为深入了解高原冻融区填石通风路基热量传递规律及沉降变形特征，依托新疆喀喇昆仑山区G219线冻融区新建公路工程，通过现场布设温度传感器和沉降监测点，对填石通风路基的温度变化和沉降变形进行实时监测。监测数据分析表明，填石通风路基对道路内部热量传入起到阻碍作用，并且随填土高度增加，通风路基底部出现明显的温度滞后现象，降低路基的整体沉降变形，减缓阴阳坡效应。
为了研究温度因素对季节性冻土区域接地网故障测量的影响,测量分析了冻土温度变化过程水分和盐分迁移以及电阻率情况,并在冻土参数测量结果的基础上,采用接地网无损检测装置来分析温度变化对冻土区域接地网故障测量的影响。研究结果表明,冻融阶段温度梯度和孔隙水压梯度是水分迁移的主要驱动力,冻土冻结锋面以上和锋面下缘的土壤含盐量有上升趋势,冻土土壤冻结锋面附近电阻率急剧变化,这些由温度引起的冻土变化直接影响着接地网故障测量的准确度,即冻土深度低于水平接地网深度时,测量接地网故障准确率较高。
为了弄清季节性冻土区域输电线路的接地故障问题,本文在调研黑龙江区域输电故障接地情况的基础上,研究了土体随含水量和冻融循环的变化情况,给出了分析多次冻融循环过程基础的极限抗拔力,进而获得了冻土区域输电线路的接地故障机理。研究结果表明:1)冻土区域线路运行年限越长,接地体故障几率越大,接地故障容易发生在焊接部分等薄弱位置; 2)冻融次数增加导致了杆塔基础极限抗拔力下降,直接引发杆塔地基上拔的现象,从而造成接地体的破坏损伤。针对冻土区域的输电线路接地故障,文中建议采用避开富冰冻土区域等手段,相关的研究结果可为冻土区域输电线路接地的运行检修提供参考。
为了研究温度变化对冻土区桩基础在地震荷载下特性的影响本文运用MIDAS/GTS有限元数值分析软件讨论了地震作用下不同温度对单桩基础受力性能的影响,并通过数值计算得出不同模型状况下的特征值、相对位移和弯矩曲线,并与实际值进行对比分析。结果表明,地震下温度升高会使桩基础反应变大,桩基础更容易失稳破坏。
大气温度变暖情况下,研究冻土桩基承载力变化规律,可为设计年限内预测工程结构物的工作状况提供科学依据。根据桩端入土深度及桩土相互作用原理分别对季节性冻土地区桩基和多年冻土地区桩基进行分类,并建立相应的桩土相互作用模型。以实际桩基工程为例,首先,建立大气温度与地温之间的关系,得出冻结期和融化期地面平均温度;然后,建立冻土区季节冻结及季节融化深度和地面平均温度与多年冻土厚度的关系,得出冻土区季节冻结及季节融化深度变化和多年冻土厚度变化;进一步综合季节冻土及多年冻土桩基工作状况的不同,结合已建立的考虑温度变化的桩土相互作用模型,基于现行规范的单桩承载计算公式并考虑不同的土性物理参数的基础上,最终建立大气温度变化与桩基承载力相关方程,预测桩基承载力变化状况。以上研究方法可运用于冻土区桩基承载力初步预测。
利用冻土学基本理论结合哈尔滨至齐齐哈尔客运专线实例,以其沉降监测网复测数据为研究对象,分析和研究了季节性冻土地区沉降监测网工作基点的不同状态。沉降监测网工作基点稳定性是在环境温度变化、冻土深度变化、地下水埋深等多种因素综合影响下共同作用的结果,环境温度的变化会导致冻土深度的变化,这二者结合又影响着工作基点稳定性,而地下水位的深浅也影响着工作基点的冻胀时间和总的沉降量。
对-0.5、-1.0、-1.5℃三种温度下的冻土试样进行单轴循环压缩试验,每5秒测试一次试样内部的温度,得到了不同振动频率、动应力幅值下冻土试样内部温度随振动时间变化的曲线。结果表明:在循环荷载作用下冻土内部温度会升高,动应力幅值越大,温升速率越大;在一定动应力幅值范围内,随着振动频率的增大,温升速率增大;温升幅值受土样是否破坏以及达到破坏的时间长短影响,在一定动应力幅值下,适中的某一振动频率下其内部温升幅值最大;冻土试样的破坏受其内部温度升高的影响,如果冻土试样内部温度不断升高,试样最后将会发生破坏;而不会破坏的试样内部温度升高到一定值后保持稳定或开始下降,这是由于试样和所处环境之间的热交换引起的。
文中研究季节冻土层对人工冻土墙温度场的影响。研究结果表明,季节冻土层有无及季节冻土层温度的不同对冻土墙轴面和界面交点处的温度存在影响。季节冻土层温度越低,人工冻土墙温度变化速率越快。随着季节冻土层温度的升高,人工冻土墙最终温度也有所升高,当无季节冻土层时人工冻土墙温度变化速率最慢。试验结果对利用天然冷能节省人工冻结耗能技术在实际工程中的应用具有一定的实用价值和指导意义。
【中文摘要】通过室内试验进行压缩荷载作用过程中冻土试样内部温度变化测试，分析影响试样温度变化的主要荷载类型及因素；建立温度变化与试样初始含水率、干密度、温度以及加载频率、动应力等之间的关系式；根据温度对冻土强度的影响程度，确定不同土质对温度变化响应指数的取值范围。利用试样中多点测温结果，探讨试样中的温度在纵横向的分布情况，分析引起温度变化的原因；研究当以不同的条件施加围压时试样中温度变化情况以及其造成的强度损失跟冻土强度之间的相关性。最后，从粘、弹塑性力学，热力学理论本构出发，通过能量转化建立试样中温度变化与能量耗散的关系计算式，结合试验结果对该关系式进行检验和修正，并给出涉及参数的取值范围。本研究对于完善冻土力学，深入理解冻土力学性质变化具有十分重要的意义，也可为冻土区实体工程的安全运营评价提供基础性资料。
2009-01在围压为0.3～16 MPa,频率为2 Hz,温度为-4和-6℃条件下,通过一系列恒应力幅循环动荷载试验,发现冻土动强度的变化不仅跟破坏振次的大小有关,而且与围压、循环荷载作用下土体吸收的有效能量(损失能)之间也存在一定关系。根据损失能获得试样温度的变化,将冻土动强度与温度直接联系起来,表明振动荷载作用下损失能累积造成的温度额外升高是控制冻土动强度变化特性的主要因素之一。
