人工冻土帷幕的冻结过程研究.pdf

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1、d基o金i1论0．文39：6国9／家jis自s然n．1科6学71基—9金10(7项．2目01编6．号01：．10151372251)。冒人工冻土帷幕的冻结过程研究-盈StudyonFreezinⅡgPro1cessofArtificialFrozenSoilCurtain萝．2尊幸2孝I眙2I(1中机中联工程有限公司，重庆400039；2西南交通大学力学与工程学院，四川I成都610031)摘要：人工冻土帷幕具有广泛的应用前景。研究表明．冻土的均匀性和冻结状态是影响人工冻土帷幕强度的重要指标。冻结方向、受力方向、冻结时间影响下的冻结

2、锋面发展情况和温度场规律是描述冻土力学性能差异的四个重要特征。该文通过分析这些指标和特征，完善了人工冻土帷幕的分析计算内容．有助于验证冻结时间、冻结位置等重要工程指标的正确性。关键词：人工冻土；冻结特征；冻土帷幕；力学性能；冻结过程中图分类号：TU445文献标识码：A文章编号：1671—9107(2016)O1—0053—03Abstract：Artificialfrozensoilcurtainhaspromisingapplicationprospects．Studiesshowthattheuniformityandfroz

3、enpermafrostareimportantimpactindicatorsofartificialfrozensoilcurtainstrength．Frozendirection，forcedirection，freezingfrontsdevelopmentconditionunderfreezingtimeandtem—peraturelawarethefourimportantcharacteristicsofthemechanicalpropertyvarietyoffrozensoil．Throughanalys

4、isontheseindicatorsandcharacteris—tics，thecalculationcontentofartificialfrozensoilcurtainisimprovedforveringtheaccuracyoffreezingtime，freezinglocationandotherimportantprojectindexes．Keywords：artificialfrozensoil；freezingcharacteristics；frozensoilcurtain；mechanicalprop

5、erties；freezingprocess边界应力和边界应变，￡是本征应变，8．i是等效应变，O'ij是夹杂0引言区域的有效应力同时．考虑冻土充分冻结过程中的能量变化和相变潜热随着施工环境的复杂化．人工冻土帷幕在基坑开挖等方等物理参数的影响．认为对于特定初始含水量的冻土．其充分面发挥了重要作用而冻土的力学性能研究在近年取得了一冻结的特征温度T，符合能量方程定程度的进展。国内外研究者通过理论方法和实验手段深化Wo=L·Vipi+Tf‘ViPici+Tf‘(V。一V0p。C(2)了冻土研究的内容[1-5]。但是研究同时也发现，理论方

6、法和实验式中，V。是冰体颗粒的体积，V。是无穷小代表单元的体积，手段对冻土的性能描述没有充分考虑均匀性、冻结状态等参Pi是冰体颗粒的体积密度，p是土体颗粒的体积密度，幄相应数和指标的影响．在描述工程环境下的人工冻土帷幕时还有冻土单元充分冻结的特征温度，或称为纯冰点，Ci是冰的比热，能够继续深化的内容本研究通过理论推导的方法．完善了人as是土的比热。工冻土帷幕的计算要点根据温度膨胀下本征应变的作用原理．夹杂体自膨胀在球形夹杂内部产生静水压力．微元体没有外力作用1冻土的冻结程度<订l】L(3)式中，K是土的体积模量，Ki是冰的体积模量

7、，两者可以通在人工冻土帷幕中，冻结程度是一个重要的因素．能够决定制冷系统的分布密度等工程参数。精确的冻结程度分析结过物理实验计算。￡是自平衡热应力对应的本征应变。果能够在保证工程质量的前提下，最大程度的节省工程成本。由以上结果．可以解出充分冻结温度的变化规律：在人工冻土帷幕的冻土冻结过程中．水分到冰体颗粒的转化会产生体积膨胀．相当于在夹杂物质中产生了微小的本计【吉x9Kf1~(K一+×寺27x一J～‘+Psw。sos]J(4)征应变。根据等效夹杂能量理论有弹性能为在解出了充分冻结特征温度以后．就能够分析未冻水含量与有效含冰量的变化

8、，从而分析人工冻土帷幕的有效强度。w1』一O'ij一~dV+1』O'ij(eij-~hidV一吉』w(『e

9、jdV(1)在考虑充分冻结特征温度后．人工冻土帷幕中初始含水量与式中，V代表单元的体积，W是夹杂区域，而和￡分别是．．．未冻水含量的关系如图