土冻结过程中的水分迁移积聚与冰分凝关系密切，但两者之间的耦合关系至今仍不清晰。借助孔隙水压力测试以及多层核磁测试技术，通过系列土冻结试验，研究了水分积聚与冰分凝之间的动态耦合关系。试验结果发现粉质黏土和本文试验用兰州黄土在冻结过程中均在冻结锋面附近存在明显的水分积聚现象，但水分积聚模式存在明显差异。本文试验用兰州黄土在封闭系统条件下发生冻结时，未观察到分凝冰生成，孔隙水压力以上升为主，在冻结初期冻结锋面附近观察到明显的液态水积聚现象；而在粉质黏土的冻结过程中，可观察到冰分凝产生，孔隙水压力以下降为主，在冻结锋面附近未观察到液态水积聚现象。分析上述现象认为，在土体冻结过程中冻结锋面附近的水分积聚存在两种模式：1）压排式积聚：由于无分凝冰形成（孔隙冰的形成），冻结区（近饱和或饱和的情况下）与未冻区的水分在水压力梯度的驱使下向冻结锋面处迁移；2）冷吸式积聚：由于分凝冰的形成，未冻区的水分在吸力的驱使下向冻结锋面处迁移。值得注意的是，这两种土体冻结过程中的水分积聚模式及其影响权重与分凝冰的形成与否有着密切关系：无冰分凝的情况下，只可能在冻结初期存在压排式水分积聚；而当存在冰分凝时，在冻结初期几...
融沉是困扰多年冻土区工程建设与安全运营的关键因素之一。通过室内试验,针对两种初始干密度不同的青藏粉质黏土,在-8～24℃之间正弦波动的周期温度边界条件下,分别开展了无荷载、静荷载及动荷载作用下冻结饱和试样的融沉试验(试样的初始温度为-1℃),研究了试样内部温度、变形、孔隙水压力的时间变化过程。结果表明:温度边界相同时,在不同荷载作用下试样内部温度响应过程差异显著,反映了荷载对冻土融化速率的影响。在无荷载作用下,试样的竖向变形呈线性发展趋势,每次冻融过程中的融沉变形变化不大。在静荷载和动荷载作用下,试样的竖向变形呈先快速增加后逐渐稳定的趋势,且融化沉降变形主要发生在前3～4个冻融循环过程。试验结束时,在静、动荷载作用下试样最终变形量大于无荷载作用下,且干密度较小时竖向变形较大。在动荷载作用下,试样内部孔隙水压力变化幅度大于静荷载,且在前3次冻融循环过程中,动荷载作用下试样内部孔隙水压力消散数值大于静荷载,之后随着冻融循环次数的增加两者差异逐渐减小。试样融沉变形过程与温度变化、孔隙水压力的积累和消散过程密切相关。试验结果可为复杂边界条件下融化固结理论研究和工程中地基土体的融沉变形预测提供依...
