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铁伊高速铁路岛状多年冻土融沉特性及工程对策

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铁道建筑 2022年第3期62卷 153-157页

作者：王斌黑龙江铁路发展集团有限公司哈尔滨150000

结合铁伊(铁力—伊春)高速铁路沿线岛状多年冻土的分布特征,通过室内试验研究了铁伊高速铁路沿线不同种类的岛状多年冻土在不同影响因素条件下的融沉特性,并根据不同种类的多年冻土融沉特性进行了工程措施分析。研究结果表明:岛状多年... 详细信息

结合铁伊(铁力—伊春)高速铁路沿线岛状多年冻土的分布特征,通过室内试验研究了铁伊高速铁路沿线不同种类的岛状多年冻土在不同影响因素条件下的融沉特性,并根据不同种类的多年冻土融沉特性进行了工程措施分析。研究结果表明:岛状多年冻土的融沉系数随着含水率的增大而增大,随着干密度的增大而减小;岛状多年冻土的融化压缩系数在不同试验荷载作用下并非常数,而是随着荷载的增大而减小。对于融沉系数较大且埋深较浅的富冰或饱冰多年冻土采取挖除换填的工程措施;对于融沉系数较小的多冰或者少冰冻土,采用挖除换填+预融的工程措施;对于埋深较大的多年冻土采取桩基加固的工程措施。

关键词：高速铁路路基岛状多年冻土融沉特性干密度含水率

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人工冻土融沉特性及其预报模型研究

人工冻土融沉特性及其预报模型研究

作者：王效宾南京林业大学

学位级别：硕士

本论文首先根据土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)要求,自行研制了一套人工冻土冻胀融沉试验装置。其中,冻胀量试验装置由试样盒、恒温箱、温度控制系统、温度监测系统、补水系统、变形监测系统、加压系统组成。融沉试验装置由加热传... 详细信息

本论文首先根据土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)要求,自行研制了一套人工冻土冻胀融沉试验装置。其中,冻胀量试验装置由试样盒、恒温箱、温度控制系统、温度监测系统、补水系统、变形监测系统、加压系统组成。融沉试验装置由加热传压盖、试样盒、恒温箱、温度控制系统、温度监测系统、变形监测系统、加压系统组成。在自行研制的试验装置上,针对南京地区典型土质淤泥质粘土、粉质粘土、粉砂,选择影响人工冻土融沉特性的冷冻温度、含水量、干密度、荷载等因素进行不同水平的单因素试验和正交试验,获得了冷冻温度、含水量、干密度和荷载对各种土质融沉系数、融化压缩系数的影响规律。指出淤泥质粘土、粉质粘土和粉砂在单向冻结温度场中产生融沉变形,其融沉系数均随含水量增大而增大;融沉系数与干密度变化规律中存在一个临界干密度,临界干密度对应土体最小的融沉系数;土体开敞型单向冻融时,其融沉系数随温度增大而增大;荷载在50～300KPa变化时,对融沉系数的影响最大;正交试验表明,影响融沉系数的第一主因是含水量,其次是干密度和冷冻温度;当含水量较小时,融沉系数值与冻胀率接近,含水量较大时,融沉系数远大于冻胀率。在试验数据的基础上,建立了融沉预报模型,模型建立时,采用各因素对融沉影响的相加、相乘模型分别来反映其对融沉的综合作用,通过对各种模型评价,淤泥质粘土、粉质粘土、粉砂推荐使用相加模型来预报冻土地层中融沉大小,该模型可用于预报南京地区典型土层冻土融沉系数。本文还分析了土体冻融后的水分迁移特征,指出冻结过程和融化过程都会导致水分在土体内迁移积聚,引起土体内的水分重分布,冻结过程和融化过程一样,土体内的水分都是由土体暖端向土体冷端迁移。最后,本文对人工冻结法在城市地下工程应用中减小融沉的措施提出了许多建议。

关键词：人工冻土影响因素融沉特性水分迁移预报模型

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多年冻土融沉特性统计分析与分类研究

多年冻土融沉特性统计分析与分类研究

作者：陈义民吉林大学

学位级别：硕士

随着国民经济的飞速发展,在多年冻土区进行工程建设越来越不可避免,如多年冻土区石油管道的建设。由于地基土的融沉问题一直都是困扰多年冻土区的一个关键性难题,因此,研究多年冻土的融沉规律有着极为重要的作用和意义。本试验所用的土... 详细信息

随着国民经济的飞速发展,在多年冻土区进行工程建设越来越不可避免,如多年冻土区石油管道的建设。由于地基土的融沉问题一直都是困扰多年冻土区的一个关键性难题,因此,研究多年冻土的融沉规律有着极为重要的作用和意义。本试验所用的土样均取自中俄石油管道工程,属于多年冻土地段。本次试验主要包括对各类土进行融沉系数的测定和各种物理指标的测定。本文首先从介绍冻土产生融沉现象的机理入手,着重统计分析了含水量对冻土融沉性的影响规律、干密度对冻土融沉性的影响规律,然后进行了含水量和干密度对冻土融沉性的综合影响模型分析,此外,还对不同土质间多年冻土融沉性进行了比较分析,并对其影响机理进行了阐述。在此基础上,参照规范中的分类标准本文对各类冻土的融沉性进行了分类研究,并与规范值进行了比较分析,从而为丰富和完善规范提供有实际意义的参考。

