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人工冻土围压SHPB试验与冲击压缩特性分析

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岩土力学 2014年第3期35卷 637-640页

作者：马芹永张经双陈文峰袁璞安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB),以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明:在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为... 详细信息

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB),以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明:在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12℃和-16℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。

关键词：人工冻土冻结黏土分离式Hopkinson压杆(SHPB) 试验围压状态应变率效应温度效应

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人工冻土蠕变的数值计算及其模拟

中国矿业大学学报 2004年第3期33卷 273-276页

作者：乾增珍鲁先龙陈湘生中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083 国电电力建设研究所北京100055 深圳市地铁总公司广东深圳518000

根据人工冻土蠕变特征和本构方程,引入经典弹塑性力学理论,将空间域和时间域进行离散化,提出了以时间增量法为基础的人工冻土有限元数值模拟计算公式应用ANSYS有限元程序分析了一个实例.并将数值模拟结果、解析解和现场实测数据进行对... 详细信息

根据人工冻土蠕变特征和本构方程,引入经典弹塑性力学理论,将空间域和时间域进行离散化,提出了以时间增量法为基础的人工冻土有限元数值模拟计算公式应用ANSYS有限元程序分析了一个实例.并将数值模拟结果、解析解和现场实测数据进行对比分析,结果表明运用数值模拟方法可以模拟冻土的蠕变计算,揭示冻结壁变形规律,且具有一定的计算精度,从而为今后人工冻土蠕变计算提供了一种实用方法.

关键词：人工冻土蠕变数值计算数值模拟有限单元法

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滨海人工冻土压折力学特性及影响因素分析

滨海人工冻土压折力学特性及影响因素分析

作者：李寒福建工程学院

学位级别：硕士

随着福州地下空间不断开发利用,地铁规模日益扩大,人工地层冻结法在富水地区地铁联络通道建设中得到了广泛应用。联络通道中冻结帷幕处于压折联合作用,或者横向弯折作用,截面可能会出现压折应力区,极易产生难以预测的脆性破坏,引发工程... 详细信息

随着福州地下空间不断开发利用,地铁规模日益扩大,人工地层冻结法在富水地区地铁联络通道建设中得到了广泛应用。联络通道中冻结帷幕处于压折联合作用,或者横向弯折作用,截面可能会出现压折应力区,极易产生难以预测的脆性破坏,引发工程事故。本文结合福州滨海软土地层的情况,选取地铁四号线典型两种土质进行室内试验,对滨海人工冻土压折强度特性开展了研究。主要研究成果如下:(1)本文基于已有的万能试验机压缩夹具装置,对试验机功能进行了改进。试验机可进行单轴压缩、单轴蠕变、三点抗折力学特性的室内试验;也可任意设定与控制养护试样的箱体温度,完成不同温度下的力学试验;还可改变加载速率与应变速率等研究冻土变形特性。(2)通过开展滨海人工冻土单轴抗压强度特性试验,考虑了温度、含水率、含盐量、加载速率4种因素,得出了单轴强度与主要影响因素(温度、含水率)的关系。试验表明了不同土质下,抗压强度与温度成反比,与含水率成正比。粉质黏土增强速率与温度近似看成正相关;淤泥质土抗压强度增强速率与温度呈负相关。两种土质抗压强度增长速率均与含水率呈正相关。(3)通过开展滨海人工冻土三点抗折强度特性试验,重点考虑了温度、含水率对抗折强度的影响规律。结果为在两种土质下三点抗折强度与温度成反比,弹性模量与温度成反比;三点抗折强度与含水率成正比,弹性模量与含水率成正比。随着温度由-5℃降低至-15℃粉质黏土抗折强度变化速率具有逐渐增大的趋势,而淤泥质土抗折强度变化速率具有逐渐减小的趋势。(4)基于冻土单轴抗压和三点抗折强度试验结果,从敏感性、破坏形态、温度、含水率4个方面对抗压、抗折强度综合对比分析,表明了冻土抗压强度试验为剪切破坏,抗折强度试验为折断破坏;-5℃降低至-15℃的过程中折压比整体呈现不断增长的趋势;含水率不断增加的过程中折压比同样呈现不断增长的趋势。(5)基于ANSYS有限元软件,以抗折强度试验结果为依据,建立了有限元模型,通过对冻土梁进行数值模拟,对比分析了数值模拟计算结果与试验结果。

关键词：人工冻土抗压强度试验抗折强度试验敏感性灰色关联分析

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人工冻土黏弹塑性本构参数反分析研究

岩土力学 2013年第11期34卷 3091-3095页

作者：袁文华安徽理工大学教育部"矿山地下工程"研究中心安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

