随着地下空间大规模开发利用，人工冻结法在隧道下穿上覆结构工程中得到广泛应用，但上覆结构对冻胀变形控制要求也越来越高，而上覆既有结构与冻结法工艺的相互作用规律尚不明晰。为此，提出多物理场耦合冻胀变形计算方法。依托上海地铁18号线国权路站下穿既有10号线上部运营车站的盾构隧道工程，以上海第(5)1层灰色黏土为对象，研究新建隧道冻结法施工对上部运营车站主要结构的扰动作用。以孔隙比、冻结温度和平均水压力为耦合变量，考虑水分迁移，推导冻胀变形公式，改进热-水-力耦合的冻胀计算模型。基于黏性土的冻胀试验，获得冻胀试样的应力-应变关系，描述黏性土孔隙结构的变化规律。利用软件COMSOLMultiphysics的弱形式模块，开展热-水-力三场耦合数值模拟。结果表明：模拟结果与监测数据具有较高的拟合度，并小于预定的控制值，验证了耦合理论的正确性。研究成果可为类似冻结下穿隧道工程，提供一种多物理场耦合作用的上覆结构变形计算方法；为下穿隧道工程冻结法设计及施工提供有效的计算参数；为制定下穿隧道工程冻结法加固施工的安全控制指标，提供科学依据。
随着地下空间大规模开发利用，人工冻结法在隧道下穿上覆结构工程中得到广泛应用，但上覆结构对冻胀变形控制要求也越来越高，而上覆既有结构与冻结法工艺的相互作用规律尚不明晰。为此，提出多物理场耦合冻胀变形计算方法。依托上海地铁18号线国权路站下穿既有10号线上部运营车站的盾构隧道工程，以上海第(5)1层灰色黏土为对象，研究新建隧道冻结法施工对上部运营车站主要结构的扰动作用。以孔隙比、冻结温度和平均水压力为耦合变量，考虑水分迁移，推导冻胀变形公式，改进热-水-力耦合的冻胀计算模型。基于黏性土的冻胀试验，获得冻胀试样的应力-应变关系，描述黏性土孔隙结构的变化规律。利用软件COMSOLMultiphysics的弱形式模块，开展热-水-力三场耦合数值模拟。结果表明：模拟结果与监测数据具有较高的拟合度，并小于预定的控制值，验证了耦合理论的正确性。研究成果可为类似冻结下穿隧道工程，提供一种多物理场耦合作用的上覆结构变形计算方法；为下穿隧道工程冻结法设计及施工提供有效的计算参数；为制定下穿隧道工程冻结法加固施工的安全控制指标，提供科学依据。
针对黏性土冻胀性分级指标单一、界限值大,无法反映冻胀影响因素间不确定性的问题,本文在基于可拓云模型在不确定性方面的优点,结合熵值客观赋权方法提出了以取样深度、含水率、干密度、孔隙比和超塑含水率为评价指标的可拓云综合评价模型.该模型可根据实测数据与冻胀风险等级的随机性处理离散化问题,真实反映指标间的模糊性、随机性以及不确定性关系,准确评价黏性土冻胀等级,通过工程案例对该模型的有效性进行了验证.研究结果表明,基于熵值法的可拓云综合评价模型在黏性土冻胀风险评价中的应用是有效的、可行的.
针对黏性土冻胀性分级指标单一、界限值大,无法反映冻胀影响因素间不确定性的问题,本文在基于可拓云模型在不确定性方面的优点,结合熵值客观赋权方法提出了以取样深度、含水率、干密度、孔隙比和超塑含水率为评价指标的可拓云综合评价模型.该模型可根据实测数据与冻胀风险等级的随机性处理离散化问题,真实反映指标间的模糊性、随机性以及不确定性关系,准确评价黏性土冻胀等级,通过工程案例对该模型的有效性进行了验证.研究结果表明,基于熵值法的可拓云综合评价模型在黏性土冻胀风险评价中的应用是有效的、可行的.
为探究冻土条件下无黏性土堤漫顶溃决过程及溃决区域的水位、流速等水力要素变化规律，开展了弯道水槽概化模型试验。基于结构光传感器的三维成像特性，精确观测了溃堤过程中的溃口形态变化，分析了上游入流恒定时冻土深度对溃口发展过程及溃决区域水力要素的影响。结果表明：(1)冻土条件下的溃堤过程可分为渗透过流、堤后冲刷、横向展宽、冲淤平衡4个阶段，溃堤过程中会出现“陡坎”“堤身分层”“沟底挑流”等现象；(2)冻土条件下溃决区域的流速变化率和水位变化率均随着冻土深度的增加而减小；(3)冻土条件下溃堤稳定后的过堤流量、溃口宽度及垂向深度均与冻土深度呈负相关；(4)冻土深度对主槽区下游侧溃口的发展影响更大。
为探究冻土条件下无黏性土堤漫顶溃决过程及溃决区域的水位、流速等水力要素变化规律，开展了弯道水槽概化模型试验。基于结构光传感器的三维成像特性，精确观测了溃堤过程中的溃口形态变化，分析了上游入流恒定时冻土深度对溃口发展过程及溃决区域水力要素的影响。结果表明：(1)冻土条件下的溃堤过程可分为渗透过流、堤后冲刷、横向展宽、冲淤平衡4个阶段，溃堤过程中会出现“陡坎”“堤身分层”“沟底挑流”等现象；(2)冻土条件下溃决区域的流速变化率和水位变化率均随着冻土深度的增加而减小；(3)冻土条件下溃堤稳定后的过堤流量、溃口宽度及垂向深度均与冻土深度呈负相关；(4)冻土深度对主槽区下游侧溃口的发展影响更大。
为了研究土体的冻胀特性以及水分迁移情况,以解决季节性冻土区因土体冻胀现象而产生的一系列工程问题,选取冻胀效果明显的黏性土作为研究对象,进行了线性降温冻结模式和恒温冻结模式下的开放系统冻结试验。结果表明:相比于恒温冻结模式,线性降温冻结模式更有利于土体冻胀的产生;在线性降温冻结模式下,降温速率不同,土柱的冻胀量和吸水量不同,土柱的冻胀量和吸水量均与降温速率呈反比关系,降温速率越大,冻胀量和吸水量越小;冻胀率、液固比均与降温速率呈反比关系,降温速率越大,冻胀率和液固比越小。该结果可以用来预测线性降温冻结模式下土体的冻胀量,以便在工程实践中选择合适的冻结模式。
为了研究土体的冻胀特性以及水分迁移情况,以解决季节性冻土区因土体冻胀现象而产生的一系列工程问题,选取冻胀效果明显的黏性土作为研究对象,进行了线性降温冻结模式和恒温冻结模式下的开放系统冻结试验。结果表明:相比于恒温冻结模式,线性降温冻结模式更有利于土体冻胀的产生;在线性降温冻结模式下,降温速率不同,土柱的冻胀量和吸水量不同,土柱的冻胀量和吸水量均与降温速率呈反比关系,降温速率越大,冻胀量和吸水量越小;冻胀率、液固比均与降温速率呈反比关系,降温速率越大,冻胀率和液固比越小。该结果可以用来预测线性降温冻结模式下土体的冻胀量,以便在工程实践中选择合适的冻结模式。