人工冻土

摘要： 为研究冻结黏土爆破中的应力波传播规律,减小对冻结管和井壁的振动损伤,在立井冻结黏土掘进段开展了爆破试验。通过井下-690 m的爆破振动测试,得到了冻结黏土中垂直、水平径向和水平切向的振动速度,利用萨道夫斯基公式对参数进行拟合,得出冻结黏土单一介质爆破各向振动速度呈现出差异,垂向振动速度>径向振动速度>切向振动速度。对冻结黏土爆破振动信号进行小波(包)分析,得出:爆破距离在0~6.243 m,3个分量上的总能量呈现出E_(z)>E_(x)>E_(y)的规律,爆破振动频率主要集中在250 Hz以内;爆破振动信号能量占比在高频段呈震荡式衰减,低频段衰减慢并趋于稳定;爆破振动总能量占比能量变化一般在频带0~187 Hz急剧下降,在218 Hz左右能量占比又显著增大;垂向能量变化较径向和切向的能量变化更为显著。研究成果对于立井冻结黏土爆破掘进及振动控制具有一定的指导意义和应用价值。

摘要： 依托宁波地区甬舟铁路金塘海底隧道工程,针对隧道洞身范围的粉土和粉质黏土,在不同温度和不同含水率条件下进行冻土抗折强度试验,研究人工冻土抗折强度随温度和含水率变化的规律特征。结果表明:粉土和粉质黏土冻土抗折强度均随冻结温度的降低而增大,冻土抗折强度受冻结温度影响明显;不同含水率对粉土和粉质黏土抗折强度有一定影响,粉土试样在含水率为30%时,其抗折强度最大,粉质黏土试样在含水率为34%时,其抗折强度最大;当土层的含水率超过饱和最优含水率时,冻结土的抗折强度减小。试验结果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供科学指导。

摘要： 人工冻结法不仅常用于软土、砂层中地铁旁通道开挖及基坑围护等工程,在富水、深厚岩土层矿山井筒建设中也常采用此方法。掌握人工冻土物理力学性质及蠕变规律对安全、快速施工至关重要。对采用冻结法施工的某矿立井深部地层黏土进行-5、-8、-10、-15°C下单轴抗压强度试验及不同应力水平的蠕变特性试验。试验结果表明:抗压强度与冻结温度呈线性相关;在同一试验温度下,随着应力等级升高,轴向变形呈上升趋势;在同一应力水平下,随着试验环境温度下降,轴向变形呈下降趋势。引入考虑温度效应的经验蠕变模型,在各负温及不同应力水平下的应变与时间取对数具有线性关系的基础上,将线性表达式代入对应公式中联立方程组进行求解确定模型参数。将模型计算值与试验数据进行对比,反映出该模型能够较好地模拟人工冻结黏土蠕变初始变形阶段和稳定变形阶段。所建立的模型具有参数较少、易于确定、参数物理意义明确等优点,为冻结壁设计提供了一种有效的计算方法。

摘要： 赵固二矿西风井项目采用冻结钻爆法施工,土体在冻结后物理性质的改变对爆破效果影响非常显著.为了加快工程进度,针对目前冻土爆破进尺小的问题,通过室内冻土试验获得冻土基本物理性质,开展系列单孔漏斗试验、宽孔距同段爆破漏斗试验.单孔爆破漏斗试验获得在装药量0.175kg时,冻土最佳炮孔深度0.45m,最佳爆破漏斗体积0.075m3,最佳爆破漏斗半径0.438m;五孔同段掏槽眼爆破时,获得爆破漏斗体积为0.382m3;一定药量下,周边眼爆破孔底距离为60cm时,冻土爆破轮廓效果较好.

摘要： 对东北地区的冻结黏土进行人工重塑,探究不同温度条件下东北地区冻结黏土在静荷载作用下的力学特性.利用WDT-100电液伺服试验机,对-10°C、-20°C、-30°C的人工冻结黏土进行单轴抗压和抗拉试验.结果表明:-10°C、-20°C、-30°C下的人工冻土的抗压强度分别为4.05 MPa、7.89 MPa、9.71 MPa,在应力-应变曲线中发现,随着冻结温度的降低,人工冻土的应力峰值逐渐增大,表现出了冻土材料具有明显的温度效应.-10°C、-20°C、-30°C下人工冻土的抗拉强度分别为1.57 MPa、2.23 MPa、3.56 MPa.并且在相同温度等级下,抗拉强度均小于抗压强度.