通过大量的人工冻结黏土蠕变试验研究,获得在高偏应力下人工冻结黏土具有显著的蠕变特性:当应力水平较低时,人工冻土发生黏弹性蠕变变性;当应力水平较高时,人工冻土发生黏塑性蠕变变性。因此,以西原模型为基础,增加一个黏弹性元件项和... 详细信息

通过大量的人工冻结黏土蠕变试验研究,获得在高偏应力下人工冻结黏土具有显著的蠕变特性:当应力水平较低时,人工冻土发生黏弹性蠕变变性;当应力水平较高时,人工冻土发生黏塑性蠕变变性。因此,以西原模型为基础,增加一个黏弹性元件项和用抛物线屈服函数代替塑性屈服项,构建了高应力下抛物线型黏弹塑性蠕变本构模型。改进的西原模型可以较好描述人工冻土剪切蠕变特性。基于小生境技术的遗传算法和人工冻土黏弹塑性模型有限元理论,在FEPG(有限元程序生成器)自动生成平台上研发了位移反分析程序。利用现场实测数据对深井冻结井筒开挖过程进行了位移反分析,获得了与试验相一致的冻土本构力学模型参数,数值分析结果与实测数据之间的误差在6%以内,反演结果验证了模型的可行性。冻结井筒开挖过程的位移反分析获得的人工冻土本构模型参数,能反映冻结壁施工过程和有效冻结范围内冻土本构参数平均值,因而具有广泛的代表性,对冻结壁应力场、位移场和稳定性预测具有重要工程意义。

关键词：遗传算法位移反分析人工冻土黏弹塑性本构模型 FEPG

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人工冻土融沉试验及融沉系数预测研究

采矿与安全工程学报 2015年第6期32卷 996-1003页

作者：陶祥令马金荣黄凌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 江苏省建筑安全与减灾工程技术研发中心江苏徐州221116

为了研究人工凿井冻结法施工中冻结壁解冻融沉效应的产生而导致井筒壁后附加力的变化,以徐州黏土冻融为研究对象,通过人工冻结土融沉特性试验,分别开展了人工冻土不同含水率、不同单向冻结温度梯度、不同外荷载的冻融特性分析。结果表明... 详细信息

为了研究人工凿井冻结法施工中冻结壁解冻融沉效应的产生而导致井筒壁后附加力的变化,以徐州黏土冻融为研究对象,通过人工冻结土融沉特性试验,分别开展了人工冻土不同含水率、不同单向冻结温度梯度、不同外荷载的冻融特性分析。结果表明:试验系统补水情形下,相同干密度的黏土单向冻结温度梯度为1.4℃/cm时融沉量值为0.98 mm,大于2.0℃/cm融沉量值0.61 mm,增大幅值约60.6%;相同单向冻结温度梯度下,随着外载荷的增大融沉量随之增大,两者增长趋势一致,但幅度不一致。基于对冻土融沉特性受多因素综合影响的认识,采用改进的人工神经网络方法,建立了多样本、多因素影响下的融沉系数关系数据库,误差分析表明,改进的预测算法具有较好的精度。

关键词：人工冻土温度梯度融沉系数神经网络

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人工冻土复合幂-指数非线性强度模型

河南城建学院学报 2023年第5期32卷 37-42页

作者：宋梓豪姚兆明安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001

人工冻土应力-应变曲线形态通常呈现软化型,传统的指数模型、双曲线模型不能描述软化型曲线,而复合幂-指数非线性模型(CPE模型)可以更好地反映人工冻土的单轴抗压强度的软化力学特性。以山东某矿区黏土为例,在-10℃、-15℃、-20℃3种温... 详细信息

人工冻土应力-应变曲线形态通常呈现软化型,传统的指数模型、双曲线模型不能描述软化型曲线,而复合幂-指数非线性模型(CPE模型)可以更好地反映人工冻土的单轴抗压强度的软化力学特性。以山东某矿区黏土为例,在-10℃、-15℃、-20℃3种温度下进行冻结黏土单轴压缩试验,得到其软化型应力-应变曲线,通过分析温度对曲线软化规律的影响,建立人工冻土CPE模型,并通过拟合的方法求得参数最优解,发现各模型参数与温度呈线性关系,根据温度对模型各个参数的影响规律,得到了考虑温度影响的应变软化型应力-应变曲线CPE模型。将建立的人工冻土CPE模型的计算结果与试验结果进行比较,结果表明:计算结果与试验结果吻合度较高,能准确地预测单轴压缩软化型应力-应变曲线的变化趋势。建立的人工冻土CPE模型参数较少,参数容易求解且具有明确物理意义,便于工程应用。

