人工冻土冻胀数值模拟分析

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1、摘要人工冻结法施工产生冻胀会影响地表建筑物，使之产生各种破坏现象，因此，预报冻土冻胀对周围环境的影响非常重要，但目前关于这方面的研究还十分欠缺。本文总结了当前冻胀机理、数值预报模型和防冻害措施的研究成果。建立了冻土中的热传导模型，在计算冻胀时，利用水分入流量和时间关系计算水分迁移引起的冻胀应变；利用已冻土中未冻含水量和温度关系，求原位水的冻胀应变，将冻结引起的体积膨胀系数作为负的热膨胀系数，利用MARc程序中热应力的计算程序计算外界迁移水和原位水的冻胀位移；两项位移之和为总冻胀位移，并利用冻胀率和荷载的实验经验公式来考虑荷载对冻胀的影响。采用有限单元法对一维冻结和二维水平冻结模型进行数

2、值模拟分析，经比较模拟计算和实测结果，其误差在10％一15％之间，说明本文所提模型和计算方法是正确可行的。探讨了在水平冻结情况下覆盖厚度(埋深)、冻土壁厚度、开挖半径、含水量和盐水温度对冻胀位移的影响。经计算得出如下结论：地表竖向位移在靠近对称面处最大，随距对称面距离的增大而呈波浪形减小，而地表水平位移则在距对称面一定距离才达到最大值，其最大值的位置和覆盖厚度成正比，受其它因素的影响不大。地表最大竖向冻胀位移随荷载增大按指数规律减少，且有最终趋于不变的趋势；随冻土壁厚度增大，其前期增大得较快，中期增大得较慢，但后期增大又渐渐变快；地表最大竖向位移和开挖半径及含水量均成正比关系；和盐水温

3、度呈开口向下的抛物线关系，在抛物线峰值左边，其随盐水温度变化的剧烈程度比峰值右边的小。地表最大水平位移和最大竖向位移随上述各因素的变化规律相同，但水平位移均比竖向位移小，且变化剧烈程度也较小。对称面处，冻结壁以上和以下的地层中竖向位移随深度增加而增大，而在冻结壁范围内随深度增加而减小。根据计算分析结果提出了抑制冻胀的建议，对人工冻结法在城市地下工程中推广应用具有理论意义和实用参考价值。关键词：人工水平冻结法、数值模拟、水分迁移、冻胀位移、冻结缘。Nu瑚【ericalSimuIationofArtincialFreezingMethodInducedSonFrostHeaveAbstra

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