摘要： 不同土质的冻结温度是人工冻结法冻结壁设计的重要依据。为研究土质对人工冻土冻结温度的影响,选取不同地区人工冻结法施工典型土层开展冻结温度试验,提供了不同地区典型土层的冻结温度范围,并结合水泥土、含盐土冻结温度试验进行对比分析。结果表明:同一地区不同土层的冻结温度随其土颗粒粒径的增大而增大;随水泥掺入比及龄期的增加,水泥土的冻结温度降低;随含盐量的增加,NaCl含盐土冻结温度线性降低,含盐量对氯盐土比对硫酸盐土的冻结温度影响更显著。研究成果对不同土性的冻结壁设计具有指导意义。

摘要： 为保证浅埋深富水软弱地层的盾构隧道安全始发,采用人工冻结法进行端头加固.通过在室内进行冻土单轴抗压试验,得到可靠的冻土力学参数,并采用正交试验的方法分析冻结深度、冻结宽度和冻结温度对地表沉降和管片拱顶沉降的影响规律和影响程度,选取确定最优冻结加固方案.结果表明:相同冻结温度下中粗砂抗压强度最大,其次是粉细砂、粉质黏土、黏质粉土,杂填土抗压强度最小;土体冻结温度越低,抗压强度越大;对地表沉降和管片拱顶沉降的影响排序为冻结深度>冻结宽度>冻结温度;最优冻结方案为冻结宽度6 m,冻结深度15 m,冻结温度-20°C.

摘要： 准确描述冻结黏土的蠕变特性有利于人工冻结法的安全施工.对人工冻结黏土进行三个温度下的分级加载蠕变试验,分析温度和加载系数对冻结黏土蠕变规律的影响.以粒子群算法优化模型参数为基础,分别采用广义开尔文模型和伯格斯模型模拟人工冻结黏土蠕变变形试验.模拟结果表明:广义开尔文模型在模拟冻结黏土的稳态蠕变和加速蠕变阶段时,拟合效果不是很好存在较大误差,而柏格斯模型能很好地描述冻结黏土在不同温度和荷载等级下的蠕变曲线,具有很好的适用性.

摘要： 基于某地下联络通道勘察试验报告,设计并整理汇总冻结温度和导热系数试验数据,对不同土层的冻结温度进行汇总分析以及研究冻结前后导热系数存在的差异,给出内在机制原因.试验结果表明:由于土层中土颗粒级配大小、含水量、矿物质浓度等因素影响造成每层土的冻结温度均不相同;冻土的导热系数均大于原状土的导热系数;每层土层冻土的导热系数也存在差异,灰色粉土或含黏性土粉砂导热系数最大.

摘要： 为研究软土地区埋地管道在土体冻结过程中的管道受力机理,开展了饱和软黏土中地埋管道冻结模型试验。通过人工冻结技术,近似还原了管土受冻过程,研究了人工冻结过程中土体温度场、水分场、位移场分布情况,以及管道的力学特性。结果表明:在冻结过程中,土体温度场的变化直接影响着土中水分场的分布;在冻结锋面前缘存在着剧烈的水分迁移现象,大量的水分向冻结锋面迁移,使得土体产生线性冻胀;冻胀发展速率受外部荷载的直接影响;当冻结发展到管道处时,位于冻胀和非冻胀过渡段位置处的管身出现应力最大值。研究结果对于正冻土中管道的安全评估具有重要的意义。

摘要： 为了预测地铁工程中人工冻土的单轴抗压强度,综合考虑温度、含水率、干密度、加载系数等因素的影响,提出一种基于随机小样本试验数据和支持向量机的人工冻土单轴抗压强度预测方法.对学习样本实施"交叉验证",利用不同核函数的支持向量机算法建立并优化人工冻土单轴抗压强度的预测模型,通过验证样本来检验模型的准确性.结果表明,采用"交叉验证"法的支持向量机回归和预测模型能够较好地满足精度要求,采用u=1的柯西核函数比其他核函数效果更好.在模型拟合或预测的精度方面,本文提出的支持向量机预测方法均有较大的优越性,为人工冻土单轴抗压强度提供了一条新的预测方法.

