季節(jié)凍土地區(qū)圓形基坑凍結(jié)壁模型試驗研究.pdf

1、人工凍結(jié)技術(shù)在基坑工程中尚未被廣泛應(yīng)用，一個重要的原因是人工凍結(jié)的耗能大，阻礙了這項綠色施工技術(shù)的推廣。而我國季節(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)境進行凍結(jié)技術(shù)施工必定節(jié)約大量的能源。因而開展季節(jié)凍土區(qū)圓形基坑凍結(jié)壁的模型試驗研究，揭示在該環(huán)境中人工凍結(jié)壁沿深度初始溫度場、熱學(xué)、力學(xué)特性與節(jié)能規(guī)律將為推動季節(jié)凍土區(qū)基坑支護技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義與實用價值。
　　本文在對國內(nèi)外相關(guān)研究進行系統(tǒng)總結(jié)與深入分析的基

2、礎(chǔ)上，采用大型模型試驗、數(shù)值計算、建立凍脹模型等方法，以圓形基坑凍結(jié)壁為研究對象，以模型試驗為主線，考慮了季節(jié)凍土層中負溫溫度環(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個試樣8項試驗工作，認識土性特點，獲取了模型試驗所用土質(zhì)的相關(guān)物理、力學(xué)、熱學(xué)特性指標(biāo)。為模型試驗和有限元數(shù)值計算的參數(shù)確定提供了基礎(chǔ)。
　　2、根據(jù)相似準(zhǔn)則，設(shè)計研發(fā)、改造了大型模型試驗設(shè)備，使之能夠滿足試驗項目的要求。完成與試驗

3、臺配套的制冷凍結(jié)、加載、監(jiān)測系統(tǒng)的配套工作，確保合理取得相關(guān)試驗成果。
　　3、開展大型模型試驗研究，進行了10種工況，不同季節(jié)凍土層溫度與有、無季節(jié)凍土層的大型圓形基坑凍結(jié)壁模型試驗。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)測制冷鹽水消耗，獲取季節(jié)凍土層對凍結(jié)壁能量消耗的影響規(guī)律。
　　4、根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)，確認季節(jié)凍土層存在對加快凍結(jié)壁交圈時間，

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，為模型試驗提供佐證。
　　6、根據(jù)模型試驗的工程背景，提出建立宏觀凍脹模型的必要性。建立模型數(shù)值計算方法，通過室內(nèi)凍脹試驗和借鑒國外學(xué)者試驗資料對模型進行驗證。
　　通過以上工作，本文主要取得了以下研究成果：
　　1、確認季節(jié)凍土層對圓形基坑凍結(jié)壁的溫度場、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，但同時導(dǎo)致凍結(jié)壁凍脹力增大。
　　2、模型試驗數(shù)據(jù)和數(shù)值計算結(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)時間，可有效減少凍結(jié)能量消耗。
　　3、模型試驗中各類監(jiān)測數(shù)據(jù)隨凍結(jié)壁深度變化的規(guī)律，說明季節(jié)凍土層對圓形基坑凍結(jié)壁性能的影響范圍有限。
　　4、以分凝勢理論為基礎(chǔ)，在凍結(jié)緣內(nèi)建立分凝勢與孔隙率變化率的聯(lián)