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依据相似准则进行室内季节冻土层与人工冻结壁共同工作围护体系的破坏试验,确定破坏机制与约束效果。运用传热学、冻土粘弹塑力学等理论,在季节冻土层地温、约束作用可变条件下,得到冻结壁的非均匀温度场、冻结壁内塑性区动态发展规律、壁外侧土压力沿深度变化规律,建立该体系水、热、力耦合空间模型,编制相关程序,数值分析不同气温、冻土层厚度、土质条件、水文地质条件、季节冻土层对冻结壁上端部的约束效果,冻结壁厚度减小趋势。与无季节冻结层约束的冻结壁水平位移、变形、以壁内冻结管为中心的温度场非均匀程度进行对比分析,建立有约束条件的人工冻结壁设计理论。利用破坏试验的位移、温度等实测数据对理论进行完善。本研究成果利用地壳天然冻土层,对传统的直立板墙自由边界计算模型给与创新。为明显降低冻结壁厚度提供了科学依据,在理论上形成新的计算体系,对进一步提高围护结构工程的安全度、降低经济造价具有重要的实际意义和广阔的应用前景。 2100433B
批准号 |
40571032 |
项目名称 |
季节冻土层与人工冻结壁相互作用机制 |
项目类别 |
面上项目 |
申请代码 |
D0106 |
项目负责人 |
徐学燕 |
负责人职称 |
教授 |
依托单位 |
哈尔滨工业大学 |
研究期限 |
2006-01-01 至 2008-12-31 |
支持经费 |
31(万元) |
季节冻土地区人工冻土墙的冻结特性研究
季节冻土层中的地温呈非线性分布,改变了冻土墙形成时的初始温度条件以及形成后的结构形式。有季节冻土条件下形成深6m、厚1.4m的冻土墙较无季节冻土的情况可减少冻结时间15d,减少冷能消耗60%,经济上有极大优势。通过数值模拟,得到了能量消耗与时间关系曲线、冻结管热流密度与深度关系曲线、冻土墙的厚度与时间关系曲线、冻土墙的厚度与深度关系曲线等,可见季节冻土层的存在显著提高了冻土墙的厚度发展速度,减少了冻结时间,降低了冷能消耗。模拟了49种工况,对冻结管直径、冻结管间距、冻结时间、冻土墙平均温度、冻土墙厚度等数据进行了非线性回归分析,得到冻土墙厚度与时间成对数函数关系、平均温度与时间成反比例关系的相关表达式,为人工冻结技术的合理运用和推广提供了理论依据。
永冻土层上大坝的设计与施工
永冻土层上大坝的设计与施工——对俄罗斯远北地区进行工业开发在经济上可行、在政治上有利,而且是国家的重要任务之一。 论述了在极端气候条件下永冻土地区大坝设计与施工的经验。
冻土类别 | 形成条件和时间 |
短时冻土 | 数小时、数日以至半月 |
季节冻土 | 半月至数月 |
多年冻土 | 冻土层处于水的冰点以下超过数年 |
永久冻土 | 形成冻土层的时间年限超过千百年甚至数万年以上 |
人工冻结法是重要的深部和城市地下工程的特殊施工方法,在矿山建设、城市地铁、深基坑等领域得到了广泛的应用,然而在冻结工程中往往会因为冻结壁整体强度不足或不交圈,造成冻结管断裂、结构物压裂等事故,造成重大经济损失和社会影响。针对人工冻结工程中冻结壁的安全检测问题,本课题提出在研究冻结壁电磁特性的基础上,利用地质雷达进行冻结壁无损检测的方法。.首先通过现场采样试验,掌握人工冻结壁的电磁特性;在此基础上,采用数值模拟、模型试验和现场实测相结合的方法,建立冻结壁厚度和缺陷高精度检测的理论,为人工冻结工程的设计和检测提供科学依据。本项目研究对深部和城市地下工程中的人工冻结壁安全检测有广阔的应用前景,对于冻土区工程建设也有重要的借鉴意义。 2100433B
前苏联和加拿大近一半的领土都是冻土层,阿拉斯加有85%的土地都是冻土层,赤道附近的乞力马扎罗峰顶也发现有多年冻土。年平均温在0℃以下,一般都在-10℃至-17℃,冬季气温可低至-40℃,甚至-55℃,夏季温度也很低,7月份平均温度不超过10℃,全年结冰日长达240天以上。好山与漠土年均温也很低 ,一般为-4℃至-12℃。冻土区降水很少,欧洲部分为200-300毫米,亚洲和北美洲北部在100毫米以下,西藏冻漠土区因地势高、远离海洋,降水更稀少,一般为60~80毫米,其北部更少,为20~50毫米,其中90%集中于5-9月。降水虽然少,但气温低,蒸发量不大,长期冰冻,土壤湿度很大,经常处于水分饱和状态,夏季土壤-母质融化,砂土可达1~1.5米,壤土70~100厘米,泥炭土35~40厘米,以下即为永冻层,高山冻漠土在宽谷、湖盆永冻层深度80厘米,山坡上可达150厘米。