最大主应力和最小主应力均呈线性减小;(2)衬砌所受的最大主应力、最小主应力及衬砌位移均呈指数增大;(3)与未经冻融的情况相比,冻融循环24次后围岩的最大主应力、最小主应力分别减小了43.69%、20.66%;(4)衬砌的最大主应力、最小主应力及拱顶最大沉降分别增大了13.64%、15.75%、49.36%。在进行寒区隧道支护设计时,应考虑冻融作用下围岩自稳能力衰减而导致支护结构受力增大的问题。

季节性冻土严重影响着寒区工业与民用建筑及交通运输工程的建设和使用。文中以黑河市一工业厂房为例，采用挤塑聚苯乙烯泡沫板（Extruded polystyrene board,XPS）和工业固废炉渣等防冻胀材料在建筑基础圈梁下铺设基础垫层，形成垫层与圈梁组合的新型建筑基础防冻胀体系，缓解季节性冻土的冻胀危害，保障建筑基础的安全。为探究新型防冻胀体系的防冻胀效果，利用ABAQUS有限元软件，建立了新型防冻胀体系的三维有限元模型。并通过分析有限元模型的温度场和应力场，发现新型防冻胀体系明显缓解了冻土的冻胀作用，降低了最危险节点处的冻胀应力，保证了建筑基础的安全。

季节性冻土严重影响着寒区工业与民用建筑及交通运输工程的建设和使用。文中以黑河市一工业厂房为例，采用挤塑聚苯乙烯泡沫板（Extruded polystyrene board,XPS）和工业固废炉渣等防冻胀材料在建筑基础圈梁下铺设基础垫层，形成垫层与圈梁组合的新型建筑基础防冻胀体系，缓解季节性冻土的冻胀危害，保障建筑基础的安全。为探究新型防冻胀体系的防冻胀效果，利用ABAQUS有限元软件，建立了新型防冻胀体系的三维有限元模型。并通过分析有限元模型的温度场和应力场，发现新型防冻胀体系明显缓解了冻土的冻胀作用，降低了最危险节点处的冻胀应力，保证了建筑基础的安全。

西南极冰盖对全球气候变化和海平面升高有着重要的影响,其动力学和热力学过程是极地研究的重点之一。冰盖数值模式的模拟可以在缺乏观测数据的情况下获得研究区域的动力学和热力学过程,已经成为研究南极的一种重要手段。西南极玛丽伯德地靠近福特山脉和罗斯冰架,本文使用Elmer/Ice模拟了玛丽伯德地西部区域的冰流速场、温度场和应力场。研究发现,该区域冰盖底部温度场变化较小,大部分都达到了压力融点,只有小部分区域的冰盖底部仍处于压力融点以下。使用三个不同的地热通量(80 mW·m-2,100mW·m-2,120 mW·m-2)模拟得到的底部温度场无明显差异。冰盖表面流速较快,冰盖表面的冰总体上从地势较高的区域流向地势较低的区域,垂直方向对表面冰流速影响最大;冰盖底部应力场的大小大致和冰厚的变化相反。通过高程剖面图简要分析了冰流速和冰盖应力场的变化原因,认为冰下深谷的存在可能对冰盖流速场和应力场有很大的影响。

西南极冰盖对全球气候变化和海平面升高有着重要的影响,其动力学和热力学过程是极地研究的重点之一。冰盖数值模式的模拟可以在缺乏观测数据的情况下获得研究区域的动力学和热力学过程,已经成为研究南极的一种重要手段。西南极玛丽伯德地靠近福特山脉和罗斯冰架,本文使用Elmer/Ice模拟了玛丽伯德地西部区域的冰流速场、温度场和应力场。研究发现,该区域冰盖底部温度场变化较小,大部分都达到了压力融点,只有小部分区域的冰盖底部仍处于压力融点以下。使用三个不同的地热通量(80 mW·m-2,100mW·m-2,120 mW·m-2)模拟得到的底部温度场无明显差异。冰盖表面流速较快,冰盖表面的冰总体上从地势较高的区域流向地势较低的区域,垂直方向对表面冰流速影响最大;冰盖底部应力场的大小大致和冰厚的变化相反。通过高程剖面图简要分析了冰流速和冰盖应力场的变化原因,认为冰下深谷的存在可能对冰盖流速场和应力场有很大的影响。

以黑龙江干流堤防工程实际环境为研究基础,依托水分迁移试验装置,测试了干流堤防典型砂性土试样在冻融循环下的温度场、水分场、应力场的分布情况。结果表明:堤顶混凝土公路破坏与堤身不均匀沉降有关,温度变化引起堤基含水率出现梯度变化,从而出现应力场变化,且温度梯度含水率梯度呈线性关系。地基稳定冻结深度达到1.12 m。结合实测数据建立季节性冻土区堤防基础的水、热、力三场耦合模型,最后利用ANSYS有限元分析软件进行模拟分析,证明该模型在堤防工程上的实用性。

以黑龙江干流堤防工程实际环境为研究基础,依托水分迁移试验装置,测试了干流堤防典型砂性土试样在冻融循环下的温度场、水分场、应力场的分布情况。结果表明:堤顶混凝土公路破坏与堤身不均匀沉降有关,温度变化引起堤基含水率出现梯度变化,从而出现应力场变化,且温度梯度含水率梯度呈线性关系。地基稳定冻结深度达到1.12 m。结合实测数据建立季节性冻土区堤防基础的水、热、力三场耦合模型,最后利用ANSYS有限元分析软件进行模拟分析,证明该模型在堤防工程上的实用性。

以青海典型黄土隧道为背景,考虑隧道洞口段围岩的水热耦合环境,以含水率16%,18%黄土作为围岩材料,以有机玻璃为衬砌和洞门材料,进行相似比1∶50的寒区隧道洞口段室内模型试验,对冻胀作用下衬砌应力进行分析,并采用数值模拟方法对冻结过程进行温度场-应力场耦合计算。结果表明:2种含水率下围岩温度变化规律相似;随着含水率增大,围岩温度下降速率变快,衬砌切向应力和径向应力均增大;距温度加载位置越近,围岩温度下降速率越快;数值模拟结果与模型试验存在一定误差,但变化规律一致。