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地铁双线隧道下穿既有车站冻结加固冻胀控制措施

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煤炭学报 2024年第1期49卷 172-180页

作者：陈湘生丁航李方政陈曦高伟王恒王磊陈汉青煤炭科学研究总院北京100013 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 深圳大学未来地下城市研究院广东深圳518060

针对城市长距离大断面地下空间冻结工程的冻胀特性问题,依托上海地铁18号线国权路站双线隧道下穿既有车站冻结工程,基于热力耦合方程,利用有限元软件建立三维数值模型,结合室内试验所得物理参数,研究该工程的冻胀位移场演化规律,并探究... 详细信息

针对城市长距离大断面地下空间冻结工程的冻胀特性问题,依托上海地铁18号线国权路站双线隧道下穿既有车站冻结工程,基于热力耦合方程,利用有限元软件建立三维数值模型,结合室内试验所得物理参数,研究该工程的冻胀位移场演化规律,并探究错峰冻结、调整盐水温度等措施对冻胀位移场的影响规律。在本试验条件下,研究结果表明:①冻胀引起的车站底板变形主要发生于积极冻结期;双线隧道同时冻结模式下,冻结45 d时车站底板竖向位移量达到冻结90 d时竖向位移量的77.72%。②冻结90 d时,错峰冻结工况下车站底板竖向位移量较双线隧道同时冻结时减小了7.7%,表明错峰冻结避免了同一时间段内的冻胀叠加效应,一定程度上降低冻胀效应。③冻结90 d时,调整盐水温度工况下车站底板竖向位移量较温度调控前减小34.2%;表明调整盐水温度可控制冻土扩展速率,有效降低冻胀效应。实际工程中,采用错峰冻结、调整盐水温度等措施协同控制冻胀,车站底板最大竖向位移为25.41 mm;数值模拟所得车站底板抬升规律与实测数据基本一致,有效指导了工程施工。

关键词：隧道地铁车站冻胀地下空间数值分析

人工冻土冻胀引发上覆地层与结构变形计算方法研究

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工程科学与技术 2024年

作者：王磊陈湘生伍军刘志强北京中煤矿山工程有限公司中国铁路工程集团有限公司深圳大学土木与交通工程学院煤炭科学研究总院

人工冻结法在地下特殊施工中的冻胀风险引发广泛关注，上覆地表变形可能造成城市道路、建筑结构变形，引发破坏，需要对地表及结构变形进行预测。瞄准冻胀的实质是冻土中水分迁移引起的宏观表现这一理论核心，基于Peck公式计算思路，对... 详细信息

人工冻结法在地下特殊施工中的冻胀风险引发广泛关注，上覆地表变形可能造成城市道路、建筑结构变形，引发破坏，需要对地表及结构变形进行预测。瞄准冻胀的实质是冻土中水分迁移引起的宏观表现这一理论核心，基于Peck公式计算思路，对冻胀引起的上覆地层变形进行公式推导和参数取值，推导得出适合计算冻胀变形的冻隆公式，以求解冻结过程中上覆地层产生的冻胀量。通过水分迁移试验测定了冻结水分迁移速度，推导和归纳了冻结外锋面半径经验计算方法，得出了冻土体积增加量计算公式。通过郑州某冻结工程实测数据，计算了土体冻结过程中的水分体积增加率，冻隆公式计算值与实测值接近，可以满足施工过程中安全评价分析的需求。研究成果为人工冻结技术在高风险地下工程领域的技术研究和应用建立理论基础和计算参考。

关键词：人工冻结法冻土体积增加量水分迁移冻胀冻隆公式

考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

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水资源与水工程学报 2024年第1期35卷 170-176页

作者：王春霞葛建锐王正中江浩源张亚新郑健肖旻临夏回族自治州水利科学研究院甘肃临夏731100 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 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 江西科技师范大学土木工程学院江西南昌330038

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻... 详细信息

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型,以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象,考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明:渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响,但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀,且模型分析与实测结果相符,表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。

