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石灰改良红层无侧限抗压强度试验研究

冰川冻土 2021年第2期43卷 535-543页

作者：周宇李国玉武红娟穆彦虎赵文斌毛云程中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北生态环境资源研究院大兴安岭冻土工程与环境观测试验研究站黑龙江加格达奇165000 西北民族大学甘肃兰州730030 甘肃民航机场集团有限公司甘肃兰州730020

红层是一种特殊岩土,作为路基材料时,常会导致不均匀沉陷、翻浆冒泥等病害。为改善其力学性质,工程上通常掺入一定剂量的石灰(Ca(OH)_(2))进行改良。由于降水-蒸发的周期性变化,运营期间反复干湿循环作用对路基土的工程性质造成较大影... 详细信息

红层是一种特殊岩土,作为路基材料时,常会导致不均匀沉陷、翻浆冒泥等病害。为改善其力学性质,工程上通常掺入一定剂量的石灰(Ca(OH)_(2))进行改良。由于降水-蒸发的周期性变化,运营期间反复干湿循环作用对路基土的工程性质造成较大影响。基于此,结合室内无侧限抗压强度试验,研究了干湿循环作用对不同掺量的石灰改良红层无侧限抗压强度的影响。结果表明:在最佳含水率下,石灰改良红层的无侧限抗压强度随石灰掺量的增加而增大;干湿循环作用对改良红层无侧限抗压强度的影响与石灰掺量有关,石灰掺量较低时,改良红层的抗压强度随干湿循环次数的增加而减小,石灰掺量较高时,改良红层的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加而显著增大;未改良红层塑性较大,试样均为塑性鼓胀破坏,掺入石灰后,红层强度增大,脆性增强,呈脆性剪切破坏,经历干湿循环作用后,石灰改良红层试样呈多缝锥形破坏。

关键词：红层干湿循环作用石灰改良红层无侧限抗压强度

渠基土在冻融循环作用下的变形和应力变化特征

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冰川冻土 2021年第2期43卷 523-534页

作者：刘富荣马巍周志伟张淑娟穆彦虎何鹏飞中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

受季节性气候变化和昼夜交替的影响,处于寒区的地表浅层土体不可避免地会发生冻融循环作用。冻结过程引起土体的膨胀变形,融化过程引起土体的压缩沉降变形。同时冻融交替变化会诱发渠基土的结构与物理力学性质发生显著改变,从而危害工... 详细信息

受季节性气候变化和昼夜交替的影响,处于寒区的地表浅层土体不可避免地会发生冻融循环作用。冻结过程引起土体的膨胀变形,融化过程引起土体的压缩沉降变形。同时冻融交替变化会诱发渠基土的结构与物理力学性质发生显著改变,从而危害工程设施的服役性。土体所处的应力环境是影响冻融过程中土体变形发展的关键因素。为了研究不同上覆荷载条件下冻融循环过程对寒区渠基土变形与冻胀应力发展特性的影响,开展了一系列冻融循环试验。结果表明:在上覆荷载为10k Pa时,冻融循环会使土体产生膨胀变形;当上覆荷载为50k Pa或100k Pa时,冻融循环会使土体产生非常明显的固结沉降,且上覆荷载越大,沉降量也会越大。随着冻融循环次数的增加,土体在其所处的应力环境下逐渐形成相对稳定的固结结构,单次冻融过程中产生的冻胀量与融化固结量趋于相等,即冻融稳定系数趋于1。在不同上覆荷载条件下固结稳定后,保持试样两端约束的位移不变,发现土体冻融过程中产生的最大竖向冻胀应力随冻融循环次数的增加不断衰减,且冻胀应力的发展与孔隙水压力的变化具有一致性。因此,通过对恒定上覆荷载条件下冻融过程中正冻与正融界面附近孔隙水压力分布的研究,可揭示冻融过程中土体变形发展的内应力机理。

