季節(jié)凍土地區(qū)圓形基坑凍結(jié)壁模型試驗(yàn)研究.pdf

1、人工凍結(jié)技術(shù)在基坑工程中尚未被廣泛應(yīng)用，一個(gè)重要的原因是人工凍結(jié)的耗能大，阻礙了這項(xiàng)綠色施工技術(shù)的推廣。而我國(guó)季節(jié)凍土區(qū)面積廣大，利用季節(jié)凍土層中的天然低溫冷能環(huán)境進(jìn)行凍結(jié)技術(shù)施工必定節(jié)約大量的能源。因而開(kāi)展季節(jié)凍土區(qū)圓形基坑凍結(jié)壁的模型試驗(yàn)研究，揭示在該環(huán)境中人工凍結(jié)壁沿深度初始溫度場(chǎng)、熱學(xué)、力學(xué)特性與節(jié)能規(guī)律將為推動(dòng)季節(jié)凍土區(qū)基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
　　本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)與深入分析的基

2、礎(chǔ)上，采用大型模型試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算、建立凍脹模型等方法，以圓形基坑凍結(jié)壁為研究對(duì)象，以模型試驗(yàn)為主線，考慮了季節(jié)凍土層中負(fù)溫溫度環(huán)境的影響，完成了以下方面的研究工作：
　　1、完成了徐州粉質(zhì)粘土37個(gè)試樣8項(xiàng)試驗(yàn)工作，認(rèn)識(shí)土性特點(diǎn)，獲取了模型試驗(yàn)所用土質(zhì)的相關(guān)物理、力學(xué)、熱學(xué)特性指標(biāo)。為模型試驗(yàn)和有限元數(shù)值計(jì)算的參數(shù)確定提供了基礎(chǔ)。
　　2、根據(jù)相似準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)研發(fā)、改造了大型模型試驗(yàn)設(shè)備，使之能夠滿足試驗(yàn)項(xiàng)目的要求。完成與試驗(yàn)

3、臺(tái)配套的制冷凍結(jié)、加載、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配套工作，確保合理取得相關(guān)試驗(yàn)成果。
　　3、開(kāi)展大型模型試驗(yàn)研究，進(jìn)行了10種工況，不同季節(jié)凍土層溫度與有、無(wú)季節(jié)凍土層的大型圓形基坑凍結(jié)壁模型試驗(yàn)。研究季節(jié)凍土層下凍結(jié)壁內(nèi)的溫度、凍脹力的變化規(guī)律。在人工開(kāi)挖后，使用氣囊加壓，模擬水平地應(yīng)力，并研究位移變化規(guī)律。監(jiān)測(cè)制冷鹽水消耗，獲取季節(jié)凍土層對(duì)凍結(jié)壁能量消耗的影響規(guī)律。
　　4、根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，確認(rèn)季節(jié)凍土層存在對(duì)加快凍結(jié)壁交圈時(shí)間，

4、提高凍結(jié)速度和明顯限制水平位移的重要作用，并得到相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式。
　　5、使用有限元軟件模擬季節(jié)凍土區(qū)二維平面凍土墻的耗能特性，為模型試驗(yàn)提供佐證。
　　6、根據(jù)模型試驗(yàn)的工程背景，提出建立宏觀凍脹模型的必要性。建立模型數(shù)值計(jì)算方法，通過(guò)室內(nèi)凍脹試驗(yàn)和借鑒國(guó)外學(xué)者試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。
　　通過(guò)以上工作，本文主要取得了以下研究成果：
　　1、確認(rèn)季節(jié)凍土層對(duì)圓形基坑凍結(jié)壁的溫度場(chǎng)、凍脹力、外載作用下的變形、耗能等

5、方面的影響規(guī)律。季節(jié)凍土層溫度越低，越有利于凍結(jié)壁溫度場(chǎng)向低溫迅速發(fā)展，越有利于增加凍結(jié)壁抵抗外載的能力，但同時(shí)導(dǎo)致凍結(jié)壁凍脹力增大。
　　2、模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果均表明季節(jié)凍土層的存在明顯減小凍結(jié)壁形成所需凍結(jié)時(shí)間，可有效減少凍結(jié)能量消耗。
　　3、模型試驗(yàn)中各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨凍結(jié)壁深度變化的規(guī)律，說(shuō)明季節(jié)凍土層對(duì)圓形基坑凍結(jié)壁性能的影響范圍有限。
　　4、以分凝勢(shì)理論為基礎(chǔ)，在凍結(jié)緣內(nèi)建立分凝勢(shì)與孔隙率變化率的聯(lián)