关键词：多年冻土融沉特性含水量干密度冻土分类

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冻土融化过程水热迁移及融沉特性研究

冻土融化过程水热迁移及融沉特性研究

作者：付梓毅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

冻土是一种由土颗粒、冰、液态水和气体组成的多相复合体,其中水受环境温度的影响在固相与液相间相互转化,导致冻土的力学特性具有强烈的温度敏感性和流变性,冻土的这种力学特性导致路基土体的冻胀和融沉等病害,为寒区工程建设带来很大... 详细信息

冻土是一种由土颗粒、冰、液态水和气体组成的多相复合体,其中水受环境温度的影响在固相与液相间相互转化,导致冻土的力学特性具有强烈的温度敏感性和流变性,冻土的这种力学特性导致路基土体的冻胀和融沉等病害,为寒区工程建设带来很大的技术难题。我国冻土面积约占国土面积的75%,其中季节性冻土占国土面积的53.5%。近年来,我国越来越多的大型工程项目在季节性冻土区展开,因而对冻土融化过程水热迁移及其应力应变规律的实验和数值模拟研究具有重要的指导意义。本文通过搭建室内小尺度土壤冻融实验台,采用石英粉作为实验样本,研究冻土融化过程水热迁移及融沉特性机理。研究表明,土壤在融化过程中存在上下两条相变锋面,其中位于上侧的相变锋面的迁移速度快,迁移路径长,是带来土体内温度变化的主要原因。土壤融沉速率呈现先逐渐增加后逐渐减小的趋势,与温度变化相关,且与温度变化存在滞后效应。土体的融沉位移及速度会随着土颗粒粒径的减小和样本顶端融化温度的提高而显著增加。基于传热传质微分方程、达西渗流定律,建立冻土融化热质双场耦合模型,通过COMSOL Multiphysics中的PDE模块进行数值求解,研究无水源情况饱和冻土融化过程的水热迁移特性。结果表明,相变锋面迁移速度主要受融化温度影响,且与温度增长呈非线性关系,随融化温度的提高,迁移速度增长放缓;孔隙水迁移速度则主要受土壤颗粒大小影响,粒径越大,水分迁移速率更快。基于热质双场耦合模型结合一维大应变融化固结理论,建立冻土融化热质力三场耦合模型,通过COMSOL Multiphysics中的PDE模块进行数值求解,研究有水源情况饱和冻土融化过程水热迁移及融沉特性。结果表明,分凝冰的存在使两条相变锋面的迁移变缓,对下锋面迁移产生的阻碍作用尤其明显;相变作用使土体力学性质突变所导致的超孔隙压力增加是水分迁移的主要动力,孔隙水迁移速度远大于无水源工况;水分从土体底部及表层渗出是引起融沉的直接原因。

关键词：冻土融化实验研究水热迁移融沉特性有限元模拟

中俄石油管道漠河—塔河段冻土融沉特性及工程措施研究

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中俄石油管道漠河—塔河段冻土融沉特性及工程措施研究

作者：董斌吉林大学

学位级别：硕士

本文通过对中俄石油管道漠河—塔河段区域进行自然地理条件、地质条件、工程地质与水文地质评价,以及室内融沉试验的基础上,依据所获得的典型土样的室内融沉试验数据,对土样的融沉系数与冻土含水量、冻土干容重和超塑含水量的关系进行... 详细信息

本文通过对中俄石油管道漠河—塔河段区域进行自然地理条件、地质条件、工程地质与水文地质评价,以及室内融沉试验的基础上,依据所获得的典型土样的室内融沉试验数据,对土样的融沉系数与冻土含水量、冻土干容重和超塑含水量的关系进行了统计分析,得到了融沉系数与三个因素的变化规律及回归方程;并在此基础上结合详细的野外工程地质调查及钻孔资料,对典型区域段的融沉性质进行分析,从而预测区域内代表地段的总融沉量;最后综合以上的研究成果,并根据不同地段的特点,提出防治管道沿线冻土融沉的工程措施,为管道工程设计施工提供参考依据。

关键词：融沉系数融沉特性典型区域工程地质特性工程措施

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季冻区非饱和粉质粘土融沉特性试验研究

季冻区非饱和粉质粘土融沉特性试验研究

作者：郑宪东北林业大学

学位级别：硕士

本文以哈尔滨地区典型土质—粉质粘土为研究对象,首先进行了常规的土工试验,测定了该土质的基本物性指标。选择初始含水率、初始干密度、冻结温度、融化温度及冻融循环次数等影响因素,对该土质进行多水平的单因素试验及正交试验,建立了... 详细信息

