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锥柱式桩基础明挖基坑回填土回冻过程模型试验研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2018年第7期45卷 125-134页

作者：史向阳张泽李东庆张中琼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

结合工程实际,通过室内模型试验方法,研究锥柱式桩基础明挖基坑回填土在模拟实际环境温度条件下的回冻过程.结果表明,在模拟平均温度为-2.71℃的环境温度条件下,正温极值时刻表层土体融化深度约6.1 cm,回填土冻结深度随着冻融次数的增... 详细信息

结合工程实际,通过室内模型试验方法,研究锥柱式桩基础明挖基坑回填土在模拟实际环境温度条件下的回冻过程.结果表明,在模拟平均温度为-2.71℃的环境温度条件下,正温极值时刻表层土体融化深度约6.1 cm,回填土冻结深度随着冻融次数的增加而增厚,经历13次冻融循环,冻结层厚度达20.0 cm;桩基沿着水平向和纵向对回填土回冻过程产生影响,但其影响范围有限;土体和桩基与空气界面温度存在差异,桩基和空气界面处温度接近低温试验箱内空气温度,土体和空气界面处与空气温度差别较大,正温极值状态,空气温度高于土表温度5.0℃,负温极值状态,空气温度低于土表温度6.7℃.试验结果有助于进一步认识此类桩基回填土实际回冻过程,为确定模型试验控温条件及数值模拟边界条件提供参考.

关键词：锥柱式桩基础模型试验回冻过程回填土

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多年冻土地区钻孔灌注桩回冻过程承载力分析

多年冻土地区钻孔灌注桩回冻过程承载力分析

作者：刘秀东北林业大学

学位级别：硕士

我国是多年冻土大国，不可避免地要在多年冻土地区修建工程。钻孔灌注桩基础由于其承载力高、桩顶沉降位移小、适应性强等优点被广泛地应用于冻土地区建筑、桥梁、水利、市政工程等行业。但钻孔灌注桩基础的施工，尤其是混凝土浇筑后水... 详细信息

我国是多年冻土大国，不可避免地要在多年冻土地区修建工程。钻孔灌注桩基础由于其承载力高、桩顶沉降位移小、适应性强等优点被广泛地应用于冻土地区建筑、桥梁、水利、市政工程等行业。但钻孔灌注桩基础的施工，尤其是混凝土浇筑后水化热的作用给稳定的冻土带来很大的热扰动，使得多年冻土桩基的承载力会随地温的变化而变化，所以桩基回冻过程承载力形成发展变化，成为困扰冻土地区桩基设计人员的一个难题。本文借鉴当前桩土相互作用的研究方法和基本理论，考虑多年冻土特殊的性质及混凝土桩灌注完后混凝土对桩周冻土的影响，分析了桩土传热过程及桩周土体温度的变化，将桩土回冻过程分成初期、中期、后期三个阶段，按照桩周冻土融化和冻结状态对多年冻土地区钻孔灌注桩回冻过程的承载力进行了研究分析。针对桩土回冻初期，运用融土压力计算方法，结合桩周冻土融化后的性质，对冻土地区钻孔灌注桩回冻初期单桩承载力进行计算，通过规范公式规定计算结果与数值模型计算结果对比分析，验证该计算方法的正确性。并分析了桩长、桩径、桩的长径比变化时，对回冻初期单桩承载力的影响。针对回冻中期、后期，采用荷载传递基本微分方程，引入双曲线模型对桩侧土体位移模式进行模拟，双折线模型对桩端土体位移模式进行模拟，并进行求解，得到了数值解答，对冻土地区钻孔灌注桩回冻中期、后期单桩承载力进行了计算，通过昆仑山多年冻土地区桩基础试验场的试验桩的数据与荷载传递函数法计算结果对比分析，验证该计算方法的正确性。根据以上回冻过程初期、中期、后期单桩承载力研究方法，运用Microsoft Visual Basic6.0语言，编制相应计算程序，对回冻过程钻孔灌注桩基础桩侧冻结摩阻力、桩身轴力、桩端阻力以及单桩承载力进行了分析，重点分析了温度变化对多年冻土地区钻孔灌注桩单桩承载力的影响。最后结合青藏高原典型湿润性地段某桥梁工程实例，运用本文计算方法对钻孔灌注桩回冻过程承载力的变化及施工进程的影响进行分析，进而研究了多年冻土地区钻孔灌注桩单桩承载力的形成和发展变化过程，通过这部分的分析可为多年冻土区桥梁工程施工计划的制定提供参考。

关键词：多年冻土钻孔灌注桩回冻过程承载力荷载传递

浅谈冻土区桩基回冻过程对单桩承载力和桥梁施工的影响

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产业与科技论坛 2019年第7期18卷 52-54页

作者：文枭中国水利水电第十六工程局有限公司

我国幅员辽阔,桥梁工程涉及到的自然环境和地质条件多样,由此也形成了相关工程建设的不同技术难点。其中冻土区域施工常会导致因类型不同以及季节影响而导致桥梁或建(构)筑物的基础稳定和承载及变形问题。针对这些问题,为保证桥梁结构... 详细信息

