浅析人工地层冻结法冻胀对结构影响的研究

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1、同济大学硕士学位论文人工地层冻结法冻胀对结构影响的研究姓名：张洁申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：徐伟20040201摘要人工冻土冻胀对结构的影响，是一个交叉学科的问题。在冻土物理学方面，对于冻胀机理、冻胀预报模型的研究已经十分深入，’乖J用数学模型对冻土的冻胀位移场、温度场和应力场的模拟也有很多。在工程设计方面，对于冻胀通常使用经验公式进行粗略的估计，同时在施工中采取一定措旌来减少其影响。而冻土冻胀对结构影响的数值分析则较少见。本文提出了利用水热力耦合法与结构受力分析相结合的方法计算人工冻土冻胀对结构的影响。它将结构和冻土分别考虑，计算思想如下：①利

2、用水热力耦合方法计算得到土体冻结后某一时刻的位移场、温度场；②取与结构相接触面的土体位移△，作为支座位移加于结构上，计算得到支座反力厂和结构内力；③将支座反力加于土体上，计算土体的位移△I，将△：与△，相减得到中间位移值J；④将中间位移占作为土体位移△，重复②和③的计算，直至每一次循环得到的支座反力厂趋向于常数，认为此时刻的中间位移占为土体冻胀位移，同时计算过程中得到的支座反力r为土体与结构之间相互作用的冻胀力。现有计算冻胀对结构影响的方法有结构热应力法。它是将冻土与结构作为一个整体，计算土体冻结后冻胀应力最大时刻的温度场。再将冻土冻胀系数作为负线膨胀系数，按

3、结构温度应力的计算方法，对冻土与结构之间的相互作用进行计算，获得冻土体的应力场、位移场及冻土与结构之间的相互作用力。本文对润扬大桥南锚碇基坑冻结法施工土体冻胀对结构的影响利用有限元程序进行了计算。通过计算，得到了从积极冻结期全过程基坑剖面的温度场，及冻结壁形成后的应力场和位移场，并分析得到了它们的分布特征。以上两种方法对于土体冻胀位移的确定不但考虑了冻胀力与冻土及冻胀条件的关系。也考虑了结构冈0度，使得对于冻胀力的确定更加接近实际，为冻结法施工的设计提供了计算方法和理论依据。关键词：冻胀。相互作用，水热力耦合，热应力英文摘要AbstractTheinnuenc

4、eoffrostheaveofartificialfrozensoiItostructurelSacross—subjectproblem．Infrozensoilphysics，ithasbeenmatureintheresearchofthefrostheavemechanismandthemathematicalmodelofpredictingfrostheave，andtherearemanyexamplesofthenumericalsimulationoffrostheave．Inengineeringdesign，itoftenestimate

5、sthedisplacementoffrostheave，andthentakessomeactiontoreduceitsinfluence．ButthenumericalsimulationabouttheinfiuenceoffrostheaveofartificialfrozensoiltostructureiSrare．Inthisarticle，itbringsforwardanewmethodtosimulatetheinfluenceoffrostheaveofartificialfrozensoiltostructure．Itsreasoni

6、sthatstructureandfrozensoilarerespective，①Calculatethethermalanddisplacementfieldoffrozensoilofonemomentbythemodelforcoupledmoisture，heatandstressfield；②Regardthefrostheavedisplacement(△2)offtozensoilasthedisplacementofabutments，andcalculatethecounterforceofabutments(厂)andstructurei

7、nternalforce；③Exer"thecounterforceofabutmentsonfrozensoil，andcalculatethedisplacementoffrozensoil(A1)．themediumdisplacement(占)isA2subtractsAl；廷)RegardthemediumdisplacementasA2，andrepeatthe2ndandthe3rdstep，until厂approachesaconstant，thenwecanregardthemediumdisplacementasthefrost—heave

8、displacement，andthe