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季冻区冻胀作用对基坑稳定性影响分析

季冻区冻胀作用对基坑稳定性影响分析

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作者：孙臣王子河北地质大学

学位级别：硕士

随着社会的不断发展,人口城市化速度日益增加,各种地下工程、高层建筑物的基础建设正在兴建,与之带来的是在特殊性土体上进行基坑方案设计与施工的必要性。我国冻土地区分布广泛,季节性冻土地区基坑施工的冻胀安全问题越来越受到关注,... 详细信息

随着社会的不断发展,人口城市化速度日益增加,各种地下工程、高层建筑物的基础建设正在兴建,与之带来的是在特殊性土体上进行基坑方案设计与施工的必要性。我国冻土地区分布广泛,季节性冻土地区基坑施工的冻胀安全问题越来越受到关注,该地区土体具有的特殊物理力学性质是影响基坑稳定性的关键,如何在季冻区基坑设计与施工中保证安全、越冬基坑建设中如何考虑土体冻胀对支护结构造成的影响、土体冻胀的计算方法、温度骤降应采取的防冻措施等都是学者们研究的重点与方向。季节性冻土是指地壳表面的岩土层在冬季受冷冻结,春季融化的特殊性冻土。对比短时冻土与多年冻土,季节性冻土独有的反复冻胀融沉效应带来基坑内部不同的应力变化场,对基坑开挖后土压力的重分布规律和基坑稳定性计算带来不小的难度。目前还没有针对季冻区冻土地基的具体规范与防止冻害的措施。因此,季冻区冻土的冻结机理、强度及对支护结构造成的影响等需要更深入的了解。本文在前人研究冻土的基础上,介绍了冻土冻胀机理及其对支挡结构影响的研究现状,并分析了土在冻结过程中的水分迁移机理。结合已有的理论研究成果,对冻土强度进行详细阐述,以沈阳地区的某一越冬基坑工程为分析案例,将开挖基坑作为研究对象进行模拟分析。利用Flac 3D软件计算模型的围护结构水平位移,与实际监测数据进行对比分析,验证参数准确性与模型可行性。针对影响冻土土体中不同的因素,以季冻区常见的基坑支护结构为例,建立基坑热力耦合模型,分析冻融循环过程中土体性质变化与支护结构的受力及变形影响。通过以上的研究表明,季冻区土体随着气温的降低,土体开始冻胀,产生较大的冻胀力,但是桩体位移的增长速度并不快,冻深较浅,冻胀中后期桩顶位移增长速率变大,冻胀力增加到最大值,冻土的冻胀作用导致桩身水平力达到未冻土的400%;冻土冻结缘带受到冻融效应的影响非常明显,成冰作用导致大量水分向冻结缘带迁移,冻结缘带赋存大量的胶结冰,在融化后大量的水分排出,冻结缘带土体结构开始破坏,出现特殊的流变性能,加速变形直至完全破坏;不同土体内部性质在冻胀阶段表现不同,粉质黏土对冻胀敏感度最大。融土阶段,桩身受到的水平力数值相差较小,粒度成分的不同对融化土体几乎没有影响,水分迁移后形成的冰层融化会破坏土体原有的稳定结构。

关键词：季节性冻土地区基坑冻土 Flac 3D软件

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