关键词：热力耦合冻胀衬砌结构设缝预制混凝土梯形渠道

考虑双重剪切的开放系统梯形渠道Pasternak双参数冻土地基梁模型

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工程力学 2024年第4期41卷 70-80页

作者：肖旻王正中吴浪杨晓松崔浩葛建锐江西科技师范大学建筑工程学院江西南昌330013 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西咸阳712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西咸阳712100 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 塔里木大学水利与建筑工程学院新疆维吾尔自治区阿拉尔843300 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用,且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处,在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用,引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用,构建... 详细信息

Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用,且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处,在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用,引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用,构建考虑双重剪切的梯形渠道Pasternak双参数冻土地基模型。以塔里木灌区某渠道为例计算衬砌冻胀变形,并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行对比。结果表明:与材料力学法、Winkler模型相比,该文模型计算值更接近观测值。根据该模型估算的衬砌板易开裂范围也与灌区现场调查结果相符,表明模型适用性。通过参数研究分析了界面切向刚度kx对各处切向位移及切向冻结力分布的影响。结果表明:kx越小时,切向位移与切向冻结力趋于线性分布;kx较大时,两者均偏离线性分布且kx越大偏离越明显,线性分布假设不再适用。该模型可较充分地反映冻土与衬砌板间接触界面相互作用的基本特征,从而有效提高模型的计算精度。

关键词：冻土工程渠道冻胀 Pasternak模型双重剪切开放系统

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冻土地区铁路路基冻害防控技术综述

铁道学报 2024年

作者：胡田飞李天峰袁一飞岳祖润孙铁成赵李旗石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄铁道大学土木工程学院石家庄铁道大学河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室

路基冻胀是冻土地区铁路运营最为频繁和严重的病害之一。因地、因时制宜地采取针对性措施对减缓和消除冻害，保障线路平顺性非常重要。从填料、水分、温度3个角度，综述了各类路基冻害防控技术的应用案例及效果、存在问题和未来发展方... 详细信息

路基冻胀是冻土地区铁路运营最为频繁和严重的病害之一。因地、因时制宜地采取针对性措施对减缓和消除冻害，保障线路平顺性非常重要。从填料、水分、温度3个角度，综述了各类路基冻害防控技术的应用案例及效果、存在问题和未来发展方向，包括级配碎石填料、混凝土基床、盐化法、压力注浆、高抬道、换填、钻孔掏土置换、基床表层与基床底层的顶面防水、排水管、毛细排水结构、无砂混凝土透水结构、渗水盲沟、保温板、保温护道等措施的技术特征，适用情形和现场应用情况，以及新兴的冷阻式填料、电渗注浆/排水、真空注浆/排水、保温强化层、主动加热等措施的探索性研究及应用情况。并从设计、建设施工、运营不同阶段角度，讨论了路基冻害防控技术的发展要点。

关键词：冻胀基床结构填料水分控制保温

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高寒区强风化围岩隧道衬砌冻胀性能研究

建筑技术 2024年第3期55卷 362-367页

作者：田新国李华健张艺帆唐亮杨国富魏云峰中建二局第三建筑工程有限公司北京100070 哈尔滨工业大学哈尔滨150001 哈尔滨工业大学重庆研究院重庆401135

由于东北等高纬度季节性冻土地区春融冬冻的特点,强风化围岩隧道衬砌经常发生渗漏、悬冰、开裂等问题,严重影响列车运行安全。依托某寒区隧道工程,运用理论分析和数值建模等手段,基于季节冻土区强风化围岩隧道衬砌受力模型,分析隧道在... 详细信息

由于东北等高纬度季节性冻土地区春融冬冻的特点,强风化围岩隧道衬砌经常发生渗漏、悬冰、开裂等问题,严重影响列车运行安全。依托某寒区隧道工程,运用理论分析和数值建模等手段,基于季节冻土区强风化围岩隧道衬砌受力模型,分析隧道在富水期和冻结期的轴力和弯矩。通过施加注浆加固圈的方式,建立了注浆加固隧道衬砌受力模型,分析注浆加固厚度关键参数对于衬砌受力的变化规律。研究发现,隧道围岩处于富水期时,弯矩使衬砌产生“倒桃形”变形。当隧道围岩处于冻结期时,弯矩引起衬砌的“类葫芦形”变形。此外,在注浆性能相同的情况下,圆形注浆比传统的马蹄形注浆加固更有利于折减衬砌外力和内力。