关键词：冻融循环孔隙水压力上覆荷载冻胀应力

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石油污染土体导热系数变化规律和变化机制

地下空间与工程学报 2011年第6期7卷 1114-1120页

作者：李兴柏李国玉毕贵权穆彦虎张青龙中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050

室内测试了不同含水量、污染强度、油水相含量的石油污染土体的导热系数。研究结果表明:干密度和污染强度一定时,其导热系数随含水量的增加而增大;干密度和含水量一定时,随污染强度的增加呈现先减小后增加最后又减小的变化趋势;温度对... 详细信息

室内测试了不同含水量、污染强度、油水相含量的石油污染土体的导热系数。研究结果表明:干密度和污染强度一定时,其导热系数随含水量的增加而增大;干密度和含水量一定时,随污染强度的增加呈现先减小后增加最后又减小的变化趋势;温度对其导热系数的影响主要取决于各温度区间土体水相的赋存状态。内在的变化机制是:土体内部油、水的赋存位置、相状态、含量以及土体自身的导热性能共同决定了其导热系数的大小。研究成果为定量研究、评价和预测石油污染物扩散、迁移等环境问题以及石油污染土体传热、传质和热稳定性问题研究提供了重要参数;为冻土区环境恶化、冻土退化、冻害形成过程等机理性解释提供依据。

关键词：土力学多年冻土导热系数石油污染物饱和度环境岩土工程

连续多年冻土区渠道冻土地基地温观测初步研究

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人民黄河 2022年第10期44卷 117-121页

作者：韩洪武郑郧李玉恩穆彦虎柴明堂青海省水利水电工程局有限责任公司青海西宁810001 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

在多年冻土区进行工程建设,将不可避免地影响到下伏多年冻土热状况,进而影响到冻土地基承载力和工程结构的长期稳定性。结合高海拔连续多年冻土区某渠道工程,针对溢口开展了多年冻土地温监测系统的建设与地温连续观测。基于获得的2019—... 详细信息

在多年冻土区进行工程建设,将不可避免地影响到下伏多年冻土热状况,进而影响到冻土地基承载力和工程结构的长期稳定性。结合高海拔连续多年冻土区某渠道工程,针对溢口开展了多年冻土地温监测系统的建设与地温连续观测。基于获得的2019—2020年冬季监测数据,分析了溢口开挖施工过程及后期过水对下伏多年冻土的热影响规律和程度。初步研究结果表明,受积水和过水影响,溢口下伏浅层地温对环境气温的季节波动响应不明显,与天然场地浅层地温变化过程显著不同。溢口下伏多年冻土地温较天然场地地温高,且越靠近过水断面,两者差异越大,现有结果表明这一差异为0.4℃左右。鉴于冻土地基强度与变形行为的温度依赖性,建议加强溢口沉降变形及水深、流速、水温等过流水体的关键参数监测工作,为溢口长期热力稳定性预测与预警提供重要依据。

关键词：连续多年冻土区多年冻土地温溢口现场监测

寒区隧道保温设防长度工程实践与研究进展综述

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冰川冻土 2022年第3期44卷 998-1010页

作者：庞小冲朱小明穆彦虎张坤张力杰郑波李凌洁甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司甘肃兰州730030 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 西北民族大学土木工程学院甘肃兰州730124 中铁西南科学研究院有限公司四川成都611731

保温法是目前寒区隧道建设中应用最为广泛的一种冻害防治方法。通过敷设保温材料可以减缓隧道结构、围岩体与洞内空气的热量交换过程,进而减小或避免衬砌与围岩体内的季节冻融,实现冻害防治的目的。在工程设计中,隧道保温段的敷设长度... 详细信息

保温法是目前寒区隧道建设中应用最为广泛的一种冻害防治方法。通过敷设保温材料可以减缓隧道结构、围岩体与洞内空气的热量交换过程,进而减小或避免衬砌与围岩体内的季节冻融,实现冻害防治的目的。在工程设计中,隧道保温段的敷设长度和厚度是两个关键参数,其中敷设厚度相对容易确定,但是敷设长度的确定目前缺乏统一的标准和简便可靠的方法,给隧道保温设计带来了一定的难度和不确定性。基于此,对包括现有铁路和公路规范要求、经验公式、工程类比法、理论解析法、数值模拟法等寒区隧道保温段敷设长度确定方面的工程实践、研究进展和挑战进行了系统的总结,并在此基础上提出保温设防设计用气象数据的选取方法、保温设防长度确定的依据、隧道进出口的差异性,以及季节冻土与多年冻土区隧道的差异等未来工程实践和科学研究仍需解决和研究的重点,以期能够为寒区隧道保温防冻工程设计难题的解决提供参考。