我国幅员辽阔,桥梁工程涉及到的自然环境和地质条件多样,由此也形成了相关工程建设的不同技术难点。其中冻土区域施工常会导致因类型不同以及季节影响而导致桥梁或建(构)筑物的基础稳定和承载及变形问题。针对这些问题,为保证桥梁结构的稳定性,本文从桥梁桩基础的分类、单桩轴向荷载的传递机理入手,阐述了冻土区桥梁单桩基础地基回冻过程研究的意义,并分析了冻土区桥梁桩基础工程回冻过程对单桩承载力和桥梁施工的影响,提出了相关施工的关键技术和工艺,希望能对冻土区桥梁工程的设计、施工提供一些参考。

关键词：冻土区桥梁桩基础回冻过程单桩承载力桥梁施工

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白垩系地层冻结壁温度场特性研究

白垩系地层冻结壁温度场特性研究

作者：陈飞敏安徽理工大学

学位级别：硕士

在西部建井高潮的大背景下,如何穿越遇水就泥化的白垩系地层成为当前工程技术人员关注的重点,目前开始普遍采用冻结工法来解决,但对于白垩系地层的冻结壁温度场研究仍处于起步阶段。本文以内蒙古东胜矿区泊江海子矿冻结风井白垩系地层... 详细信息

在西部建井高潮的大背景下,如何穿越遇水就泥化的白垩系地层成为当前工程技术人员关注的重点,目前开始普遍采用冻结工法来解决,但对于白垩系地层的冻结壁温度场研究仍处于起步阶段。本文以内蒙古东胜矿区泊江海子矿冻结风井白垩系地层为研究对象,对白垩系地层冻结壁温度场在井筒冻结——掘砌——自然解冻全过程进行研究。利用现场冻结过程中测温孔监测获得的数据,结合自行开发的冻结法凿井安全信息可视化网络平台软件,对几组代表性岩层进行冻结过程温度场性状分析。比较了不同岩体的降温速率,并计算获得了冻结过程不同时间段冻结壁的平均温度、有效厚度等参数指标,得出冻结后期冻结壁平均温度稳定在-12.8℃～-13.5℃之间,有效厚度稳定在4500mm～5000mm左右,表明单圈管冻结能够满足井筒掘砌要求。通过对井筒掘砌期间外层井壁以及冻结壁内部的温度场实时监测,获得了受混凝土水化热影响冻结壁融化、回冻过程温度场变化特征,以及白垩系地层冻结壁融化深度范围;得出冻结壁与外层井壁之间铺设一层薄塑料薄膜,混凝土正温养护时间可达到10d以上,保证了混凝土正温养护时间,达到简化施工工艺的效果。在冻结站停止供冷,冻结壁自然解冻期,继续保持对测温孔测试层位温度数据采集,同时结合冻结壁内部径向测点温度变化情况,比较出不同岩性的解冻速率,得出融化阶段白垩系地层温度随时间变化曲线可以用幂函数来拟合表示,沿井筒径向方向不同位置测点温度与距离井帮距离关系可以用二次函数来拟合表示;计算获得了不同岩性地层冻结壁融化速率,以及相应的融冻时间比,砾岩、中粒砂岩所需的融冻时间比μ介于0.8～1.0之间,而砂质泥岩所需的融冻时间比μ则介于1.25～1.5之间。最后以234m泥岩为例,利用FLAC3D有限元分析软件进行冻结与融化过程温度场数值模拟,获得结果与现场实测结果吻合。本文通过现场实测、数值模拟相结合的方法,获得了白垩系地层冻结壁温度场形成与融化规律,对井筒安全掘砌与壁后最佳注浆时间的选取具有一定参考意义。图76,表21,参68

关键词：冻结法凿井白垩系地层温度场回冻过程融冻时间比

高温多年冻土钻孔灌注桩热力学分析及模型试验研究

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高温多年冻土钻孔灌注桩热力学分析及模型试验研究

作者：潘艳霞兰州交通大学

学位级别：硕士

冻土由于含有固体冰相,随着温度的变化,固态冰与液态水之间相互转变,形成冻土复杂的物理力学特性。由于桩基础对冻土地基温度场扰动小,符合保护冻土的原则,且桩基础具有承载能力高、抗冻能力强和施工简便等优点,宜作为多年冻土地区永久... 详细信息

