陈湘生：再说地层冻结法

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1、再说地层冻结法——纪念地层冻结法150周年SomeNewWordsOnGroundFreezingMethod——inmemoryof150thanniversaryapplicationofGFM深圳市地铁集团有限公司陈湘生博士上海，05.2012CHENXiangsheng,Ph.D.ShenzhenMetroCo.(Group),Ltd.Shanghai,05.2012目录Contents概述Overview地层冻结法关键要素ThekeyelementsforGFM人工冻土力学参数试验注意事项T

2、hemainpointsfortestsofartificialfrozensoilmechanicalproperties地层冻胀融沉问题及对策Thecountermeasuretogroundfreezingheaveandthawsettlement最新地层冻结案例SomenewcasesinterestedofGFM1.概述Overview追索求源Originating地层冻结法源于天然冻结现象。1850年代蒸汽压缩式冷冻机发明后，人类第一次使用地层冻结法是1862年在Wales基坑中；188

3、0年德国工程师Poetch首先提出地层冻结法原理，并于1883年在德国阿尔巴里德煤矿成功地采用冻结工法建造103m深的竖井。我国第一次应用地层冻结法是1955年开滦煤矿林西风井（直径5m，冻深105m）。Groundfreezingmethod(GFM)originatedfromnaturalfreezingphenomenon.Itwasthefirsttimein1862thatGFMwasusedinWalesfoundationpitafterinventionofsteamcompress

4、ionrefrigeratorin1850s.TheGermanengineer,Poetch,proposedfirsttheprincipleofGFMin1880,andthenthismethodwassuccessfullyusedinsinkingashaftindepthof103minGermany'scoalminein1883.Itwasin1955thatGFMwasusedinsinkingLinxiairshaft(dia.5mandfrozendepthof105m)inK

5、ailuanCoalMinefirstinChina.1.概述Overview(Cont.)核心是把地层里的水变成冰ThekeyofGFMistochangethewaterinsoilintoice.地层冻结的核心是把地层里几乎“没有强度”的水变成“强度极高且可以粘结土颗粒”的冰，而且冰的强度和弹性模量随负温度降低而增大。由此可以根据对冻土结构要求而随时调节冻结温度来确保冻土结构的稳定。ThecoreofGFMistochange"nostrength"ofwaterthestrataintoice

6、of"highstrengthandpowerbondingsoilparticle“.Moreover,bothstrengthandelasticitymodulusoficeincreasewithdecreaseinnegativetemperature.Thismay,accordingtotherequirementsoffrozensoilstructure,adjustthefreezingtemperatureinfrozensoilstructuretoensureit’sstab

7、ilityatanytime.1.概述Overview(Cont.)核心是把地层里的水变成冰(Cont.)ThekeyofGFMistochangethewaterinsoilintoice.所以，要了解水冻成冰的要素：地层里水的冰点、含盐、地层温度、水力联系和周边影响温度的边界条件等，还有冻土结构相关连影响稳定的边界条件。在设计冻土结构时，要充分了解其受力状态、简化的受力模型、需要的力学指标等。还有土壤的冻胀和融沉特性Firstthingsfirstistounderstandthefreezing

8、temperatureofthewaterinthestratum,it’ssalt,stratumformationtemperature,hydraulicrelationshipandsurroundingheatinfluence,theboundaryconditionsoftemperature,andmoreovertheboundaryconditionsofthefrozenstructure.Thenalltheseelementsm