冻土地带埋设管道受冻土冻胀作用的力学分析
冻土地带埋设管道受冻土冻胀作用的力学分析冻土是一种十分复杂的岩土体,在我国分布十分广泛,主要分布在东北和西
部地区。按照土体在冻结状态下持续的时间主要可以分为短期冻土、季节性冻土和多年冻土。由于基础建设的需要,在冻土区修建基础设施和油气管道工程将不可避免,而每年因冻土的冻胀和融沉产生油气管道的破坏也时有发生。
因此为了减少因冻土的冻胀和融沉产生的损失,有必要对冻土区管道破坏情况进行深入的研究和分析,对管道的设计、施工和维护方面提供有效的技术支持。本文基于学者对管道受土壤冻胀作用的管道内力、位移计算以及冻土区温度场分布的研究,分析冻土区管道受冻土冻胀作用的影响并进行计算,得出如下结论:(1)对管道冻胀力形成机理进行研究,经研究发现,冻土区温度场的变化将导致土体
中水分的迁移和相变,使得土体上抬或者下沉,从而导致埋在土体中的管道在竖
向产生位移,在管道内部产生较大的应力,当管道的应力大于屈服强度时将会发
生破坏。(2)分析埋设在冻土区管道一侧受到冻胀作用抬升时,土壤对管道产生的横向阻力的控制因素,利用土壤对管道产生的横向阻力计算模型和管道的位移方程建立管道受土壤冻胀作用的管道内力、位移方程。
通过管道的内力、位移方程可以求解出管道危险截面位置位于冻胀敏感土壤区和稳定冻土区交界面附近,应对此区域采取一些措施减小管道发生破坏的可能。
(3)建立管道周围温度场的计算模型,引入分凝势概念,分析了在温度变化过程中土壤的冻结深度和冻胀位移对土壤的横向阻力及管道位移的影响。
季节性冻土施工方案
1.季节性冻土施工范围 1.1.季节性冻土定义和成因 当温度为0℃或负温，含有冰且土颗粒呈胶结状态的土称为冻土。土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为冻深线或冻结线。 路基土质、水分及冻结条件的不均一性，会产生不均匀冻胀，冻胀造成地面开裂；春季融化时，土体处于饱和状态，土颗粒间摩擦力降低至消失，在荷载作用下则千出现下沉、翻浆冒泥等病害。 1.2.季节性冻土范围 目前我国东北地区既有铁路冻害比较普遍、严重，路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形，破坏轨道的平顺性，成为影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一，也给铁路养护维修千万很大的困难。 2.季节性冻土路基工程施工对策 2.1.季节性冻土路基防冻胀措施 为防止路基结构冻胀变形，主要是改善路基结构和填料及周围水分疏导，从形成起因减少冻胀力和冻胀性来防治冻胀，主要采取如下措施： 2.1.1.填筑非冻胀填料设隔防渗层 路基面以下冻结深度范围内填筑非冻胀性填料(非冻胀填料为细颗粒含量小于15%的A、B组碎石类土，基床表层70cm填级配碎石)，于基床表层下部铺设两布一膜不透水工布，土工布上下各设置0.1m中粗砂垫层。基床底层采用A、B组填料和C组块石、砾石类填料，有效的阻隔地表水渗入基床底层。
2.1.2.排水设施降、排水 在地下水埋深较浅段且路基高度小于季节性冻胀地段，考虑毛细水强烈上升高度，路基两侧设置降排水盲沟设施，使地下水降至季节冻深以下。对边沟积水的路段，尤其是低填方段设置集水坑将积水排除，挖方地段路基，加大边沟坡纵向排水坡度，将积水引导排到路基以外。 2.1. 3.防冻胀护道 为防止冻胀破坏路堤边坡，对地下水位较高地段，路堤坡脚两侧设置防冻胀护道，按设设计尺寸(高、宽均为2m),大于最大冻结深度。 2.2.季节性冻土路基施工工艺流程及要点 季节性冻土施工工艺流程如下图。
冻胀土
冻胀土 目录[隐藏] 基本概念 道路冻胀的破坏与防治 渠道冻胀处理方式的选择 季节性冻土切向冻胀力与冻胀性关系 基本概念 季节性冻土地区寒季被冻胀的土。 道路冻胀的破坏与防治 在寒冷地区，铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等。由于土或岩石中产生的冻胀作用，常常使这些构造遭受较大的破坏。土所产生的冻胀引起道路的冻害。造成道路破损，因而影响车辆的通行，降低道路的使用寿命。 中国季节冻土标准冻深线图 所谓的道路冻胀，主要是冬季在路基土中沿着温度的降低方向生成了冰晶体形状的霜柱，使路面产生隆起的一种现象。隧道
侧墙的破坏主要由于土中霜柱的作用使土体沿冷却方向的横向产生冻胀，从而使隧道的侧壁，向冷空气侵入的隧道中心轴方向推移，因而沿着侧墙部分的水平方向产生了作用力。坡面上的冻胀作用是沿着垂直方向发生的。冻胀作用使道路产生的破坏状态在中央部分冻胀量最大，因而沿路面中心线的纵断方向上产生纵向裂缝。这种冻胀破坏与冬季期间道路除雪情况以及路面施工接缝情况有密切关系。施工时在路面中心如果有接缝，则接缝处水平方向的抗拉强度比路面其他部分要小。 冻胀现象已经成为道路产生破坏的一种形式。在春融期，由于路基土中冰晶体的融解，又成为土基或垫层承载力降低的原因。对砂石路，春融期间在荷载的作用下产生的翻浆现象，将会使道路出现严重病害。 为了防止上述的冻胀现象所引起的道路破坏，首先需要了解冻胀发生的机理，因此对引起道路冻害的一些因素，如土质、气温、土中水等要详细进行调查，特别是对防止道路等土木构造物产生冻胀作用采用的措施研究中，应注意易引起地基冻胀的土是否发生了冻结，因而确定土的冻结深度是非常必要的。另外，对道路附属构造物上部的填土是否会产生冻胀，也有必要进行确定。在那些寒冷地区，对冻结深度的确定及其深度范围土的冻胀可能性的判断都成为冻胀调查的要点。 道路的冻害防止措施，当前主要采用置换法、隔温法及稳定土的处治方法等。一般情况下，所采取的措施从经济性、施工方
