岛状多年冻土地区钻孔灌注桩温度场分析

摘要

冻土是多相和多成分的复杂体系，随着温度的变化，其固态冰和液态水之间相互转化，形成复杂的物理力学特性，因此冻土对温度的变化非常敏感。在多年冻土进行钻孔灌注桩的施工时，会随着桩基础施工过程的扰动和桩自身的热量，会给长期稳定的多年冻土冰层带来较大的扰动。特别是在浇筑完混凝土之后，由于混凝土水化热的影响，桩身混凝土的温度会逐渐升高，随着温度的升高，与桩基础接触的多年冻土就会受到桩身混凝土热量传输的影响，温度也会随之提高，随着热量的交换，多年冻土的冰冻状态会发生相应的变化，其本身的物理力学特性也会发生相应的变化，这样就会对桥梁建设带来严重的影响，极易产生冻胀、融沉等不良地质病害。
　　本文依托漠大线林区伴行公路工程，结合该工程所在地（大兴安岭岛状多年冻土区）气温低、温差大等气候条件，研发一套桩基现场温度监测系统，该系统除了可以克服这些气候条件，还可以实时不间断的监测现场的温度，并且可以远程的将温度数据传输给用户端;在K216+746和K205+404两处工程桥梁所在位置建立钻孔灌注试桩，结合本次试验能够观测桩基混凝土灌注后桩-土温度场的变化趋势的目的，给出了试验场温度监测系统平面布置图和纵向测温特征点布置图;依据现场监测的温度数据，绘出了两处试验地桩基内部温度变化曲线图和桩侧1m、2m处不同深度下的温度曲线变化图，从中可以得出桩基混凝土浇筑完后，桩体内部温度场的变化趋势、桩侧土体的温度场变化趋势和混凝土水化热的影响范围;建立桩基础温度场有限元分析模型，利用现场试验的实测数据验证模型的正确性，并根据有限元模型，进一步分析钻孔灌注桩与冻土温度场的分布情况。通过现场实测数据分析的结果和建立在现场实测数据基础上的有限元模拟分析的结果，可以为多年冻土区桩基施工工艺优化和加快施工进度提供数据支撑。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 冻土地区桩基类型及特点

1．3 国内外冻土的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究内容及技术路线

2 多年冻土及传热学理论

2．1 冻土的基本理论

2．1．1 冻土的定义和组成

2．1．2 冻土的分布

2．1．3 冻土类型划分

2．1．4 冻土的物理性质

2．1．5 冻土的热学性质

2．2 混凝土水化热作用及计算理论

2．2．1 混凝土水化热计算理论

2．3 传热学基本理论

2．3．1 热传导

2．3．2 三维热传导方程

2．4 本章小结

3 桩与多年冻土温度场监测及分析

3．1 试验地及其自然地质条件

3．2 温度监测系统的构成及工作原理

3．3 现场监测系统布设

3．4 监测结果分析

3．4．1 桩体温度数据分析

3．4．2 桩侧冻土温度数据分析

3．5 本章小结

4 钻孔灌注桩温度场的有限元模拟分析

4．1 热力学分析基本步骤

4．2 桩-土温度场模型的建立

4．2．1 模型计算假设

4．2．2 多年冻土层相关参数的确定

4．2．3 边界和初始条件

4．2．4 几何模型的建立

4．3 模拟计算结果分析

4．3．1 计算结果与实际监测值比较

4．3．2 桩体内部温度场变化趋势

4．3．3 桩侧土体温度场变化趋势

4．3．4 热扰动分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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