收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

季节冻土地区圆形基坑冻结壁模型试验研究

吉植强  
【摘要】:人工冻结技术在基坑工程中尚未被广泛应用,一个重要的原因是人工冻结的耗能大,阻碍了这项绿色施工技术的推广。而我国季节冻土区面积广大,利用季节冻土层中的天然低温冷能环境进行冻结技术施工必定节约大量的能源。因而开展季节冻土区圆形基坑冻结壁的模型试验研究,揭示在该环境中人工冻结壁沿深度初始温度场、热学、力学特性与节能规律将为推动季节冻土区基坑支护技术的发展具有重要的理论意义与实用价值。 本文在对国内外相关研究进行系统总结与深入分析的基础上,采用大型模型试验、数值计算、建立冻胀模型等方法,以圆形基坑冻结壁为研究对象,以模型试验为主线,考虑了季节冻土层中负温温度环境的影响,完成了以下方面的研究工作: 1、完成了徐州粉质粘土37个试样8项试验工作,认识土性特点,获取了模型试验所用土质的相关物理、力学、热学特性指标。为模型试验和有限元数值计算的参数确定提供了基础。 2、根据相似准则,设计研发、改造了大型模型试验设备,使之能够满足试验项目的要求。完成与试验台配套的制冷冻结、加载、监测系统的配套工作,确保合理取得相关试验成果。 3、开展大型模型试验研究,进行了10种工况,不同季节冻土层温度与有、无季节冻土层的大型圆形基坑冻结壁模型试验。研究季节冻土层下冻结壁内的温度、冻胀力的变化规律。在人工开挖后,使用气囊加压,模拟水平地应力,并研究位移变化规律。监测制冷盐水消耗,获取季节冻土层对冻结壁能量消耗的影响规律。 4、根据试验实测数据,确认季节冻土层存在对加快冻结壁交圈时间,提高冻结速度和明显限制水平位移的重要作用,并得到相关经验公式。 5、使用有限元软件模拟季节冻土区二维平面冻土墙的耗能特性,为模型试验提供佐证。 6、根据模型试验的工程背景,提出建立宏观冻胀模型的必要性。建立模型数值计算方法,通过室内冻胀试验和借鉴国外学者试验资料对模型进行验证。通过以上工作,本文主要取得了以下研究成果: 1、确认季节冻土层对圆形基坑冻结壁的温度场、冻胀力、外载作用下的变形、耗能等方面的影响规律。季节冻土层温度越低,越有利于冻结壁温度场向低温迅速发展,越有利于增加冻结壁抵抗外载的能力,但同时导致冻结壁冻胀力增大。 2、模型试验数据和数值计算结果均表明季节冻土层的存在明显减小冻结壁形成所需冻结时间,可有效减少冻结能量消耗。 3、模型试验中各类监测数据随冻结壁深度变化的规律,说明季节冻土层对圆形基坑冻结壁性能的影响范围有限。 4、以分凝势理论为基础,在冻结缘内建立分凝势与孔隙率变化率的联系,得到孔隙率变化率公式。建立起冻胀有限元计算公式。 5、使用Fortran和python语言对ABAQUS进行二次开发,以ABAQUS为平台实现宏观冻胀模型的数值求解,并建立有限元计算模型。对比显示数值计算结果与试验数据具有较好的一致性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 吴紫汪,马巍,张长庆,常小晓,刘永智;人工冻结壁变形的模型试验研究[J];冰川冻土;1993年01期
2 陈湘生;深冻结壁时空设计理论[J];岩土工程学报;1998年05期
3 沈晓明,高峰,李建军;龙固矿副井冻结壁温度场有限元数值模拟[J];河北理工学院学报;2004年02期
4 徐士良;ANSYS在冻结壁温度场分布分析中的运用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
5 张向东;考虑强度弱化及蠕变特性确定结冻壁厚度[J];辽宁工程技术大学学报;1990年02期
6 杨平,皮爱如;高流速地下水流地层冻结壁形成的研究[J];岩土工程学报;2001年02期
7 程宜康;冻结凿井时冻结壁的非线性数值分析[J];苏州市职业大学学报;2003年04期
8 崔广心;冻结法凿井的模拟试验原理[J];中国矿业大学学报;1989年01期
9 万德连,马英明;用冻结壁最大位移预测冻结管断裂方法的探讨[J];中国矿业大学学报;1990年01期
10 贺长俊,王伟,周晓敏,苏立丹,郭建国;“复—八线”“大—热”区间含水粉细砂地层水平冻结的隧道施工技术[J];都市快轨交通;1999年04期
11 张向东,张树光,李永靖,霍宝荣;冻土三轴流变特性试验研究与冻结壁厚度的确定[J];岩石力学与工程学报;2004年03期
12 成冰;冻土的强度特性[J];建井技术;1983年02期
13 崔广心,李毅;含水土结冰温度的初步研究[J];冰川冻土;1993年02期
14 周国庆,崔广心,程锡禄,杨维好;地下工程问题三轴模拟试验台及其应用[J];岩土工程学报;1999年06期
15 经来旺,高全臣,徐辉东,杨仁树;冻结壁融化阶段井壁温度应力研究[J];岩土力学;2004年09期
16 庞涛;;人工冻结法技术在地下结构工程施工中的应用[J];山西建筑;2008年13期
17 马英明,郭瑞平;冻结凿井中冻结壁位移规律及影响因素的研究[J];冰川冻土;1989年01期
