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高寒地区输电线路锥管板条装配式基础抗冻拔性能试验研究

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防灾减灾工程学报 2022年第3期42卷 542-552页

作者：王卫东崔强韩杨春张树林孟宪乔中国电力科学研究院有限公司北京102401 中国能源建设集团公司安徽省电力设计院有限公司安徽合肥230601

高寒地区分布大量多年冻土,传统的现浇基础由于其抗冻拔性能差、施工周期长,不易采用,考虑受力合理,施工快速便捷,提出一种可灵活拼装的锥管板条装配式基础。为了分析该种形式基础的抗冻拔特性,开展了-5、-10、-15℃三种温度梯度条件下... 详细信息

高寒地区分布大量多年冻土,传统的现浇基础由于其抗冻拔性能差、施工周期长,不易采用,考虑受力合理,施工快速便捷,提出一种可灵活拼装的锥管板条装配式基础。为了分析该种形式基础的抗冻拔特性,开展了-5、-10、-15℃三种温度梯度条件下的冻结试验,分析了温度场、地基冻胀力、冻胀位移、基础本体应变的变化规律。研究结果表明:①基础顶部冻拔位移小于地基冻胀位移,由于基础的“约束冻胀”作用,距基础边缘最远处冻胀位移最大;②地基冻胀力与相应处冻胀位移之间呈正相关,冻胀力随温度降低而增大,且增加幅度随着温度的降低而加大;③基础本体所受拉应力远小于材料屈服强度,地基表面首先出现发状细微裂纹,随着后期冻胀力的释放,裂缝逐渐扩张、延伸;④对于以承受上拔荷载为主的输电线路基础可采用回填非冻胀材料、基础表面光滑处理、优化结构形式等工程措施提高其抗拔性能。

关键词：输电线路冻土装配式基础冻结试验冻胀力工程措施

铜黄高速公路涎流冰室内外试验及新型防治措施研究

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公路 2017年第8期62卷 253-260页

作者：徐世强张浩王明山任洪远长安大学理学院西安市710064 长安大学公路学院西安市710064 陕西交通建设集团西安市710064

通过饱水粗粒土与饱水细粒土的冻结试验,得出饱水粗粒土的冻结是形成公路涎流冰的内部条件,三层体中形成的密闭体系是其形成的外部条件的结论。根据病害形成原理和成因分析,借鉴传统防治措施,针对路堑边坡提出蓄冰沟与渗井结合的新型防... 详细信息

通过饱水粗粒土与饱水细粒土的冻结试验,得出饱水粗粒土的冻结是形成公路涎流冰的内部条件,三层体中形成的密闭体系是其形成的外部条件的结论。根据病害形成原理和成因分析,借鉴传统防治措施,针对路堑边坡提出蓄冰沟与渗井结合的新型防治措施,并使用Midas/GTS软件对蓄冰沟与渗井措施进行应力与渗流耦合数值模拟分析。发现采取新型防治措施(工后)坡面的水头、孔隙水压、渗流速度以及位移和未采取新型防治措施(工前)相比都明显减小,现场观测到坡面夏季渗水量和冬季涎流冰体积大幅减小,工后效果良好。

关键词：道路工程涎流冰冻结试验粗粒土机理边坡

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电渗-氯化钙对硫酸钠盐渍土变形的影响

华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第4期51卷 53-60页

作者：张恒黄俊光李伟科李健斌华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 广州建筑股份有限公司广东广州510030 广州市建筑集团有限公司广东广州510030 广州市设计院集团有限公司广东广州510620

过多的水盐含量是季冻区盐渍土产生变形的根本原因,而电渗可以通过驱动盐离子加速土体的排水固结,同时也会导致阴极土体含水率过大,进而产生严重冻胀变形。本文采用自制装置进行电渗联合氯化钙的室内试验,研究不同氯化钙含量(质量分数为... 详细信息

过多的水盐含量是季冻区盐渍土产生变形的根本原因,而电渗可以通过驱动盐离子加速土体的排水固结,同时也会导致阴极土体含水率过大,进而产生严重冻胀变形。本文采用自制装置进行电渗联合氯化钙的室内试验,研究不同氯化钙含量(质量分数为0、5%、10%、15%的氯化钙溶液)对硫酸钠盐渍土变形的影响,结果表明:电渗联合氯化钙可以增大硫酸钠盐渍土的电导率,进而加速土中水的排出,相较于仅电渗处理,土体最终电渗排水量增加35%以上;硫酸钠盐渍土中过量的Na^(+)和SO_(4)^(2-)在电场力的驱动下分别向阴阳两极迁移,大部分随电渗水流排出,从而降低土体中含盐量,减小低温下土体冻胀盐胀变形;在电场力作用下,Ca^(2+)迁移到阴极并与水解产生的OH-结合形成Ca(OH)_(2)胶结物,大大增强土颗粒间的粘结力,而多余的Ca^(2+)与可溶性硅酸盐发生反应形成水合硅酸钙(C-S-H),并沉积在土颗粒表面,增加土颗粒间的摩擦力,有效降低阴极土体的冻胀变形;经电渗-氯化钙处理后的硫酸钠盐渍土,微观结构更加密实,抵抗冻胀盐胀变形能力显著增强,其中以质量分数10%的氯化钙溶液的加固效果为最佳,相较于仅作电渗处理土体,最终排水量提高了近70%,阴极土体抗剪强度增大了27.1 kPa,冻胀变形量降低了65.1%,而当试验用氯化钙溶液中氯化钙质量分数超过10%后,由于渗流通道的淤堵和电极腐蚀,导致最终排水量和土体抗剪强度有所降低,土体变形量增大。