关键词：寒区隧道保温设防长度气象数据季节冻土多年冻土

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青藏铁路多年冻土区普通路基热状况监测分析

冰川冻土 2014年第4期36卷 953-961页

作者：穆彦虎马巍牛富俊李国玉王大雁刘永智中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

基于现场地温监测数据,选取年平均地温不同的监测断面对青藏铁路普通路基的热状况进行分析,包括多年冻土上限变化及其地温变化、下伏多年冻土温度变化、原天然地表附近热收支等方面.结果表明:在低温多年冻土区,路基下部多年冻土上限均... 详细信息

基于现场地温监测数据,选取年平均地温不同的监测断面对青藏铁路普通路基的热状况进行分析,包括多年冻土上限变化及其地温变化、下伏多年冻土温度变化、原天然地表附近热收支等方面.结果表明:在低温多年冻土区,路基下部多年冻土上限均有所提升,且新近形成的人为上限较为稳定,冷季时负温积累显著;路基下伏多年冻土总体热稳定性较好.而在高温多年冻土区,左(阳坡)路肩下部多年冻土上限多表现为下降,右(阴坡)路肩下部多年冻土上限有升有降,但是新近形成的上限均温度较高且有进一步升温的趋势;与天然场地地温相比,路基下部多年冻土均出现一定的升温.尤其在高温极不稳定多年冻土区,天然场地多年冻土自身处于吸热升温状态;路基修筑后,下部多年冻土已经出现了融化夹层及双向退化的情况,路基热稳定性较差.对于普通路基来说,由于青藏高原强烈的太阳辐射及青藏铁路总体走向原因,普通阴阳坡效应显著,左、右路肩下部多年冻土热稳定性差异较大.

关键词：普通路基多年冻土热稳定性热收支青藏铁路

混凝土的入模温度和水化热对青藏直流输电线路冻土桩基温度特性的影响

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冰川冻土 2014年第4期36卷 818-827页

作者：陈赵育李国玉穆彦虎俞祁浩毛云程王飞中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 上海市金山区吕巷镇人民政府上海金山201517 甘肃省交通科学研究院有限公司甘肃兰州730050 中国科学院大学北京100049

施工过程中混凝土的入模温度和水化热对多年冻土区桩基施工期间的热稳定性具有重要影响.针对该问题,利用有限元方法定量研究了±400 kV青藏直流输电线路冻土区锥柱基础入模温度、水化热和含冰量对桩基回冻过程、温度场变化和桩底融化深... 详细信息

施工过程中混凝土的入模温度和水化热对多年冻土区桩基施工期间的热稳定性具有重要影响.针对该问题,利用有限元方法定量研究了±400 kV青藏直流输电线路冻土区锥柱基础入模温度、水化热和含冰量对桩基回冻过程、温度场变化和桩底融化深度的影响规律.结果表明：水化热影响下,桩基中心温度在第3天达到最高,桩底滞后1 d,基坑表面受其影响较小,主要受环境温度影响;第24天,桩底出现最大融化层,随着入模温度增加,融化层厚度相应增加,入模温度为6℃时融化层厚度为34 cm,15℃时为55 cm;入模温度越高,回冻时间越长,当入模温度为6℃时,完全回冻需经历52 d,15℃时,回冻时间将增加7 d.含冰量对桩底融化深度有影响,含冰量越大底部融化深度越小;冻土年平均地温是影响桩底融化深度的重要因素,少冰高温（-0.52℃）、低温（-1.5℃和-2.5℃）冻土条件下,最大融化层厚度分别为38 cm、34 cm和25 cm.基于上述结果,在多年冻土地区的桩基工程,建议混凝土入模温度为6-8℃,底部碎石垫层至少40 cm.