摘要： 通过对宁渡轨道交通2号线地下隧道区间联络通道典型土层的人工冻土物理力学性能试验研究表明:宁波平原区典型土层人工冻土冻结温度低、冻土的热物理参数要高于相应原状土、土层属特强冻胀—强冻胀和融沉—强融沉、冻土强度总体具有抗压强度大于抗折强度大于抗剪强度的规律.试验结果为宁波轨道交通2号线联络通道工程实践所证实,为本地区其他工程冻结法施工提供了一系列的岩土参数.

摘要： 在地铁、隧道等工程施工中,常采用人工冻结法形成人工冻土墙充当临时支撑.冻土墙承担上部和侧向压力作用,通常处于压弯联合作用状态,在一定的应力组合下可能会出现抗折破坏.人工冻土设计和施工都需要有关于冻土强度指标进一步深入的研究成果.本文设计并研制了人工冻土的抗折试验设备,在满足抗折试验规范要求的基础上,该设备能减小试件与加载装置接触不良引起的误差.采用该设备进行了冻土的抗折试验,研究了含水率和冷冻温度对不同土质的人工冻土的抗折强度的影响规律,可为工程设计和施工提供一定参考.

摘要： 随着地下工程的发展,人工冻结法已成为地下工程建设中常用的技术.关于人工冻土在冻结过程中温度场的发展规律以及冻结过程中因为冻胀产生的对周边环境的影响有待于进一步深入的研究.通过室内试验得出了热物理参数随温度场的变化规律,结合天津地铁某联络通道的人工冻土工程,提出并建立了人工冻结过程中考虑热物理参数随温度变化的热-力耦合的数值计算方法,利用该方法计算分析了人工冻结过程中土体的温度场和位移场的发展规律,通过与实测数据对比,证明了该方法的可行性,成果可以指导人工冻土工程的设计与施工.

摘要： 冻结法已经广泛应用于建筑基坑加固、地铁隧道开挖等城市地下工程建设,针对人工冻土单轴抗压强度的研究已取得较多成果,但因其强度受温度、含水率、含盐量以及区域水文地质等诸多因素的影响,其研究成果具有典型的区域性,致使研究成果推广受限.选取天津地区粉质黏土和黏土,开展了不同含水率、不同NaCl含量冻土试样的单轴抗压强度试验,探讨了上述两因素对两种土质人工冻土单轴抗压强度的影响规律,提出了同一温度下人工冻土强度随含水率变化存在一峰值,峰值对应的含水率定义为"冻土最佳含水率",并对其机理进行了揭示.该研究成果可为天津地区冻土工程的设计和施工提供参考.

摘要： 冻结法凿井施工中,通过测温孔适时获取实测数据,可以对温度场分布特征进行预测,了解未来一段时间内冻结壁的发展情况.在冻结温度场分析中,实测温度本身即构成了时间序列.本文基于支持向量机,用时间因素建立起温度场变化的模型.根据时间序列模型,较精确地找出温度变化的内在发展规律.人工冻土温度场的时间序列模型计算结果表明,针对信湖矿,这是一种对人工冻土温度场预测的一次较为有效的尝试,也为其他预测方法的提供了一些借鉴.

摘要： 土层冻结温度的高低直接影响着形成有效冻结壁厚度的时间和冻结壁厚度的取值,它与土的组成成份、含水率、密度、液限含水率、压力、含盐量等有一定的关系.针对新建矿井实测样本较少的特点,利用基于结构风险最小化原理与小样本学习方法-支持向量机算法,建立了人工冻土冻结温度支持向量机计算模型.采用不同的核函数的支持向量机对人工冻土冻结温度计算进行对比分析,确定了适合于人工冻土冻结温度计算的核函数.人工冻土冻结温度支持向量机模型计算结果表明,该方法是一种有效的方法,为人工冻土冻结温度的计算提供了一条新途径.