关键词：铁路隧道冻胀高寒区隧道衬砌轴力弯矩注浆加固

人工冻结联络通道冻胀三维扩展规律模型试验研究

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建井技术 2024年第1期45卷 38-43页

作者：王磊北京中煤矿山工程有限公司北京100013 煤炭科学研究总院北京100013 深圳大学土木与交通工程学院深圳518060 中国铁路工程集团有限公司北京100055

为解决人工冻结联络通道冻土冻胀引发管片结构安全难题,采用相似模拟试验方法,对人工冻结过程中冻土三维冻胀特性进行了模型试验研究,得出以下结论:①冻胀引发地表及地表下20、40、60mm上覆土体曲线呈现冻结壁上部位置变形较大、边界位... 详细信息

为解决人工冻结联络通道冻土冻胀引发管片结构安全难题,采用相似模拟试验方法,对人工冻结过程中冻土三维冻胀特性进行了模型试验研究,得出以下结论:①冻胀引发地表及地表下20、40、60mm上覆土体曲线呈现冻结壁上部位置变形较大、边界位置变形较小的趋势,冻胀引发地表抬升曲线呈现高斯分布特征;②管片变形大致分为小变形-大变形-小变形3个阶段;③冻结壁径向扩展体积与轴向扩展体积比为15∶1,冻结壁径向扩展厚度与轴向扩展厚度比为1.1∶1。研究结果对不同约束下的人工冻土三维扩展规律进行了初步探索。

关键词：人工冻结法冻胀模型试验径向扩展轴向扩展联络通道

基于水热力耦合场的水工隧洞衬砌结构冻胀研究

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广东水利水电 2024年第6期 34-39页

作者：韦辉祥江西省鹰潭市水利局江西鹰潭335000

为研究水库水工隧洞衬砌结构水热力耦合下冻胀特性,基于水热力平衡方程理论,通过冻胀仿真计算,分析了隧洞衬砌结构应力、位移以及温度场时序变化特征。研究表明,衬砌结构大、小主应力时序敏感性差异较大,在不同部位具有显著变化区别,衬... 详细信息

为研究水库水工隧洞衬砌结构水热力耦合下冻胀特性,基于水热力平衡方程理论,通过冻胀仿真计算,分析了隧洞衬砌结构应力、位移以及温度场时序变化特征。研究表明,衬砌结构大、小主应力时序敏感性差异较大,在不同部位具有显著变化区别,衬砌内侧大主应力高于外侧,而外侧小主应力具有较强的时序敏感性,拱顶、底内侧小主应力较稳定,为-0.39 MPa、-0.37 MPa。衬砌结构内侧主应力与温度场敏感性关联较大,而外侧与之无显著关联性,此与衬砌材料水化热有关。拱顶、底外侧水平位移时序敏感性较弱,而拱腰内、外侧水平位移相似,竖向位移高于水平位移,且在拱腰处具有同步收缩效应。衬砌结构位移分布特征在时序节点上具有一致性,拱顶、底冻胀危害最大。论文可为研究水工隧洞衬砌结构冻胀特性提供参考。

关键词：水热力耦合隧洞衬砌冻胀

灌渠工程冻结土改良下力学特性及冻胀试验研究

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水利技术监督 2024年第1期 239-242,268页

作者：姚刚费县许家崖水库管理中心山东临沂273400

为研究输水干渠冻结粉土的改性治理,采用木质素-石灰物化改良方法,开展了改性土力学加载与冻胀模拟试验。研究表明,木质素含量会导致试样产生不同应变破坏特征,而石灰含量不会产生此种影响。围压作用强于石灰含量,但弱于木质素含量影响... 详细信息

为研究输水干渠冻结粉土的改性治理,采用木质素-石灰物化改良方法,开展了改性土力学加载与冻胀模拟试验。研究表明,木质素含量会导致试样产生不同应变破坏特征,而石灰含量不会产生此种影响。围压作用强于石灰含量,但弱于木质素含量影响。石灰含量对冻胀位移影响较稳定,而木质素含量会影响试样冻胀位移增长过程。当木质素含量在2%、石灰含量5%最适宜冻结土改性设计。论文可为冻结土的改良设计及冻胀试验研究提供参考。

关键词：许家崖水库灌渠力学冻胀土体