杭州地铁冻土试验报告
1、前言 中国矿业大学建筑工程学院受上海隧道股份工程有限公司委托，承担了杭州地铁1号线滨江站~富春路站区间盾构过江隧道联络通道处土样冻土力学性能试验任务，以利于联络通道的施工。试验项目包括冻土无侧限抗压强度、抗弯强度试验。现已按合同要求完成了试验任务，所有试验资料均汇编于本报告中。 首先，我们测定了从现场送来的44个土样中取出的12个待测无侧限抗压强度土样以及8个待测抗弯强度土样实验前的含水量及干密度。土样取样深度及测试结果见表1和表2： 表1 无侧限抗压强度土样含水量及干密度 表2 抗弯强度土样含水量及干密度
2、冻土无侧限抗压强度试验 测定冻土无侧限抗压强度时采用的应变速率为0.1%/min。应力－应变曲线的峰值应力即为抗压强度，相应的应变即为破坏应变。冻土无侧限抗压强度及破坏应变测试结果列于表3中。图1-图4选取了几个典型的冻土无侧限抗压强度应力－应变曲线。 表3 冻土无侧限抗压强度测试结果 3、冻土抗弯强度试验 采用的试件尺寸为40mm×40mm×160mm的重塑土，加载方式为三点式，试验机置于-10℃低温环境中。荷载与变形关系曲线的最大截面应力即为抗弯强度，相应的挠度即为破坏挠度。冻土抗弯强度测试结果列于表4中。图5-图8描出了冻土抗弯强度应力－应变曲线。 表4冻土抗弯强度测试结果
图1 淤泥质粉质粘土-10℃无侧限抗压强度应力应变曲线 图2 粉质粘土-10℃无侧限抗压强度应力应变曲线
图3 粉砂-10℃无侧限抗压强度应力应变曲线 图4 圆砾-10℃无侧限抗压强度应力应变曲线
图5 淤泥质粉质粘土抗弯强度荷载与变形关系 图6 粉质粘土抗弯强度荷载与变形关系
材料性能复习题(力学性能)
材料性能复习题（力学性能） 第一章 单向静拉伸力学性能 一．名词解释 1. 弹性极限（σe ）： 以后，材料便开始产生塑性变形。其表达式为2. 弹性模数(E)：E=σ/ε G= τ/ γ 值，表面原子间结合力大小。 3. 弹性比功（a e ）：材料拉伸时的弹性比功可用应力 a e = 4. 规定非比例伸长应力（σp ）： 0.05%时的应力。 5. 屈服强度（σs ）：的屈服强度或屈服点，用σs 表示. 6. 规定残余伸长应力：σr r0.1、σr0.2，常用的为σr0.2。 7. 应变硬化指数（n ）：S=ke n ，材料的n 值高低与其层错能的大小有关。物理意义：抵抗均匀塑性变形的能力。技术意义：对加工硬化敏感，n 越大，应变硬化效益越高，根据n 值选 工程材料。 8. 断后伸长率（δ）：指试样拉断后，标距的伸长与原始标距百分比。 δ=ΔL K （L 1-L 0）/L 0 × 100% 9. 断面收缩率（Ψ）：断面收缩率是试样拉断后, 缩颈处横截面积的最大减缩量与原始横截面积的百分比, 用符号Ψ表示, 即Ψ=(Ao-A1)/Ao × 100%，式中:Ao 为试样原始横截面积;A1 为缩颈处最小横截面积. 10. 韧性断裂：断裂前有明显的宏观塑性变形，吸收的能量大，断口呈纤维状，发暗，看的出塑性变形后的痕迹。 11. 脆性断裂：断裂前不发生明显的宏观塑性变形，即断裂发生在弹性变形阶段、吸收的能量很小。断口与正应力垂直，宏观上比较平齐光亮，常呈放射状或结晶状。 12. 剪切断裂：剪切断裂是材料在切应力作用下沿着滑移面滑移分离而造成断裂。剪切断裂的另一种形式为微孔聚集型断裂，微孔聚集型断裂是材料韧性断裂的普通方式。 13. 解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。（沿着一定结晶学平面发生的断裂的现象叫解理。） 14. 理论断裂强度（σm ）：将晶体两个原子面沿垂直于外力方向拉断所需最小应力。（使得 原子间引力达到最大值时所受到的拉应力。） a E m γσ= （一般金属σm =10000MPa ；实际金属强度：铝合金：200-300MPa ，低碳钢：400-500MPa ，合 金钢：1000MPa ）
冻土密度试验
冻土密度试验 概念：冻土密度是冻土单位体积的质量，它是冻土的基本物理特。 一、试验目的 冻土密度是冻土的基本物理指标之一。它是冻土地区工程建设中计算土的冻结或融化深度、冻胀或融沉、冻土热学和力学指标、验算冻土地基强度等所需的重要指标。测定冻土的密度，关键是准确测定试样的体积。 二、试验原理 冻土密度试验在负温环境下。试验中对原状冻土和人工冻土测定其含水率、质量、体积等参数，采用公式计算法计算出冻土的密度。。根据冻土的特点和试验条件选用浮称法、联合测定法、环刀法或充砂法。 浮称法 三、仪器设备 本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定： 1.天平：称量1000g，最小分度值； 2.液体密度计：分度值为cm3； 3.温度表：测量范围为一30℃?+20℃，分度值为℃； 4.量筒:容积为1000mL； 5.盛液筒：容积为1000?2000mL； 6.试验所用的溶液：采用煤油或0℃纯水。采用煤油时，应首先用密度计法测定煤油在不同温度下的密度，并绘出密度与温度关系曲线。采用纯水和试样温度较低时，应快速测定，试样表面不得发生融化。 四、操作步骤 1、调整天平，将盛液筒置于天平一端。