摘要： 人工冻土是一种粘弹性材料,在冻结法施工中掌握冻土的变形特性对控制工程安全性至关重要.针对传统整数阶微积分本构关系所需元件多等不足,将分数阶微积分关系运用到人工冻土蠕变计算中.在两淮地区冻土单轴蠕变试验基础上,采用分数阶开尔文模型来模拟人工冻土蠕变特性.通过对比经典开尔文模型与分数阶导数模型的模拟结果,发现分数阶微积分理论和整数阶微积分理论统一起来的分数阶开尔文模型能很好地模拟人工冻土的蠕变规律.分数阶导数模型是人工冻土领域计算的一种新方法.

摘要： 为了研究冻土单轴加载下的冲击动态力学性质，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)在-3～-28°C不同负温下对人工冻土进行了应变率范围800-1500s-1的冲击实验。获得了人工冻土在不同温度与不同应变率下的应力应变关系。发现人工冻土具有显著的应变率效应和温度效应，即冻土动强度随应变率增大和温度的降低而增大。单轴高应变率加载下，冻土没有明显的屈服现象，加载后试样完全破坏。

摘要： 对人工冻结施工过程中地层的温度和冻胀力的监测数据进行了全面分析。结果表明，冻结区的环境边界条件对冻土帷幕的温度和冻胀力有显著影响，尤其是温度差较大的边界和刚性约束的边界。温差较大边界区域冻土由于热传导致使其温度和冻胀力明显较小，为冻土帷幕强度和止水作用的薄弱环节，而人工冻结区距离刚性约束边界越近冻土的冻胀力越大;在一定的条件下，通过合理选取盐水冻结系统的各项技术指标、降温梯度及在冻土帷幕中设置冻胀吸收孔，能够将冻结产生的冻胀力与冻胀量控制在周围环境允许范围内。

摘要： 本发明公开了一种用于恢复冻土区退化高寒草地的人工建植方法，涉及林业技术领域。本发明方法包括步骤：在预恢复退化高寒草地采用混播方式播种草种；所述混播方式为垂穗披碱草、扁穗冰草、星星草、冷地早熟禾、中华羊茅及碱茅中的任意两种或任意三种混播。所述草种的播种量分别为：垂穗披碱草或扁穗冰草各8kg/亩；冷地早熟禾、中华羊茅、碱茅或星星草各为4kg/亩。所述三种混播的出苗数从大到小排序，第一：垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅混播；第二：扁穗冰草+碱茅+冷地早熟禾混播；第三：垂穗披碱草+碱茅+星星草混播。采用本发明的多种牧草混播方式可恢复冻土区退化高寒草地植被生长状态，有利于林业发展且可更好的保护环境。

摘要： 本发明涉及一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统，利用冻结壁内留存的冻结管换热器提取冻结壁冷量送至井底高承压空气冷却器或者地面盐液循环空气冷却装置（在合适位置）冷却井底送风风流至18°C~20°C，能够满足掘进距离内的热湿环境需求。

摘要： 本发明实施例公开了一种人工冻土制备方法、系统及SHPB实验方法，涉及材料动态力学性质测试领域，其技术方案包括制备试样，并将试样置于环刀内静置；使用固结仪对试样进行固结加载；在固结加载状态下，对试样进行冻结。本发明实施例适用于制备人工冻土试样。

摘要： 本发明涉及一种冻结施工矿井人工冻土层冷量再循环用于矿井降温系统，利用冻结壁内留存的冻结管换热器提取冻结壁冷量送至井底高承压空气冷却器或者地面盐液循环空气冷却装置（在合适位置）冷却井底送风风流至18°C~20°C，能够满足掘进距离内的热湿环境需求。

摘要： 本发明提供一种不同土性的人工冻土与井壁共同作用的试验装置及方法。装置能冻结人工冻土的土体，模拟煤矿立井冻结法的试验环境，其包括试验台、圆筒、加载系统、监测系统和冻结系统，试验台提供安装空间，圆筒内设有混凝土的井壁，圆筒与井壁之间的容纳空间容纳土体，加载系统对土体和井壁施加压力，提供土体内部初始地压，冻结系统冻结土体，监测系统在土体被冻结过程中监测不同土性的土体的温度、水分和应力的数据。本发明能实现煤矿立井冻结法的试验环境的模拟，对模拟过程中的数据进行处理进而得到不同土性的土体温度、水分、应力等的变化趋势，及井壁在模拟过程中位移的变化，为冻结法的进一步推广实验提供参考依据。