冻土由于含有固体冰相,随着温度的变化,固态冰与液态水之间相互转变,形成冻土复杂的物理力学特性。由于桩基础对冻土地基温度场扰动小,符合保护冻土的原则,且桩基础具有承载能力高、抗冻能力强和施工简便等优点,宜作为多年冻土地区永久性建筑物基础。多年冻土地基中钻孔灌注桩有多种施工方法,各种施工方法均会给天然冻土地基带来扰动,同时输入一定的热量,尤其是桩身混凝土灌注后,因混凝土水化热的作用,给天然冻土地基带来热扰动,热量的输入会导致天然温度场的改变,使桩周一定范围内冻土融化,导致基桩承载力降低。钻孔灌注桩灌注后的回冻过程是桩周土体与桩身混凝土热量交换的过程,桩身混凝土水化热的减少及周围冻土对桩侧不断的吸热,桩身混凝土逐渐降温,桩周土体的温度与桩身温度不断达到平衡。经历一定时间后,地基土恢复冻结状态,基桩形成承载力。由于冻土的特殊性质(如强烈的流变性质),冻土地基中基桩现场试验周期长、边界条件不宜控制且耗资大。开展室内冻土模拟试验是研究冻土地基中桩的承载行为的有效方法,可以根据研究问题的特点,控制和改变边界条件,模拟不同工况,可为现场试验、工程设计和施工提供必要的数据和经验。本文通过室内室内冻结试验,在不同温度环境条件下研究了土的冻结过程,分析了冻土中冰的形成过程;进行了室内冻土冻结模型试验,得到了切向冻胀力随深度的变化曲线;当温度稳定到一定范围时,得到了不同荷载下桩身轴力的变化曲线,冻结力随深度的变化曲线。本文运用ANSYS有限元分析软件,采用数值模拟的方法,对青藏铁路清水河试验段高温多年冻土地基钻孔灌注桩回冻过程的温度场进行了模拟,建立温度场计算模型,考虑了混凝土水化热的影响,对桩及桩周土进行热学分析,得到了回冻过程桩周土的温度等值线图,给出了不同深度处温度随时间变化的曲线以及温度随深度的变化曲线。在确定的温度场条件下,进行温度场与应力场的耦合计算分析,得到了冻结力随深度的变化规律。本文研究所得到结果为多年冻土地基中钻孔灌注桩的研究提供有益的参考。

关键词：多年冻土钻孔灌注桩回冻过程有限元法模型试验

多年冻土区钻孔灌注桩热学分析及模型试验研究

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多年冻土区钻孔灌注桩热学分析及模型试验研究

作者：徐树锋兰州交通大学

学位级别：硕士

冻土是一种特殊的土类，除了含水量、密度和矿物成分影响它的工程性质、物理和化学性质外，它对气候和环境变化很敏感。冻土中的桩基承载力受温度状态严重影响，当冻土地基温度的升高时，其承载能力和冻结强度随之降低。在多年冻土区... 详细信息

冻土是一种特殊的土类，除了含水量、密度和矿物成分影响它的工程性质、物理和化学性质外，它对气候和环境变化很敏感。冻土中的桩基承载力受温度状态严重影响，当冻土地基温度的升高时，其承载能力和冻结强度随之降低。在多年冻土区工程建设中，钻孔灌注桩是桩基础中最常见的一种施工方法，因为它对冻土地基热影响小，维持了冻土的原始状态。另外，桩在施工时方法简单，成桩后具有承载能力和抗冻能力高的特点，所以，钻孔灌注桩在多年冻土区得到了广泛的应用与发展。通常，由于水泥和水之间所发生的化学和物理反应，导致混凝土桩在浇筑完成后会释放水化热。对于多年冻土区的钻孔灌注桩而言，钻孔产生热以及混凝土桩会释放水化热都会对冻土地基带来热影响，而混凝土的水化热是主要来源，这些热量在冻土回冻过程中逐渐传递到桩周冻土中，改变了冻土温度场的原始状态。特别是由于钻孔灌注桩所释放出的水化热使得冻土温度场受到很大的影响，导致桩周土温度升高，在短时间内处于非冻结状态。冻土区桩周土温度场严重制约桩基的承载力，所以，多年冻土区桩周土回冻过程的研究为多年冻土区工程设计与建设有着重要的指导意义，并为基桩承载力形成的认识及后续工程的施工提供了可靠的依据。由于冻土的性质特殊，冻土地基中基桩现场试验过程周期长，并且耗费大量的人力、物力还有财力，因此，取代现场试验研究最佳的方案是进行室内冻土回冻试验。本文通过采用自制混凝土预制桩（内置电热棒）、自制制冷盘管、温度巡检仪、温度传感器、直流电源及XT5405型高低温冻融循环试验箱等试验仪器，组成了一套冻融与回冻的试验装置，模拟钻孔灌注桩在多年冻土地区的回冻过程，研究在不同的水化热及地温条件下桩周土的回冻规律。另外，本文通过ANSYS有限元分析软件用数值模拟的方法，模拟了室内试验回冻过程的温度场。由于混凝土桩水化热的影响，以给定的微分控制方程和边界条件为前提建立室内试验的数值模型来模拟热扰动及回冻过程。经过对数值计算的结果分析后，可以确切的得到桩周土的温度随时间、深度的变化规律。本文通过不同的研究方法，得到了一些有价值的数据与结论，对多年冻土区桩周土回冻过程的研究带来很好的参考。

关键词：多年冻土钻孔灌注桩回冻过程有限元法模型试验