2、切取质量为300?1000g的冻土试样，用细线捆紧，放入盛液筒中并悬吊在天平挂钩上称量，准确至。 3、将事先预冷接近冻土试样温度的煤油缓慢注入盛液筒，液面宜超过试样顶面2cm，并用温度计量测煤油温度，准确至。 4、称取试样在煤油中的质量，准确至。 5、从煤油中取出冻土试样，削去表层带煤油的部分，然后按规定取样测定冻土的含水率。 五、成果整理 1.冻土样的密度按下列公式计算： ρ f =m1/V V=(m1-m2)/ρm 式中ρf——冻土密度（g/cm3）； V——冻土试样体积(cm3)； m1——冻土试样质量（g）； m2——冻土试样在煤油中的质量（g）； ρ m——试验温度下煤油的密度（g/cm3），可由煤油密度与温度关系曲线查得。 2.按下列公式计算冻土样的干密度： ρ fd =ρ f/(1+ω) 式中ρfd——冻土干密度（g/cm3）； ω——冻土含水率(%)； 3.实验的记录表格如下： 冻土密度试验记录表（浮称法）工程名称：钻孔编号：
浅谈季节冻土区冻土冻胀原理
浅谈季节冻土区冻土冻胀原理 摘要季节冻土区冻土冻胀造成工程破坏，影响工程正常使用。我们只有熟悉和了解冻土成分、结构、物理性质、土体的冻胀、冻胀的影响因素，才能结合实际情况采取相应的工程措施，使土体的冻胀破坏对工程影响最小。 关键词冻土区构造冻胀原理 随着我国经济建设的发展，在冻土地区各项工程建设也在大规模进行。冻土作为建筑物的地基有着不同于融土的很多特性，如果不能正确认识它、了解它的性能，仍按常规融土地基设计理论与方法进行各项工程设计和施工，势必造成工程破坏，影响工程正常使用。 了解冻土的目的在于了解其成分、结构、性质和状态；从而了解其冻胀现象、规律以及工程因素对其的影响，从而更好的认识、掌握在冻土区进行工程建设的理论与方法。 一、冻土 凡是温度等于或低于0℃以下，并含有冰胶结层的土为冻土。土的冻胀和融沉对建筑物的危害，均是由于图中水相变所致。土体冻结时，不仅其温度处于0℃以下，更重要的特征是其中有冰的存在，它使得原来松散的介质，表现出固体的性质，其物理-力学性质有很大改变，例如抗压强度增大、压缩性减小等，而融化时，由于抗减强度的下降，造成工程的破坏或失事。 1.冻土的基本成分。冻土由固体部分、液体部分和气体部分组成。固体部分由土的骨架和负温矿物组成。冻土的骨架一般是矿物和极少数的有机沉淀物；负温矿物包括水、冰盐合晶和负温下结晶水化物，其中冰的形成和特征以及与冻土骨架相对数量和空间排列，对冻土性质影响极大。液体部分是未冻水。这种水是各种可溶物质的自然水，它在冻土中被吸附在土颗粒表面，作为吸附水存在。气体部分有水蒸气、空气、沼气以及其他气体。处在自由状态和吸附式密封状态。自由气体的数量取决于土的孔隙度，吸附气体的数量与冻土骨架的数量、成分和孔隙有关，并与冻土有机含量相关。 2.冻土的结构。冻土的结构是指微观上的矿物质点及其聚合物、冰晶的形状和大小以及冰胶结的形式。 3.冻土的构造。根据冻结强度、边界条件、土体从单向冻结还是从多向冻结、有无地下水源补给条件等，决定着在冻结过程中冻土中冰晶体的形状、大小及与矿物颗粒间的相对排列方式，从而形成不同的冻土构造。在天然地层中经常遇到的情况，冻土的构造有整体状构造、层状构造、网状构造及冰包裹状构造。 4.冻土的物理性质。（1）含水率。冻土中所含的冰的质量和未冻水质量之和与土骨架质量之比。冻土中的水分是最活跃的因素，它沿着深度的分布和随季节的变化而不断变化。其变化规律与冻土的物理-力学性质有着密切关系。含水率大的土，一般冻胀性较大，对建筑的危害也较大。 （2）含冰量。冻土中所含各类型冰的总和。 （3）未冻水量。冻土中的液态水称为未冻水，分为冰点下降了的水和过冷状态的水两类。未冻水使土颗粒被冰胶结的强度下降，冻土的强度降低，对冻土的性质影响极大。 （4）冻土的质量密度。冻土的质量密度是冻土的基本物理指标之一，它是冻土地区建筑物设计中，计算冻融深度、冻胀、融沉、保温层厚度以及检验地基强度等方面不可缺少的重要指标。土冻结后，由于土中水相变成冰体积膨胀，致使整个土体的体积较之冻前增大，冻结状态的土的质量密度较之冻前为小。 二、土体的冻胀 土体的冻胀主要是土中含有水分，当土体冻结时，将有部分水相变成冰，而相变成冰的体积
人工冻土土力学
人工冻土力学研究现状 摘要：在城市建设的发展过程中，我们更多的城市建设项目转移到地下进行，当我们在施工过程中遇到富水岩层或流速过大的软弱地层，需要借助辅助的工法才使得施工得以安全开展，因此人工冻结技术在矿井、隧道、深基坑等工程领域的广泛应用。人工冻土的力学特性指标是冻结法凿井中冻结壁设计参数和开挖的依据，使人们更加迫切地认识到对人工冻土力学特性研究的必要性。本文通过查阅大量文献资料，探究人工冻土力学特性当前的研究现状。 关键词：人工冻土；力学特性；研究现状 1概述 随着生产力的发展和科技进步以及社会需求的不断增长，浅表资源的贫化逐渐使世界工程建设转向地下，地下电站、地下铁道、越江越海隧道、地下市政和深部矿山等建设越来越多，所遇到的问题也越来越复杂。如何从理论上、技术上安全、有效地解决地下工程所面临的新问题、新情况，不仅关系到在建工程的施工进程而且关系到工程完工后的安全运营和上部建筑物的稳定。就目前的工程建设而言，所有地下工程所面临的首要问题就是如何对深部空间进行开挖，尤其是在软弱的、含水土层中进行开挖。与现有的、比较成熟的几种地下开挖施工方法相比较，人工土冻结法由于基本不受支护范围和支护深度的限制，能有效防止涌水以及城市挖掘、钻凿施工中相邻土体的变形而成为地下工程的主要技术手段之一，从而在许多国家的煤矿、隧道、地铁和建筑基础等领域得到广泛应用。所谓人工冻结技术是指对深部天然土体在原始地压作用下以人工制冷方法将低温冷媒送入具有一定含水率和地下水流速的软弱地层中，使地层中的水与周围土颗粒发生冻结，从而形成强度高、弹模大和抗渗性好的冻结壁，然后在冻结壁的保护下进行内部开挖和永久支护结构施工的一种特殊地层加固方法。