关键词：硫酸钠盐渍土冻胀变形盐胀变形电渗排水氯化钙微观结构冻结试验

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寒旱区硫酸盐渍土特征温度及盐冻胀特性

中国公路学报 2023年第4期36卷 58-67页

作者：周凤玺周志雄赵文沧袁华智兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对寒旱区硫酸盐渍土的盐冻胀特性开展了室内试验研究。选取甘肃省河西地区硫酸盐渍土为原料土,以室内人工制备的硫酸盐渍土为研究对象,就含盐量和含水率等因素变化对土体的特征温度(过冷温度和冻结温度)以及盐冻胀变形的影响进行了系... 详细信息

针对寒旱区硫酸盐渍土的盐冻胀特性开展了室内试验研究。选取甘肃省河西地区硫酸盐渍土为原料土,以室内人工制备的硫酸盐渍土为研究对象,就含盐量和含水率等因素变化对土体的特征温度(过冷温度和冻结温度)以及盐冻胀变形的影响进行了系列试验研究,基于硫酸钠盐渍土冻结试验,建立了冻结温度的计算模型,通过数值计算结果与试验结果的对比分析,对所提出模型的有效性进行了验证,并对其变化规律以及产生的机理进行了探讨。结果表明:含盐量较高土体在正温盐分结晶析出,含盐量较低土体在负温盐分结晶析出;土体孔隙中溶液的浓度对盐渍土冻结温度以及总变形有着显著的影响,且存在2个临界浓度值,使得低浓度时的特征温度随着溶液浓度的增加而降低,当达到较小的临界浓度值后,结晶盐析出导致特征温度随着浓度的增加而升高,直到浓度达到较大的临界浓度值;在变形方面,溶液浓度较低时,土体变形主要由冻胀引起,反之,当孔隙溶液浓度较高时,变形则主要由盐胀引起,而在2个临界浓度之间时盐胀和冻胀相互制约。

关键词：道路工程特征温度和盐冻胀变形冻结试验硫酸盐渍土盐分结晶

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深季节冻土区强风化围岩隧道水-热耦合分析

深季节冻土区强风化围岩隧道水-热耦合分析

作者：吴传赛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

我国是冻土大国,一半以上的国土属于对工程有影响的冻土区,随着我国经济的快速发展,交通网络开始向东北、西北等偏远冻土地区扩展,但这些地区的地形多为山脉、丘陵,修建隧道是解决交通问题的关键。我国在冻土区已修建和在建很多隧道,但... 详细信息

我国是冻土大国,一半以上的国土属于对工程有影响的冻土区,随着我国经济的快速发展,交通网络开始向东北、西北等偏远冻土地区扩展,但这些地区的地形多为山脉、丘陵,修建隧道是解决交通问题的关键。我国在冻土区已修建和在建很多隧道,但因为环境恶劣,很多隧道出现严重的冻害问题。隧道产生冻害的主要原因是在寒冷地区隧道围岩会出现冻融循环,导致隧道结构产生破坏,发生渗水,渗水成冰反过来加重冻害,因此对于隧道冻害的防治,考虑围岩水-热耦合作用,得到围岩温度场和水分场的分布规律是冻害防治的关键。本文依托深季节冻土区兴安岭隧道,对洞口段强风化围岩土进行基本物理性质试验和单向冻结试验,得到兴安岭隧道强风化围岩土基本性质和冻结特性,建立水-热耦合模型并验证模型正确性,最后建立隧道二维模型,对隧道围岩的温度场和水分场的耦合效应进行数值计算,为深季节冻土区隧道冻害防治提供参考,本文主要研究内容及结果如下:首先,对兴安岭隧道强风化围岩土进行基本物性试验,得到围岩颗粒密度、颗粒级配、界限含水率、最大干密度、渗透系数、导热系数和热容等基本物性参数,进行单向冻结试验得到了兴安岭隧道强风化围岩土的冻结规律。试验结果表明:兴安岭强风化围岩土级配良好,粘粒含量较大,温度和补水条件对冻结有显著影响,温度梯度越大,冻结越快。其次,基于能量和质量守恒定律,从微分角度推导出温度场和渗水分场偏微分方程。基于Harlan模型计算框架,建立饱和冻土水-热耦合模型对饱和一维土柱冻结过程进行模拟,并和试验结果进行对比,验证模型的正确性。模拟分析了相变和补水条件对水-热耦合的影响,计算结果表明:水相变成冰产生的热量会抑制冷能的传递,导致土体温度变化较慢,因此开放系统下温度变化速率小于封闭系统,但当系统平衡后,由于温度梯度一样,温度分布一样,开放系统下由于和外界有质交换,最终总含水量大于初始状态。最后,根据水-热耦合理论,建立二维隧道数值模型,实现考虑相变的隧道温度场和水分场的完全耦合,分析渗透性对温度场和水分场耦合效应的影响,计算得到兴安岭隧道冻结圈厚度变化规律,考虑渗流影响温度要高于不考虑水分场的情况,渗透系数越大影响越大的结论,为工程设计提供了参考。

关键词：季节冻土冻结试验水-热迁移温度场数值模拟