18 汪仁和;李栋伟;;深井冻结壁粘弹塑性力学分析[J];安徽理工大学学报(自然科学版);2006年02期
19 汪仁和,王伟;冻结孔偏斜下冻结壁温度场的形成特征与分析[J];岩土工程学报;2003年06期
20 武建军,何丽红,王廷栋,刘永智;地下工程中圆截面巷道应力的光粘弹性研究[J];冰川冻土;1997年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔广心;;关于冻结壁几个问题的探讨[A];地层冻结工程技术和应用——中国地层冻结工程40年论文集[C];1995年
2 赵阳升;梁纯升;;冻结壁的温度场和弹塑性应力场的耦和分析[A];第三届岩石力学学术会议论文集(上)[C];1985年
3 赵志福;梁洪振;;仓上金矿新立矿区主井冻结壁难以形成的原因分析及处理[A];矿山建设学术会议论文选集[C];2002年
4 陈远坤;李明好;王从平;汪仁和;张瑞;;涡北煤矿地层冻结特性分析[A];全国矿山建设学术会议论文选集(上册)[C];2004年
5 伍期建;王正廷;苏立凡;楼根达;周晓敏;王建平;;强化冻结在立井深厚粘土层冻结施工中的应用[A];地层冻结工程技术和应用——中国地层冻结工程40年论文集[C];1995年
6 汤志斌;陈文豹;李功洲;;冻结壁温度场的实测研究及在工程中的应用[A];地层冻结工程技术和应用——中国地层冻结工程40年论文集[C];1995年
7 李功洲;陈文豹;熊翼翔;;冻结壁和外层井壁位移实测研究[A];地层冻结工程技术和应用——中国地层冻结工程40年论文集[C];1995年
8 张吉清;何伟;张大鹏;;东荣三矿风井透水涌砂分析与处理[A];地层冻结工程技术和应用——中国地层冻结工程40年论文集[C];1995年
9 陈远坤;李明好;李运来;姚兆明;;涡北煤矿深厚表土层冻结压力实测研究[A];矿山建设工程新进展——2005全国矿山建设学术会议文集(上册)[C];2005年
10 崔灏;;三圈管冻结壁冻胀力的模型试验研究[A];矿山建设工程新进展——2006全国矿山建设学术会议文集(上册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吉植强;季节冻土地区圆形基坑冻结壁模型试验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 奚家米;深厚富水软岩井筒冻结壁力学特性及应用研究[D];西安科技大学;2011年
3 盛天宝;特厚冲积层冻结法凿井关键技术研究与应用[D];中国矿业大学(北京);2011年
4 蔡海兵;地铁隧道水平冻结工程地层冻胀融沉的预测方法及工程应用[D];中南大学;2012年
5 胡坤;冻土水热耦合分离冰冻胀模型的发展[D];中国矿业大学;2011年
6 王桦;矿山岩土体导电特性及工程应用研究[D];安徽理工大学;2009年
7 荣传新;深厚冲积层冻结壁与井壁的力学特性及其共同作用机理研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 周扬;冻土冻胀理论模型及冻胀控制研究[D];中国矿业大学;2009年
9 张驰;富水岩层中新型单层冻结井壁关键施工技术与工艺研究[D];中国矿业大学;2012年
10 韩涛;富水基岩单层冻结井壁受力规律及设计理论研究[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐志强;可靠性分析在深厚基岩井筒冻结壁设计中的应用研究[D];西安科技大学;2011年
2 王磊;弱胶结地层冻结壁变形研究与影响因素敏感性分析[D];山东科技大学;2010年
3 马乾坤;白垩系地层立井冻结壁与井壁共同作用分析[D];安徽理工大学;2011年
4 陈军浩;多圈管冻结壁的形成与融化规律研究[D];安徽理工大学;2010年
5 杜圣;侏罗系地层冻结壁与井壁相互作用规律研究[D];安徽理工大学;2012年
6 张红晓;特厚冲积层冻结壁变形及冻结压力的研究[D];中南大学;2011年
7 王瀚;多圈管冻结壁内部冻胀应力的形成特性研究[D];安徽理工大学;2010年
8 亓燕秋;冻结红层力学特性试验及冻结方案优化研究[D];安徽理工大学;2012年
9 余波江;多圈管冻结水热耦合模型试验及优化设计研究[D];安徽理工大学;2012年
10 武冰冰;地铁隧道盾构洞门的垂直冻结法加固技术研究[D];安徽理工大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 赵仁义;专业冻结做出名堂[N];中国煤炭报;2009年
2 张树建 张大庆 杨军旺 王晓荷;吕临能化千万吨项目主斜井冻结工程第一段提前完工[N];山西经济日报;2009年
3 李俊林;马鞭山铁矿采掘工艺填补国内空白[N];巢湖日报;2010年
4 李元春 袁青岳;唐山开滦建设集团开创井筒软岩冻结新纪元[N];中国企业报;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978