冻结壁的强度和变形是决定人工冻结技术在深部空间开挖过程中应用成败的关键因子，但是，由于近年来开挖深度的逐渐加大，人工冻结技术在深部工程建设实践过程中就遇到了许多难以用经典冻土力学来解释或解决的问题，譬如，由于使用经典冻土力学的研究成果去设计深部冻结壁，造成冻结壁径向变形量过大、冻结管断裂、井壁破裂漏水甚至淹井等工程事故，这些工程事故促使许多学者不得不考虑现有冻土力学理论的适用范围、适用条件以及深土人工冻土的形成机理、冻胀、融沉机理和高压力作用下形成冻土的力学特征等科学问题。由此诞生了深土冻土力学的研究，它属于岩土力学研究中的一个新的分支，以深土土力学研究和现有冻土力学为基础，以研究深部冻结壁和井壁受力问题为核心，以研究高压力作用下形成冻土的形成机理、力学特征、本构关系、破坏准则、强度理论为课题，以服务于人工冻结技术在深部空间开挖中的应用为最终使命，来保证深部空间开发的顺利实施。 2国内研究现状 2016年安徽理工大学周艳对陕北地区人工冻土蠕变试验研究：以榆林小纪汗煤矿井筒检查孔为研究对象，3个不同层位的土体为试验对象，根据冻土的单轴抗压强度试验、单轴蠕变试验及其数据分析得到冻土本构关系曲线以及蠕变曲线
季节性冻土对工程的影响及防范措施资料讲解
季节性冻土对工程的影响及防范措施 冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土（数小时/数日以至半月），季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。地球上多年冻土，季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻土面积占陆地面积的25%。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。中国冻土可分为季节冻土和多年冻土。季节冻土占中国领土面积一半以上，其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3 米，往南随纬度降低而减少。多年冻土分布在东北大、小兴安岭，西部阿尔泰山、天山、祁连山及青藏高原等地，总面积为全国领土面积的1/5 强。冻土地区气温低，土层冻结，降水少，流水、风力和溶蚀等外力作用都不显著，冻融作用则成为冻土地貌发育的最活跃因素。随着冻土区温度周期性地发生正负变化，冻土层中水分相应地出现相变与迁移，导致岩石的破坏，沉积物受到分选和干扰，冻土层发生变形，产生冻胀、融陷和流变等一系列复杂过程，称为冻融作用。它包括融冻风化、融冻扰动和融冻泥流作用。融冻泥流是冻土地区最重要的物质运移和地貌作用过程之一。一般发生在数度至十余度的斜坡上。当冻土层上部解冻时，融水使主要由细粒土组成的表层物质，达到饱和或过饱和状态，从而使上层土层具有一定的可塑性，在重力的作用下，沿着融冻界面向下缓慢移动，形成融冻泥流，年平均流速一般不足1米。由于泥流顺坡蠕动时，各层流速不一，表层流速大于下层，所以有时可把泥炭、草皮等卷进活动层剖面中，产生褶皱和圆柱体等构造形态。 季节性冻土指的是冬季冻结春季融化的土层。自地表面至冻结层底面的厚度称冻结深度。季节性冻土是受季节性的影响，冬季冻结、夏季全部融化。我国季节性冻土区面积大约513.7万平方千米，占国土面积的53.5%,其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3米，往南随纬度降低而减少。季节性冻土的冻胀性、融沉性等特性对工程影响重大。所以在季节性冻土地区的工程建筑或项目应特别注意考虑季节性冻土对工程的影响及防范措施。
道路冻胀、翻浆产生的机理及其治理
道路冻胀、翻浆产生的机理及其治理 【摘要】北方城市道路和各等级公路在建成通车以后，由于行车荷载的作用和受自然条件和施工中各项因素的影响，道路经常会发生各种病害。根据产生的原因和病害的形式道路病害可分为：裂缝、车辙、坑槽、推移、拥包、沉陷、桥头及涵洞跳车、冻胀、翻浆、沥青脱落等。在下面部分，根据自己的经验和总结的知识，就冻胀和翻浆产生的原因、影响冻胀和翻浆的因素、冻胀和翻浆的危害谈一谈粗浅的看法。 【关键词】冻胀；机理；治理 1 冻胀产生的原因 冰冻季节因为大气负温的影响，土粒中水分冻结后就形成为冻土。在冻土地区,随着冻土的产生和融冻的发生而出现的一些现象就成为冻土现象。在冻土产生过程中，某些细粒土层在冻结过程中往往会发生土层体积的膨胀，膨胀使地面隆起成小丘，产生的这一现象就是所谓的冻胀现象。 在道路中经常出现以下情况，如：天然地下水位较高；城市道路地下供水、排水管道的泄漏没有及时维修；路表水向路基中的渗透等。它们为冻胀提供了充足的水源，在形成毛细通道时就构成毛细水的上升，这是构成冰冻季节冻害的主要原因。当冰冻季节冻结时，土中水分向冻结区迁移并积聚，大气温度降到负温度的时候，道路土层温度也跟随降低到负温度，土颗粒孔隙中的自由水在0℃以下时，自由水首先冻结成冰晶体。随着气温的继续下降，周围未冻结区土中的水分会向表层冻结冰晶体迁移积聚，使冻结区土层中水分逐渐增大，冻结后的冰晶体也不断增大，只要冻结区周围还存在着水源(如：地下水距离冻结区很近、排水和供水管道泄漏未修复等)，并且还存在适当的水源补给通道(即：毛细通道)，能够源源不断地补充给冰冻体所需的水分，在这一不平衡的引力不间断地作用下，未冰冻区的水分不断地向冰冻区迁移积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，由于水在由液态冻结后变成固态时体积会增大9%，因此，土层在冰夹层作用下体积会发生膨胀，也就是冻胀。冻结区域冰晶体不断增大，不断吸引周围的水分，不断发生体积继续膨胀现象，一直继续到切断冰晶体所需的补给水源，此时的水分继续迁移积聚、冰晶体继续增大才会停止。 