关键词： CPE模型人工冻土应力-应变曲线单轴压缩

复杂应力路径人工冻土三轴剪切试验及本构模型

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煤炭学报 2016年第S2期41卷 407-411页

作者：李栋伟陈军浩周艳中国科学院寒区旱区与环境工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 福建工程学院土木工程学院福建福州350108 安徽理工大学土木建筑工程学院安徽淮南232001

构建人工冻土BP神经网络本构模型,利用冻土三轴实验数据对神经网络模型进行训练,并2次开发有限元本构程序。用BP神经网络本构模型能很好的反映人工冻土非线性,人工冻土三轴数值模拟值和实验值误差在2.43%范围内。通过深井冻结工程数值... 详细信息

构建人工冻土BP神经网络本构模型,利用冻土三轴实验数据对神经网络模型进行训练,并2次开发有限元本构程序。用BP神经网络本构模型能很好的反映人工冻土非线性,人工冻土三轴数值模拟值和实验值误差在2.43%范围内。通过深井冻结工程数值模拟表明:人工冻土BP神经网络本构模型能较好的描述复杂应力路径变形特征,数值结果和现场实测规律一致,且和实测位移误差在5.0%;应用BP神经网络冻土本构模型准确预测预报人工冻土帷幕应力场和变形场,为冻结工程设计与施工提供参考。

关键词：人工神经网络 BP本构模型人工冻土

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抛物线型屈服面人工冻土蠕变本构模型研究

岩土力学 2007年第9期28卷 1943-1948页

作者：李栋伟汪仁和赵颜辉胡璞安徽理工大学土木工程系淮南232001 河海大学岩土工程科学研究所南京210098 安徽省建设厅房地产管理处合肥230001

利用自行研制的W3Z-200型冻土三轴压缩蠕变仪,对淮南地区深表土冻土进行了三轴蠕变试验。根据试验结果,提出以标准黏弹塑性模型为基础,并耦合温度自由度,应用抛物线型屈服准则对模型中的黏塑性项进行改进,建立了新的本构模型来描述高围... 详细信息

利用自行研制的W3Z-200型冻土三轴压缩蠕变仪,对淮南地区深表土冻土进行了三轴蠕变试验。根据试验结果,提出以标准黏弹塑性模型为基础,并耦合温度自由度,应用抛物线型屈服准则对模型中的黏塑性项进行改进,建立了新的本构模型来描述高围压复杂应力状态下冻土的蠕变变形特征。基于ADINA有限元软件平台,开发了冻土本构子程序。对淮南某冻结井筒开挖过程进行了数值模拟,计算结果验证了冻土抛物线型黏弹塑本构模型的正确性和合理性。

关键词：复杂应力三轴蠕变抛物线型屈服面人工冻土

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考虑卸压孔卸荷作用的人工冻土冻胀特性研究

工程力学 2010年第12期27卷 141-148页

作者：黄建华福建工程学院土木工程系福州350108 清华大学土木工程系北京100084

对于含水土层特殊地质条件下的基坑围护及地铁隧道等地下工程,冻结围护技术具有良好适应能力和突出技术优势,利用人工制冷使土中液相水冻结为固相冰,使含水土层冻结为人工冻土墙帷幕,提高含水土层强度和刚度以及止水隔渗性能,加固不稳... 详细信息

对于含水土层特殊地质条件下的基坑围护及地铁隧道等地下工程,冻结围护技术具有良好适应能力和突出技术优势,利用人工制冷使土中液相水冻结为固相冰,使含水土层冻结为人工冻土墙帷幕,提高含水土层强度和刚度以及止水隔渗性能,加固不稳定土层和隔绝地下水。但人工冻结围护在工程应用中,冻胀与变形对基坑围护支撑结构和周边环境影响甚大,冻胀力是支撑围护结构的主要荷载之一,而采用卸压孔(槽)的卸荷作用对冻胀的释放和变形的控制具有显著功效。通过对冻结围护工程冻胀性状有限元分析以及卸压孔对冻胀卸荷作用的探讨,结合试验监测成果验证,系统研究冻结围护工程中人工冻土的冻胀与变形及其卸荷作用下的力学性状特征,为人工冻土冻胀性态的认识以及今后冻结围护工程的推广应用提供理论基础。

关键词：人工冻土冻胀卸压孔卸荷作用基坑围护