为了研究寒区裂隙冻岩隧道冻胀力并建立合理的计算模型,以川藏公路雀儿山隧道为工程依托,组合利用水压力计、土压力盒和多点铂电阻温度传感器进行冻胀力原位测试,考虑静水压力,提出了裂隙成环贯通原位冻胀时的隧道宏观冻胀力理论模型,并将计算结果与原位测试结果进行了比较分析。研究结果表明:现场原位测试方法考虑了岩-水-冰在冻结过程中随时间和温度的变化特征,避免了对裂隙岩石细观结构模型的讨论,方案合理且易于实施;裂隙岩石冻结前水压力随径向深度增加而线性减小,径向1.5～2m围岩内裂隙水挤出形成急剧增压区间,靠近结构处水压力降到最低;原位测试得到冻胀压力0.615～3.355MPa,空间分布以拱顶处最小,拱腰处最大,冻胀力模型计算得到的冻胀压力约0.46MPa,去除水压力,裂隙成环贯通宏观冻胀力理论模型计算结果接近于工程实际。
为研究冻土地区埋地管道在融沉过程中的受力机理,利用人工冻融技术,开展了人工冻结饱和软黏土中埋地管道融沉模型试验,测试研究了融沉过程中土体温度场、水分场、位移场分布情况以及管道的力学特性。结果表明:在融沉过程中,土体的沉降主要由融化沉降和压缩沉降两部分组成;通过控制冷端温度可以有效的控制融沉速率,土体融化后,土中应力则主要集中于荷载区域下方土体,并且随着深度的增加荷载对土体的应力出现衰减;随着管道通热,冻土层的解冻,管身在油温作用下产生热膨胀现象,同时荷载对管身的作用也愈加明显,管身出现向下挠曲和圆截面椭圆化现象。结果对于冻土融化时管道的安全评估具有意义。
在荷载的作用下孔隙水压力的消散是揭示冻土整体变形机理的关键,为了研究高温冻土中孔隙水压力变化规律,在不同温度、不同排水条件下,对高温冻土开展了压缩固结试验,并监测其在-1℃、-0. 5℃和-0. 3℃的条件下孔隙水压力及位移变化情况。结果表明:温度对孔压、变形有较大影响,温度越高,土体的变形速率越大,孔隙水压力峰值越大,消散速率也越快;而温度相同时,排水条件下的孔压峰值比不排水条件下的低,位移比不排水条件下的大;从试验结果中可以认识到,孔隙水压力在受骨架挤压增大的同时也在缓慢消散。
冻胀和融沉是寒区工程建设两个最主要的病害，给寒区工程建设及运营带来了极大的危害。分凝冰的形成是导致冻胀和融沉变形最根本的原因，而冰-水压力变化研究是探寻冰分凝过程的重要内容和手段。为了研究土体冻结过程中的冰分凝过程，本项目选择青藏铁路沿线的粉质粘土作为主要研究对象，拟开展不同边界条件及不同土样状态下土体冻结过程中的冰-水压力测试试验。在试验过程中，实时监测温度、补水量、含水率、孔隙水压力、基质势及变形量等参数，并对冻结过程中成冰典型的试样进行实时可视化观测，从而确定冰透镜体的位置、厚度和间隔，以利于数据的综合分析。通过试验对比获取土体冻结过程中的冰-水压力变化，以及关键因素对其变化过程的影响程度，并在此基础上确立土体冻结过程中冰分凝形成的力学过程，及其导致水分迁移的广义力，并修正广义克拉伯龙方程，从而为冻胀和融沉变形的精确预报提供理论基础。
2016-01在低含水率非饱和土模型的基础上,从冻土物理特性出发,只考虑毛细吸力和附加压力的作用,建立了非饱和高温冻土细观结构模型,并结合相关实验数据资料改进了高温冻土未冻水含量的经验关系式,基此推导出孔隙水压力、有效应力以及抗剪强度随温度、含水量的变化关系.同时,通过理论计算与实验(实测)结果进行对比分析,发现本模型能够很好地反映非饱和高温冻土的相关物理力学特性,尤其在定性上能够与宏观实测结果相吻合.最后,基于非饱和高温冻土微观模型,对非饱和高温冻土的有效应力、抗剪强度进行了讨论分析,给出了合理的理论解释,并对高温冻土相关物理力学特性做出了定性的理论预测.
采用2种室内压缩试验方法研究高温冻土在变温变载条件下孔隙水压力的变化规律,即通过恒载变温试验和恒温变载试验分别从升温和加载的角度考虑高温冻土中孔隙水压力的变化,分析了孔隙水压力与温度变化及加载的关系.结果表明:高温冻土中孔隙水压力变化对荷载较为敏感,温度决定了孔隙水压力变化的实效性,在温度越高的条件下,孔隙水压力对加载的响应越快.同时,试验提出了研制探头刺入式微小孔隙水压力计的研究思路,以便更加深入的研究高温冻土中孔隙水压力的变化.