2 影响冻胀的因素 路基的冻胀现象是在一定条件下形成的，土层必须具备以下几个条件时在冰冻季节才会发生冻胀破坏。 2.1 持续缓慢负温度： 持续缓慢负温度会构成冻胀的条件。大气温度在冰冻季节缓慢地下降，冷却的强度也很小，但是在这一季节负温持续的时间较长，使未冰冻区的水分不断地向冰冻区迁移积聚，冰冻区域冰晶体逐渐增大，在土层中形成冰夹层，土层在冰夹层作用下形成明显的冻胀现象。 温度的骤降不会产生冻胀。在冰冻季节到来时，如果气温突然下降，并且下降的强度很大，这时土层冻结速度很快，土层的冻结面迅速向地下推移，土层中的水分来不及向冻结区迁移积聚就在原地冻结成冰，毛细通道也被形成的冰晶体给堵塞住。这时,水分的迁移和积聚不会发生，只会在土孔隙中存在一些冰晶体，形成不了构成土层冻胀的冰夹层。 2.2 存在水源补给：
深厚冲积层人工冻土力学性能试验研究
doi ：10.11799／ce201809028 收稿日期：2018－04－19 基金项目：国家重点研发计划（2016YFC0600801）；国家自然科学基金重点项目（51534002） 作者简介：宋朝阳（1986 ），男，山东邹平人，博士，研究方向：岩土力学与建井工程，E －mail：szhaoyang123 ＠https://www.wendangku.net/doc/3f5397119.html,三 引用格式：宋朝阳，刘志强，谭 杰，等.深厚冲积层人工冻土力学性能试验研究[J].煤炭工程，2018，50（9）：107－111. 深厚冲积层人工冻土力学性能试验研究 宋朝阳1，2，3，刘志强1，3，谭 杰1，3，宁方波1，3，胡晓旭4 （1.煤炭科学研究总院建井研究分院，北京 100013；2.北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083；3.北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013；4.新汶矿业集团有限责任公司，山东新泰 271233） 摘 要：为了获得深厚冲积层的冻土物理力学参数，从施工现场获得了十个层位（－193 －624m ）的原状土样，在实验室中完成了十个层位重塑土冻结后的物理力学参数测试三试验结果表明：相同冻结温度条件下，第2层冻土冻胀力最大，第8层冻土冻胀力次之，而第9层冻胀力最低；第5土层冻结后单轴抗压强度最高，地层冻结稳定性较好，相比较第8层单轴抗压强度最低，地层冻结稳定性较差；第4 6层土层的粘聚力受冻结温度影响较为敏感；－15?的冻结土层条件下，不同恒定应力剪切时第3二4二5层黏土的剪切蠕变变形量相对较大三地层土层结构特征二含水率二温度二应力与时间是影响冻土强度的关键因素三 关键词：冲积层；冻土力学；力学特性；温度；蠕变 中图分类号：TD265.3 文献标识码：A 文章编号：1671－0959（2018）09－0107－05 Mechanical property test on artificially frozen soils in deep alluvium SONG Zhao －yang 1，2，3，LIU Zhi －qiang 1，3，TAN Jie 1，3，NING Fang －bo 1，3，HU Xiao －xu 4 （1.Research Institute of Mine Construction，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China；2.School of Civil and Resource Engineering，University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083，China；3.Beijing China Coal Mine Engineering Company Limited，Beijing 100013，China；4.Xinwen Coal Mining Group Co.，Ltd.，Xintai 271233，China）Abstract ：To obtain the physical and mechanical parameters of frozen soil in deep alluvium，undisturbed soil samples were collected at ten horizons （－193 －624m）at the construction site.Then，the physical and mechanical parameters of the remolded frozen soils at the ten horizons were detected in the laboratory.The experiment showed that at the same freezing temperature，the frozen soil at the second horizon showed the largest frozen －heave force，followed by that of the eighth horizon，while the lowest frozen －heave force was observed at the ninth horizon.After being frozen，the soil at the fifth horizon presented the highest uniaxial