本文以哈尔滨地区典型土质—粉质粘土为研究对象,首先进行了常规的土工试验,测定了该土质的基本物性指标。选择初始含水率、初始干密度、冻结温度、融化温度及冻融循环次数等影响因素,对该土质进行多水平的单因素试验及正交试验,建立了冻胀率、融沉系数及融化压缩系数的预报模型,为今后的工程应用提供参考依据。研究内容主要分为以下几方面：首先,研究冻土的冻胀融沉机理和影响因素,为后续的试验研究提供理论保障;根据冻土融沉系数(冻胀率)和融化压缩系数的测定方法,以及试验土样的基本物性指标,确定试验方案及边界条件。其次,利用冻土冻胀融沉试验装置进行融沉系数(冻胀率)的测定,通过单因素试验和正交试验,获得不同初始含水率、初始干密度、冻结温度、融化温度及冻融循环次数对融沉系数(冻胀率)的影响规律;利用固结仪进行(融化)压缩系数的测定,考虑初始含水率、初始干密度、冻结温度、融化温度及冻融循环次数等因素进行多水平单因素试验,获得各因素对(融化)压缩系数的影响规律。利用Origin数据分析软件对相关特征值的变化规律进行分析,建立回归方程。最后,在对试验数据充分分析的基础上,利用SPSS软件中的多元线性回归拟合模型分别建立冻胀率、融沉系数、融化压缩系数的预报模型,并检验模型计算值能否通过误差分析,验证预报模型的合理性。

关键词：冻土非饱和融沉特性预报模型

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中俄原油管线多年冻土融沉特性（英文）

黑龙江大学工程学报 2015年第3期6卷 35-38,49页

作者：王益良王昊韩霄禹丁琳黑龙江省904水文地质工程地质勘察院哈尔滨150027 黑龙江工程学院国际合作教育中心哈尔滨150050 黑龙江大学建筑工程学院哈尔滨150080

中俄原油管道穿过我国大兴安岭多年冻土区约510km。多年冻土区的冻土融沉特性受到气候条件、自然地理、人类活动等因素的影响。多年冻土的融沉将威胁中俄石油管道工程的安全运行。依据研究区多年冻土现场观测资料,通过综合研究,提出了... 详细信息

中俄原油管道穿过我国大兴安岭多年冻土区约510km。多年冻土区的冻土融沉特性受到气候条件、自然地理、人类活动等因素的影响。多年冻土的融沉将威胁中俄石油管道工程的安全运行。依据研究区多年冻土现场观测资料,通过综合研究,提出了大兴安岭多年冻土区冻土融化沉降特性,为管道项目工程安全运行和维护提供科学方法。

关键词：中俄原油管道多年冻土融沉特性冻土类型温度

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人工冻土融沉特性及融土微观结构研究综述

森林工程 2014年第5期30卷 118-121页

作者：刘贯荣杨平张婷庄惠敏南京林业大学土木工程学院南京210037

人工冻结法在地铁建设中的大量应用,使得施工后融沉控制成为亟待解决的问题。论述人工冻土融沉特性、融土特性、常温土微观结构和冻融土微观结构的国内外研究现状。基于前人的研究成果,指出有关融土微观结构与融沉关系的研究尚属空白,... 详细信息

人工冻结法在地铁建设中的大量应用,使得施工后融沉控制成为亟待解决的问题。论述人工冻土融沉特性、融土特性、常温土微观结构和冻融土微观结构的国内外研究现状。基于前人的研究成果,指出有关融土微观结构与融沉关系的研究尚属空白,并提出,融土微观结构与融沉关系的研究和以微观结构特征来表征宏观融沉特性是未来冻融土微观结构的研究方向。

关键词：人工冻土融沉特性微观结构

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人工冻融软黏土微观孔隙变化及分形特性分析

岩土工程学报 2016年第7期38卷 1254-1261页

作者：王升福杨平刘贯荣樊文虎南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

为探讨软黏土融沉及压缩特性的微观机理,以宁波地区软黏土为研究对象,采用冻融、压缩和压汞试验,对冻融和压缩前后的软黏土微观孔隙分布及变化进行了研究。取原状土、融土、压缩原状土、压缩融土4种土样分别进行压汞试验,提出孔径划分方... 详细信息

为探讨软黏土融沉及压缩特性的微观机理,以宁波地区软黏土为研究对象,采用冻融、压缩和压汞试验,对冻融和压缩前后的软黏土微观孔隙分布及变化进行了研究。取原状土、融土、压缩原状土、压缩融土4种土样分别进行压汞试验,提出孔径划分方法,结合分形理论对冻融软黏土微观孔隙变化进行分析,研究了软黏土的孔隙分布特征,并采用容量维数对孔体积分布和孔表面积分布进行计算,分析了冻融及压缩前后颗粒接触及孔隙变化。研究结果表明:软黏土冻融后孔体积和孔表面积均增大;原状土和融土压缩后孔体积和孔表面积均减小,软黏土的孔体积和孔表面积80%以上分布于微孔和超微孔中;软黏土冻融及压缩前后孔体积和孔表面积存在分形特性。

关键词：人工冻融软黏土融沉特性微观孔隙压汞法分形理论