摘要： 本发明公开了一种能模拟深埋人工冻土形成条件的三轴力学试验装置，包括主体加载系统、冻结系统及试样测试系统。主体加载系统中，法兰盘、承压筒与底盘构成承压壳体，承压壳体设有引出管与外部既有液压源连接。冻结系统由侧壁冻结液循环通道、底端冻结液循环通道分别与外接既有冷源连接组成。试样测试系统中，预埋于试样内的光纤传感器串与既有测试仪器连接，用于温度和应变监测。本发明与既有伺服控制液压源、低温冷源和测试仪器配合，或与既有三轴伺服力学试验机(系统)配合，能够模拟深埋人工冻土形成条件(先在模拟原始地应力状态下完成土样的长时高压三轴固结，然后在有压条件下冻结土样以形成冻土样)，进行冻土试样三轴力学试验。

摘要： 本实用新型提供一种人工冻土试验装置，涉及人工冻结技术领域，该人工冻土试验装置，包括土样箱，土样箱上设有液压缸及其下方的接触盘，接触盘上设有振动马达，土样箱内部顶侧滑动连接有水冷板，所述水冷板上设有测量组件，土样箱外壁底侧设有排水管，土样箱侧部设有冷却器；水冷板，水冷板中侧开设有竖直的通口，所述水冷板下方设有温度传感器，该人工冻土试验装置，可自行压实土样，随时计算数据控制土样的压实效果，操作灵活，以与实际中土样土密度相符，提高检测精度，通过两组对称设置且呈梯度的温度传感器插入土壤内，利于精确测量冻土内不同深度的土壤温度随冷冻时间的变化，利于对比同一深度不同位置土样温度的差值，进一步提高检测精度。

摘要： 本实用新型公开了一种用于人工冻土劈裂试验的夹具，主要由螺纹连接头、六角螺栓、上夹具座，下夹具座组成，其特征在于：所述螺纹连接头上有圆形螺纹孔，所述螺纹连接头和上夹具座通过六角螺栓连接，所述上夹具座由上加压头和上方形板组成，所述上加压头固接在上方形板上，所述上方形板上有圆形螺纹孔，规格同螺纹连接头上的圆形螺纹孔，所述下夹具座由下加压头和下方形板组成，所述下加压头和下方形板的规格、连接方式相同于上夹具座的上加压头和上方形板。本实用新型可直接安装在已拥有的冻土压力机上，节约成本，操作简单，试验结果精确。

摘要： 本实用新型公开一种用于人工冻土剪胀试验机压力室的活塞式支架，属于人工冻土剪胀试验设备领域，包括上三角板、下三角板、及设置在上三角板和下三角板之间的三根螺杆；所述上三角板、下三角板均为等边三角形结构，上三角板的外表面中心装有安装螺母，上三角板的三顶角处各开有一通孔，所述下三角板上开有与上三角板配合的三通孔；所述螺杆的两端分别设有螺纹，螺杆一端穿过上三角板中通孔后用紧固螺母固定，螺杆的另一端穿过下三角板的通孔后用紧固螺母固定。该剪胀机压力室活塞式支架可以大大提高剪胀试验机的机械性能，从而保证剪胀试验数据的准度，更确保了试验的安全、节省了试验时间。

摘要： 本实用新型公开了一种人工冻土钻探装置，其特征是，包括手柄、连接杆、取样内筒、连接环和外筒；所述连接杆的上端连接手柄，下端穿过外筒连接取样内筒的上端；所述取样内筒由轴向对称的两个半合管组成；所述取样内筒的上端封闭，下端开口，外侧表面布设螺旋线；所述取样内筒的下端连接有连接环，连接环的下端低于取样内筒的下端；所述连接环的下端内壁上内嵌有电热圈，电热圈不与取样内筒接触；所述连接环的下端设置有钻头。本实用新型所达到的有益效果：本装置重量轻，装置各部分可拆卸与组装，方便携带；可控制钻取深度，满足科研需求；螺旋线与钻头可加热，能够钻取坚硬冻土层，避免卡钻，防止损害装置；提高取得完整冻土土柱的成功率。