compressive strength and desirable freezing stability of the formation.In comparison，the frozen soil at the eighth horizon exhibited the lowest uniaxial compressive strength and poor freezing stability of the formation.The cohesion of the soils at the fourth to sixth horizons was sensitive to the influences of freezing temperature.After being frozen at －15?C，the clay at the third to fifth horizons had relatively larger shear creep deformation while being sheared under different constant stresses.Meanwhile，structural characteristics and moisture content of the soil in the formation，temperature，stress and time are key factors influencing the strength of the frozen soil.Keywords ：alluvium；frozen soil mechanics；mechanical property；temperature；creep 目前，我国煤炭依然作为主要的能源支撑，煤矿井筒建设深度不断加深，面临的矿山建井地质条件变得更加复 杂三地处华东的兖州矿区二淮北矿区二淮南矿区二徐州矿 区和大屯矿区等被厚表土层所覆盖，冲积层厚度可达600m 深三立井井筒冻结法凿井作为立井井筒施工的主要施工方法之一，在深厚冲积层中进行凿井，面临的首要问题是冻结深度二冻结壁强度以及冻结壁稳定性等[1－3]三冻结壁的强度和变形是决定人工冻结技术在深厚冲积层中进行开挖701第50卷第9期 煤 炭 工 程COAL ENGINEERING Vol.50，No.9万方数据
季节性冻土施工方案
国道318线东海路改建工程D6合同段 季节性冻土处理 施工方案 榆林市天元路业有限公司 国道318线东海路改建工程D6合同段项目部 2012年5月28日
季节性冻土处理施工方案 一、工程概况 本标段起讫桩号K42-040～K61+741.8，全长19.7km。其中除K54+698.5三道桥小桥、k57+405日斗中桥外，其余均为季节性冻土处理段。处理方式为换填及填筑砂砾石，总共挖土方为52180m3,回填砂砾石为84144 m3，铺设防渗土工布为161046m2,路床补充碾压为167081 m2。 二、施工特点 （一）路基低填方段和湿软路基基底处理采用透水性好的砂砾换填，砂砾石因材料空隙大，形成的毛细管少，减少了地下水的上升。还可以减少冻胀路基土方的厚度，减轻冻土的膨胀程度，消弱冻胀土的抬拱力。 （二）在考虑冰冻深度影响的同时，采用纵、横向渗沟加强地面和地下排水并降低地下水位，将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点。使土基保持干燥，减少冻结过程中水分聚流的来源。 三、工艺原理 针对季节性冻土区路基冻胀产生的原因，结合已有季冻区施工经验，通过隔断地面水的渗入和毛细管水上升的途径，从而降低地下水位，减少路基填料中的原始含水量，使之保持在最佳含水量附近，从而切断聚冰过程中的供水来源。进而有效的预防由于施工中填筑材料及工艺不合理造成的路基冻胀，保证通车后的道路质量。 四、基底处理 1、清除路基范围内的杂物，根据测工放样的高程推除积土，达到设计高程后，用压路机进行碾压至设计规定压实度标准。
2、粘性土、砂性土基底路段，按现场实际情况挖除原地基土，换填砂砾并分层压实，保证路槽下压实度。 3、要保证结构层下填筑高度不足50cm地段，其处理深度必须达到50cm。 4、路基基底范围内的植被、腐殖土及树根必须全部按设计要求清除。清基进度要与施工进度相对应，基底暴露时间不能过长，以免受水浸害。 五、施工方法 1、路基施工开工前，应在全面理解设计要求和设计交底的基础上，进行现场 2、进行现场恢复和固定路线。内容包括导线、中线的复测，水准点的复测与增设、中线放样及路基放样等。 3、路基填筑高度也尽可能控制在1.5米以上，处治措施主要是加强地表截排水、降低地下水位，采用粗颗粒材料填筑等。当路床范围填料粒径d≤0.074mm 的细颗粒含量≥7%时，应进行换填处理。路堤范围填料粒径d≤0.074mm的细颗粒含量不得大于15%。 4、对路堤填筑高度小于1.5米得季节性冻土路段，视为零填路段，其路床范围采用砂砾石材料换填。下设高强土工材料或2~4cm碎砾石作为纵向渗沟的形式进行排水。同时还应视地形情况酌情加深排水沟，以降低地下水位。根据地形情况，纵向渗沟每隔50~100m设置一道横向渗沟，将地下水引出路基之外。 5、对路堤填筑高度大于1.5米得季节性冻土路段，一般于原地表铺设50cm 厚砂砾石垫层，以加强地表排水，减弱毛细水上升，垫层以上路基体则选用粗颗粒类土填筑；路床处理方式同零填路基。 6、对处于挖方的季节性冻土路段，路床处理方式与零填路基一致，但其两
金属材料的力学性能及其测试方法
