快速简单地确定试样的冻结时间,对模型试验的设计具有重要意义。首先进行了不同干密度冻土模型试样整体冻结达到预设负温的试验,发现试样整体降到预设负温的时间随着干密度的增大而略有增加。然后利用COMSOL Multiphysics软件,在不考虑水分迁移的条件下,对不同干密度粉砂土试样和不同尺度条件下的正方体亚黏土试样的冻结时间进行数值模拟。将模拟结果与试验结果进行对比,发现简化条件下不同干密度的粉砂土试样能反应试样在冻结过程中冻结时间的主要特征,模拟结果中达到预设负温的时间与试验的实测结果基本吻合。正方体试样数值模拟的结果表明在同一干密度、同一含水量条件下,试样降到预设负温的时间随着体积的增大呈现幂函数增大的规律。所以,在进行模型试验设计时,可先根据试验条件进行简单的数值分析,以较合理、经济的安排试验时间,同时也可保证试样冻结质量。

极地冷海地区具有重要的油气勘探开发价值,但常规固井水泥浆液相水分在该地区负温环境下会分凝结冰,水化反应无法进行,导致固井工作难以开展。为此,针对极地冷海冻土区负温环境下固井水泥浆不凝固难题开发了一种负温水泥浆体系,并对比研究了其在-18℃和室温环境下水化反应微观产物的区别。实验结果表明:该体系具有优良的负温固化性能,在-18℃下0.5～3 h内固化,24 h抗压强度达3.5～9 MPa,可有效解决负温条件下常规水泥浆不固化无强度难题;微观成分测试发现,-18℃下冻土区负温水泥浆的水化程度较室温下低,但水化产物中Aft含量较室温下高,这对水泥石的机械性能起到了积极作用。

随着西部经济快速发展,冻土区工程日趋活跃,冻土灾害问题愈显突出。为了减少灾害,提高工程耐久性,必须进行冻土区地基承载力的力学特性与温度变化的关系研究。采用青海省果洛州海拔4 200 m处冻土,在室内模拟不同环境负温与升温温差的冻土常规三轴压缩试验,得到冻土在不同环境负温、不同升温温差下的应力-应变曲线以及强度-温度关系曲线。试验结果表明,低温冻土到高温冻土的破坏特征是由脆性破坏过渡到塑性破坏,其应力应变关系由广义双曲线模型变为邓肯-张模型;环境负温与升温温差的不同,使得冻土强度折减不同;设计冻土区地基承载力时,需根据当地温度和升温温差等变化特点修正冻土区地基承载力特征值。

随着西部经济快速发展,冻土区工程日趋活跃,冻土灾害问题愈显突出。为了减少灾害,提高工程耐久性,必须进行冻土区地基承载力的力学特性与温度变化的关系研究。文章采用青海省果洛州海拔4 200m处冻土,在室内模拟不同环境负温与升温梯度的冻土常规三轴压缩试验,得到冻土在不同环境负温、不同升温梯度下的应力-应变曲线以及强度-温度关系曲线并进行分析。试验结果表明:低温冻土到高温冻土的破坏特征是由脆性破坏过渡到塑性破坏,其应力应变关系由广义双曲线模型变为邓肯-张模型;环境负温与升温梯度的不同,使得冻土强度折减不同;设计冻土区地基承载力时,需根据当地温度和升温梯度等变化特点修正冻土区地基承载力特征值。

随着国家经济建设程度的提高,"一带一路"战略的布局,寒区交通网络与房屋建筑工程日益增多,建设中面临着很多季节冻土相关的地基振动分析以及地震灾害风险评价等问题,以往关注较少的冻土动力学性能逐渐受到重视;由于受研究条件的限制,以往通过低温动三轴试验获得的冻土动剪切模量阻尼比参数,其可靠性有待提高。本文以国内首台低温共振柱仪为试验平台,对低温共振柱试验技术进行了摸索;对粘土、粉土及砂土3种典型土类进行了一系列不同温度、含水率及冻融循环次数的共振柱试验,并总结其动剪切模量阻尼比参数的变化模式及规律;初步研究了Ⅰ、Ⅱ类理想含季节冻土场地工况中的地震反应。试验技术从围压介质入手,经过方案比较,将氯丁橡胶膜与硅油作为围压介质;通过实测结果与前人成果,选择冻结时长为24h,而冻结温度则按照不同土类进行选择。按这套技术进行低温共振柱试验,测试结果离散性小且可靠性高。使用先进可靠的低温共振柱试验技术,研究负温下3种典型土类动剪切模量阻尼比变化的基本模式,并提出温度修正系数及其计算方法。结果表明,无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数...

围压和温度是影响冻土强度的两个重要指标,并最终决定冻土的微观结构。文中利用MTS应变式冻土三轴仪进行了3个围压水平(300,400,500 kPa)、3个负温水平(-5,-10,-15℃)共9个试样的强度试验,并根据莫尔-库仑破坏准则确定了不同条件下的抗剪强度参数。基于土微结构研究方法,对从不同围压和不同负温破坏试样上获得的样品进行了电镜扫描观察,利用Leica QWin图像分析软件提取到了11个孔隙体微结构参数和11个颗粒体微结构参数。在此基础上,基于统计学原理,对孔隙体微结构参数和颗粒体微结构参数进行了主成分分析。对微结构参数的研究表明,第1主成分代表了微观参数水平截距、垂直截距、周长、颗粒密度,可以反映孔隙71%和颗粒50%以上的信息,第2主成分主要代表微观参数的面积分数和面积填充,可以反映孔隙17%信息和颗粒36%左右的信息。另外,围压梯度(100 kPa)在恒负温下对冻土强度的影响要比负温梯度(5℃)在恒围压下对冻土强度影响大,其强度变化的比值约为4,并在此基础上得出围压与负温对冻土强度的影响关系。冻土微结构孔隙和颗粒参数同时受到围压和负温的影响,其主成分F1变化基本一致,而...

许多关于未冻水含量与温度之间关系的经验公式缺乏连续介质热力学理论的证明,且在温度接近0℃时出现奇异,因此不能很好地拟合冻土中未冻水含量与温度之间的关系曲线。从引入未冻水含量作为内变量和与内变量功共轭的相变潜热出发,利用连续介质热力学理论推导出冻土中未冻水含量与负温绝对值关系的理论公式。实验证明,所求得的公式可以很好地拟合冻土中未冻水含量与负温绝对值的关系曲线。

根据波动理论考虑土体的非线性,得到地震反应谱的解答,应用求解水平层状场地地震反应谱的等效线性化程序,数值求解不同负温、不同覆盖层厚度多年冻土场地的地震加速度反应谱,季节冻土场地冬夏季地震加速度反应谱。计算结果表明:负温对多年冻土场地加速度反应谱的影响显著,随着冻结温度的降低,加速度反应谱的加速度峰值逐渐降低,并且其峰值前移,场地卓越周期减小;随着冻土覆盖层厚度的增加,反应谱峰值先增大后减小;季节冻土场地夏季的地震反应高于冬季,但在短周期阶段也出现了反超的现象。