关键词：青藏直流输电线路多年冻土桩基冻结融化回冻时间水化热

季冻区矿山排土场粗粒土冻融界面剪切性能研究

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金属矿山 2018年第12期47卷 150-156页

作者：陈国良牛富俊穆彦虎陈涛李国玉杨晗西藏华泰龙矿业开发有限公司西藏拉萨850001 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000 冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050

随着我国西部矿产资源的大力开发,季节冻融作用对于高寒高海拔地区矿山排土场的稳定性影响问题日益突出。以西藏某高海拔多金属矿山排土场为研究对象,利用可控温大型直剪仪开展了排土场粗粒土在全融状态下和冻融交界面的剪切试验,并考... 详细信息

随着我国西部矿产资源的大力开发,季节冻融作用对于高寒高海拔地区矿山排土场的稳定性影响问题日益突出。以西藏某高海拔多金属矿山排土场为研究对象,利用可控温大型直剪仪开展了排土场粗粒土在全融状态下和冻融交界面的剪切试验,并考察砾粒组含量对两种状态下粗粒土剪切强度的影响。结果表明:对于全融粗粒土,其剪切应力—剪切位移曲线呈现应变硬化特征,而冻融交界面剪切应力—剪切位移曲线呈现应变软化特征。同一砾粒组含量条件下,相对于融土,冻融交界面抗剪强度约是其2倍,主要原因体现在两方面:一是冻融界面处冰的胶结作用增加了土体的粘聚强度,试验条件下这一贡献量值约在50～60 kPa;二是冻融界面处水分的润滑作用有所减弱导致滑动摩擦增加,且粗颗粒表面的冰包裹作用增强了颗粒之间脱离咬合的咬合摩擦,因此其内摩擦强度同样大于融土。随砾粒组含量增加,融土、冻融界面黏聚力显著减小,而内摩擦角显著增加,但相较于融土,冻融界面处黏聚力减小幅度较小而内摩擦角增加幅度较大。

关键词：排土场粗粒土冻融界面大型直剪季冻区

局部超低温制冷治理多年冻土路基融沉的数值模拟研究

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水利水电技术 2019年第2期50卷 46-52页

作者：周恒王建州周国庆陈拓穆彦虎潘玉喜中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 南京江北新区中心区发展有限公司江苏南京210000

青藏铁路路基在全球升温和人为施工热扰动等不利因素的影响下会出现融沉现象,针对多年冻土地区升温引发的路基融沉问题,提出了采用超低温短时制冷进行工程抢险和维护冻土路基稳定的方法。主要分析短时超低温制冷方法在不同的布管位置(... 详细信息

青藏铁路路基在全球升温和人为施工热扰动等不利因素的影响下会出现融沉现象,针对多年冻土地区升温引发的路基融沉问题,提出了采用超低温短时制冷进行工程抢险和维护冻土路基稳定的方法。主要分析短时超低温制冷方法在不同的布管位置(路基和坡脚地层)、布管角度(水平管和倾斜管)、管长度(5 m、7 m)和制冷时间等因素影响下路基温度场、冻土上限和融化盘的变化。研究表明:超低温制冷方法是一种高效治理融沉灾害的抢险施工工法;管长越长冻土交圈时间越短,因为超低温的制冷效率高,可以在短时间内使路基处于负温状态,显著提高承载力;路基水平管的冻结效果好,坡脚处的冻结效果差;冻土上限可以在短时间内最高提升5 m,融化盘面积大大减少甚至可以被消除;路基内最高温度可以降低2℃,路基的最大融化深度可以降低4 m。综上所述,只要施工采取适宜的布管方式就可以在短时间内使整个路基处于负温状态,同时提高路基的承载力,达到很好的工程抢险效果。研究成果对治理多年冻土地区路基病害具有参考价值。

关键词：高温冻土路基超低温制冷抢险施工温度场