目录 摘要1 1引言2 2金属材料的力学性能简介2 2.1 强度3 2.2 塑性3 2.3 硬度3 2.4 冲击韧性4 2.5 疲劳强度4 3金属材料力学性能测试方法4 3.1拉伸试验5 3.2压缩试验8 3.3扭转试验11 3.4硬度试验15 3.5冲击韧度试验22 3.6疲劳试验27 4常用的仪器设备简介29 4.1万能试验机29 4.2扭转试验机34 4.3摆锤式冲击试验机40 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势42 参考文献42
金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, mon experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend
季节性冻土的冻结和融化
3.1冻融土壤的物理学特性 在季节性冻土的冻结和融化过程中，冻融土壤的物理学特性会发生改变，具有不同于非冻结土壤的特点。所以从分析物理成因着手，分析冻土的物理学特性的变化是研究冻土的冻融过程和冻融规律的很重要的基础环节。 3.1.1季节性冻土的物质组成 未冻土是复杂、多孔、疏松而分散的多相体系，由土壤颗粒、土壤孔隙水、土壤空气三相物质组成。当土壤温度下降并低于o 0c，土体中的液态孔隙水部分转变为固态的冰，此时冻土由土壤颗粒、纯净的冰、土壤孔隙水、汽四相组成，土壤颗粒和冰组成了土体的基本骨架，各相所占的比例关系往往决定了土壤的各相物理特征。为了便于研究，通常将土壤中的三相物质组成绘成土壤三相组成草图，见图3-1(郑秀清，Zoo2>。图3-1中符号Y和m分别表示体积(cm3cm)和质量(g)，下标分别表示相应的各相。 图3-1冻融土壤三相组成草图 当自然条件有变化时，冰的组成结构和粘滞性等相应会有显著的变化，这种变化既决定了冰性质的不稳定，同时也决定了冻土性质的不稳定性。 土壤尤其是细颗粒土壤冻结时，土壤水分发生相变，即部分水冻结成冰，这是冻土与非冻土的根本区别。在相应温度下，冻土中始终存在着部分未冻结的液相水，即未冻水。由于土粒吸引力的作用，未冻水具有较高的粘滞性，其容重大于常温常压下水的容重，其相变温度点(冰点:冻结温度)低于0 0C o 土壤的物质组成包括粒度组成、矿物组成和化学组成三个方面。冻融土壤的粒度成分和矿物组成对土壤中未冻水含量具有直接的影响(崔托维奇H A, 1959)。土壤颗粒表面的性质和孔隙结构决定着土壤的持水能力及距土壤颗粒表面不同距离水分所受力的大小，同时也决定了土壤水分随温度的相变规律，并影响不同状态及过程的水分迁移。 3 .1.2冻融土壤的热物理特性参数
人工冻土力学特性研究现状
人工冻土力学特性研究现状 摘要：冻土的力学性质是影响冻土稳定性的关键因素，正确认识冻土的性质是冻土工程建设和发展的重 要保证。本文首先论述了研究冻土力学特性在工程中意义，然后综合目前我国在冻土静力学和动力学两 个方面的研究现状。最后介绍了目前冻土动力学研究的常用方法。 关键词：人工冻土，力学特性，意义，现状，研究方法 冻土力学分为冻土静力学和冻土动力学两个方面[1]。冻土的动态力学特性研究是冻土静力学研究的发展和分析冻土体动力失稳等特征的重要基础。 1冻土力学特性研究意义 冻土的力学特性参数是冻土壁设计的主要依据，深部土人工冻土的力学特性研究是深部岩土工程冻结施工的前提。随着地层冻结法在我国的广泛应用，在工程实施过程中也遇到了不少问题和风险。比如一些工程技术人员对人工冻土物理力学性质、冻结过程冻土发展规律及范围控制、冻胀和融沉机制及控制技术、冻土结构的受力体系及冻土墙设计、冻土结构和永久结构相互作用、注浆补偿控制工后沉降等认知不十分清楚。往往导致设计不合理或者容易出现纰漏而导致重大事故;或者设计缺乏全面考量而出现错误;或者没有完整经验照搬以往设计而缺乏针对性;或者不清楚冻土结构受力体系而出现错误的设计和施工组织设计;或者缺乏对冻胀和融沉处理缺乏针对性等。 冻土动态力学性能的研究是煤矿冻结法施工及人工冻结工程建设中安全有效快速施工的重要基础研究，具有重要的理论意义和工程应用前景。在冻土工程中，各种机械在冻土中的开挖过程，实质上是冻土在各种动荷载作用下快速变形，致使冻土中的各种孔隙、裂纹不断快速发展、扩张，最终使冻土破碎。从载荷特性看，它属于冲击动力学范围。冻土的力学性质是影响冻土稳定性的关键因素，正确认识冻土的性质是冻土工程建设和发展的重要保证。2研究现状 2.1冻土静力学研究现状 贺俊等[2]以苏州地铁典型土层为研究对象，通过室内试验系统的获得了苏州地铁典型土层冻土无侧限抗压强度、弹性模量、泊松比的定量值及其随温度、含水率变化的规律，且得到典型土层大都属于塑性破坏和抗压强度随冻结温度降低而线性增长。肖海斌[3]以粉质粘土为研究对象，在不同的温度和含水率条件下进行试验，结果表明：在含水率一定的情况下，冻结粉质粘土单轴抗压强度随着温度的降低是逐渐增加的，而随着含水率的增加，只有满足一定条件才会产生明显的强度降低。王衍森等[4]提出了以深部土的高压K0固结—K0固结土样的有载冻结—冻土试件的三轴试验为基本思路开展深部人工冻土力学特性的试验研究的想法。叶荣华等[6]研究了冻土的抗剪强度指标和极限抗压强度值，发现冻结后土的内摩擦角和粘聚力有了明显的增大，冻土的单轴抗压强度、弹性模量随温度降低呈线性增大。陈湘生[6]对我国冻结法凿井中33个矿井20多类人工冻土力学性能的试验研究，提出了我国人工冻结黏土的蠕变模型。袁文华[7]通过大量的人工冻结黏土蠕变试验研究，获得在高偏应力下人工冻结黏土具有显著的蠕变特性，当应力水平较低时，人工冻土发生黏弹性蠕变变性；当应力水平较高时，人工冻土发生黏塑性蠕变变性。从而其以西原模型为基础，增加一个黏弹性元件和用抛物线屈服函数代替塑性屈服项，构建了高应力下抛物线型粘弹塑性蠕变本构模型。李栋伟等[8]通过冻土高围压下的三轴蠕变和三轴剪切试验研究，获得了当偏应力水平高于某一临界值时，蠕变等时应力-应变曲线和蠕变强度包络线均有一拐点，拐点对应的应力状态可以认为是材料的屈服点。当到屈服应力后，人工冻土等时应力-应变关系
