深部人工冻土物理力学特性研究现状概述

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1、2014年第5期·71·第40卷总第181期SichuanBuildingMaterials2014年10月DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2014.05.033深部人工冻土物理力学特性研究现状概述方蕾蕾(安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001)摘要:随着全球经济不断发展,各种资源需求量的有着高压固结的过程,使得其物理力学性质必然与那些处增加使得地表面空间不够利用,于是人类开始了向更深的于无载或低应力水平下的地表或浅部土存在着显著差异。地下空间进行开发和利用。然而对于深部地下空间的开挖此外,天然土体在沉积形成的

2、过程中还因受到各向不问题,首先要解决的就是在含水层和软弱土层的开挖技术等的应力状态的影响,使得其具有与浅部土显然不同的各问题。在现代的技术中,人工冻结法因为其本身所具有的向异性的特性。优点而备受重视。深部人工冻结法施工中最为重要的一点1．2深部人工冻土力与浅部冻土的形成过程不同就是对冻结壁的设计,冻结壁的强度和变形是决定深部人第一,从1．1可以得出,由于深部天然土体与浅部天工冻结技术应用的成败关键。本文就人工冻土的基本概念然土体的物理力学性质的不同,从而影响了其冻土的力学做了叙述,同时还将深部人工冻土和浅部冻土相比较,以性质。而且,随着地压的增大,土体的冰

3、点(即结冰温度)更好地说明深部人工冻土的特点,并对于在冻结壁的设计会随相应的降低[2]。中需要了解的物理力学特性做出了概述。第二,深部天然土体在高压的条件下形成冻土的过程关键词:深部人工冻土;浅部冻土;K固结;物理力0中,会出现水分的迁移、冻胀变形等现象,对形成的冻土学特性也会产生微观结构的影响,进而在很大程度上决定了其力中图分类号:P642．14文献标志码:B学性状。然而,对于浅部天然土体来说,其形成冻土主要文章编号:1672-4011(2014)05-0071-03是因为大气冷源作用于地表或浅部天然土体而形成的,当然,除了一些高海拔、高纬度的高寒地区以

4、外,浅部冻土0前言的深度一般不超过50m。由此可知,浅部天然土体处于无在当前社会经济不断发展、全球人口不断增长的情况载或低载状态,冻土形成环境与深部土人工冻土是有着明下,相对来说,地表以上空间就显得越来越小,这就迫使显差异的。着人们要不断地开发新空间,因此开始了地下空间的开发。1．3深、浅部冻土的力学性状不同人工冻结法由于其本身基本不受支护范围和支护深度的限深部人工冻土以卸载或卸载后再增载的应力路径为主;制,且能够有效地防止涌水,在城市挖掘、钻凿施工中亦而对于地表或浅部冻土来说,其冻土的应力路径通常以加能够很好地防止相邻土体的变形,而受到越来越多的重视,载

5、为主。在不同的应力路径中,冻土将呈现出不同的力学并逐渐成为完成地下工程的主要技术手段之一。性状。1．4深部人工冻土以冻结壁来承载1人工冻土概况在冻结法施工过程中,作为重要设计环节之一的冻结人工冻土,其实就是以人工制冷的方法将地下开挖工壁,设计的好坏决定了深部人工冻土施工技术的成败。因程周围的松散含水层或者破碎含水层冻结起来而形成的,为冻结壁是作为深部人工冻土施工过程中的支护结构而存其目的就是利用冻土有着较高的强度且有不透水的特性来在的。冻结壁的承载能力不仅与冻土的力学性能有关,还抵抗岩土的压力,并依靠由冻结土形成的冻结壁来隔绝其与冻土结构的形式、尺寸、规模

6、以及冻土的形成过程等因内、外地下水的联系,然后在冻结壁的保护下进行工程建素有关。设。人工冻土根据其所处的地层深度不同又分为深部人工冻土和浅部冻土两类。2深部人工冻土的物理力学特性研究1．1深部天然土体与浅部天然土体的物理力学性质2．1物理性质指标对不同土体来说,其不同的物理力学性质决定了不同冻土基本物理指标的测定精度,决定着工程的可靠性。的用途,一般说来,土体的物理力学性质主要包括密度、[1]冻土是由不同的物质组成的四相物体,其中包括矿物颗粒、含水率、饱和度、强度与变形参数等参数。冰、未冻水和气体。天然深部土体,由于其相对于浅土层来说较长一段时冻土的物理性

7、质指标主要包括通过试验测定的四大基间都是处于高压K的作用下,则必然会在高压K的作用下00本指标以及可以通过相应计算公式计算得到的其他指标。进行着固结的过程,其中所谓K固结,也即土体在无侧向变0其中,四大基本指标指:冻土矿物颗粒的比重G、冻土的天形的条件下进行的竖向固结,此时,土体水平和竖直方向的s然容重r、冻土的总含水量w和冻土中未冻水含量w,可以有效应力之比称为K值,K=R/R。正因为深部天然土体cH00hv通过计算得到的其他物理指标如下:相对含水量i,是指冻土中冰的重量与全部水的重量的作者简介:方蕾蕾(1990-),女,安徽安庆人,在读硕士研究生,主要

8、研究方向:深部人工冻土。比值,即i=gi/gw;·72·20