冻土和冰川地貌
冻土地貌 冻土及冰川地貌 地质工程1004班 1009040424 伊磊 2013/1/1 冻土地貌 摘要：冻土在地球上的分布具有明显的纬度地带性和高度地带性。在水平方向和垂直方向上，多年冻土带都可分出连续多年冻土带和不连续多年冻土带。研究冻土地貌，是解决水资源紧缺的重要途径。 关键词：冻土，冰川，冻土地貌，冰川地貌，实际意义。 一、引言 在高纬度及高山地区，年平均温度在0℃以下，大气降水多为固体状态，形成长年不化的积雪，且逐年增厚。地表一定厚度的积雪，经过一系列物理变化称为具可塑性的冰川冰。冰川可在其本身的压力及重力作用下流动，这种运动的冰川冰称为冰川。 冰川是塑造地表形态的巨大外力之一，冰川进退引起海平面升降，造成海陆轮廓的巨大变化，冰川流经地区由于受到冰川侵蚀、搬运和堆积作用，以及冰川消失或退缩，形成一系列独特的冰川地貌。 二．冻土 冻土概述 凡处于零温或负温，并含有冰的各种土（岩），统称冻土。 冻土按其冻结时间的长短，可分为季节冻土和多年冻土两类。前者指冬季冻结，夏季融化的土层。后者指冻结持续多年，甚至可达数万年的土层。冬季冻结，一、二年内不融化的土层称为隔年冻土。隔年冻土是季节冻土和多年冻土的过渡类型。 多年冻土可分为上下两层，上层为夏融冬冻的活动层，下层为多年冻土层。活动层在冬季冻结时与多年冻土层能完全衔接起来，称衔接多年冻土，活动层在冬季冻结时不与多年冻结层衔接，其间隔有一层未冻结的土层，则称为不衔接多年冻土。如今夏融化深度小于去年冻结深度，结果便在活动层与多年冻土层之间出现一薄层（一般厚0-20cm）隔年冻土层。隔年层可以保留一年或数年。 冻土层的温度是随着气温而变化的，地温变化的幅度以地表最大，随着深度加大而减小，至某一深度，其值等于零。这个深度称地温年变化深度。在此温度下地温不发生年变化，而在地热影响下，随着深度的增加地温又逐渐增加。地温年变化深度处的地温值称年平均地温，在多年冻土地区，其值为负值，其值越低，则冻土越厚。其值升高，说明冻土退化。 冻土的分布规律 我国冻土分布在东北北部地区、西北高山区及青藏高原区。冻土面积约215万平方千米，占全国总面积的22.3%。 冻土在地球上的分布具有明显的纬度地带性和高度地带性。在水平方向和垂直方向上，多年冻土带都可以分为连续多年冻土带和不连续多年冻土带。在纬度地带性上，自高纬度向
季节性冻土处理
季节性冻土的处理 1、由于本合同段全线属季节性冻土区，其中K218+000~K225+700段较为严重，海子山海拔4300米以上，每年9月中旬开始冻结，冻结厚度0.2米，随温度的降低，冻结深度逐渐加大，来年3月份全部融化，最大冻结深度达3米，该路段以块石土，含砾低液限粉土和细粒土质砾为主，在初春季节受水、雪融水影响，地下水们较高，易形成冻害，造成路基翻浆、沉陷，使刚性路面错缝或拆断，冻融使桥梁、涵洞发生少量下沉和不均匀下沉，引起开裂破坏。因此，冻土的冻胀及融化都会对工程带来危害，必须采取必要的防治措施，贯彻以防为主，防治结合原则，如提高路基标高、设碎石垫层或盲沟，在路基两侧设保温护道，挖积雪、降水坑等方法。 2、翻浆地区路基首先必须注意切实做好路基排水，保证路基填土高度和压实要求，由于施工过程中排水措施不好，或完工后未形成完整有效的排水系统，至使往往通车后不久，季冻区路面损坏，因此如何防止路基表面水渗入，降低地下水们，减少路基原始含水量，切断聚冰过程过程中水的供给源，在施工中应充分考虑，给予足够的重视，做好路槽范围内的排水，设置碎石隔水层，做好路基防排水及保温措施，一般应保证边沟底距路基边缘的高差不小于1.5米，路基采用粗颗粒砂砾土填筑，基底设置一层50厘米厚砂砾石或碎石透水层，路基填方高度小于1.5米零填路段或零挖路段，路床范围冻融层细颗粒（<0.02mm）含量>5%时应予以清除，换填碎石或碎砾石，设置一层防渗土工布，并应加深排水沟，降低地下水位。
2．1 换填土：换填土采用水稳性好，冻稳性好，强度高的粗颗粒填料换填路基上部，换填选料原则：冻胀时路面不产生有害变形，冻融时路床承载力不下降，换填厚度应控制在最大冻深的70%~100%。 2．2 横向盲沟降水：道路纵坡大于3%的坡腰翻浆路段，当路面基层采用透水性材料时，为能及时排出透水层内的纵向水流和春融期土基化冻时的多于水份，可在路槽下设置横向盲沟可设置成人字形，纵向间距一般为10米，沟深20~40厘米，宽40~50厘米，填以砾等透水性良好材料，出口按一般盲沟处理。 2．3 管式渗沟降水：挖方地段为降低路基附近的地下水位，采用有管渗沟为拦截并排除，流向路基的层间水，采用截水渗沟疏排。为防止渗沟被淤塞，根据现地条件，必要时可采用土工布外覆盖层以维护渗沟的通畅。 2．4 砂（砾）垫层：铺设砂（砾）垫层防治翻浆作用在于隔断毛细水上升，冻融期具有蓄水排水作用，且在冻结或融化时，砂（砾）垫层的体积变化不大，因而可减轻路面冻胀和融沉。 2．5 土工布排水：采用土工布排水是在路基上部一定深度平铺过滤型土工布，其上铺填30~40厘米砂砾层，然后继续填土至路基顶面。 2．6 设置隔离层：为防止翻浆，可在路基一定深度处设置隔离层，隔离层宜高出地表水面25厘米，有效厚度一般为20厘米，用碎石、砾石、土工布等铺成，为防淤塞，可在上、下设3%~4%的横坡以利排水，不透水隔层多适用于不透水路面的路基中。