冻胀变形

摘要： 以牡佳高速铁路(牡丹江—佳木斯)为研究对象,基于自动监测、水准观测相结合的路基冻胀综合监测系统,通过现场人工观测及自动化监测,研究路基的地温及冻胀变形时空演化规律,揭示牡佳高速铁路路基冻胀变形发展变化过程。结果表明:路基断面不同部位冻胀变形差异整体较小,随里程变化趋势基本一致;路基的冻胀变形以基床表层冻胀为主,冻胀变形在含水率、地温、填料结构、水分变化迁移等因素共同作用下才能发生;路基普遍发生冻胀变形,但通过采取有效的防冻胀措施使变形处于可控状态,冻胀变形量呈逐年降低趋势。

摘要： 为提高季冻区高含水率土壤渠道衬砌混凝土的抗冻胀性能,文章将0#胶晶作为改良材料,对渠道衬砌混凝土进行了室内试验和现场原型试验。结果表明:0#胶晶可以明显改善混凝土的抗渗性和抗冻性,降低有害孔占比5.51%,增加无害孔占比8.22%,同时还可以减小渠道衬砌混凝土所受的孔隙水压力和沉降变形,提升混凝土的水平变形能力,对于高含水率地区渠道衬砌混凝土能够提升抗冻胀能力。

摘要： 为控制和改善由于北方寒区冻融过程所导致的渠道基土的冻胀变形等现象,丰富盐碱渠基土改良相关工程的理论和经验。研究采用室内试验的方式,选择能对生石灰改良渠基土冻胀融沉特征产生影响的生石灰掺量、冷端温度以及含水率3个因素,在不同梯度水平条件下进行单因素冻融试验,通过探讨各因素对生石灰改良粉质粘土冻胀率和融沉系数的影响规律,确定改良的最佳掺量条件。结果显示,生石灰最佳掺量为12%,且尽量降低渠基土的初始含水率,可达到控制冻胀变形,防止冻胀破坏的目的。相关结论可为相关工程应用提供有益的借鉴和思考。

摘要： 高铁路基的冻胀变形是季节性冻土区高铁建设和安全运营面临的重大问题,有效的路基冻胀变形预测可以为路基冻胀灾害防治提供重要的决策依据。为提高对高铁路基冻胀变形的预测能力,首先建立非等间距回归模型与基于幂函数改进的非等间距灰色模型,其次通过马尔科夫算法修正两种模型的预测结果,最后在此基础上对两种修正预测模型进行最优权组合。利用组合模型、非等间距灰色模型、非等间距回归模型对两个工程实例中冻胀监测数据进行预测,对三种模型拟合、预测结果进行对比分析。结果表明:组合模型预测精度较高、稳定性较好;利用组合模型得出的预测结果离散程度低、差异性小,可为冻土区高速铁路路基的冻胀变形监测提供有效参考。

摘要： 粉土在中国分布广泛,工程中大量涉及,常表现为冻胀敏感性,在冻土地区工程建设中需重点考虑其冻胀特性。为减少粉土冻胀对工程的影响,基于环保的理念,以防腐处理后的麦秸秆作为加筋材料,将其切断后随机掺入粉土中;并对粉土和秸秆加筋粉土试样分别进行了开敞系统下的一维冻胀试验,重点研究了秸秆掺量和长度对粉土冻胀特性的影响。结果表明:秸秆加筋对粉土的冻胀有明显的抑制作用,少量的掺加(0.2%、0.4%)可将接近强冻胀的粉土改良为弱冻胀或不冻胀;在其他条件相同的情况下,试验范围内粉土的冻胀率随秸秆掺量的增加而线性增大,但总体远小于未改良土;秸秆掺量一定时,存在最优秸秆长度,在该长度下,秸秆加筋粉土的冻胀变形量和冻胀率均最小。

摘要： 冻胀给越冬基坑桩锚柔性支护结构造成了不同程度的伤害,为了评价越冬深基坑桩锚柔性支护结构冻胀变形特性及该结构与冻胀基坑相互作用的机理,通过考虑桩锚支护体系与冻土相互作用的特性,本文建立支护桩变形计算方法,并给出相关工程算例分析。得出随着距离地下水越近,冻胀效应越明显,从而使得支护桩水平位移、桩身变形曲率、弯矩及剪力越大;随着土体冻胀率增大,支护桩水平位移、桩身变形曲率、弯矩及剪力越大,支护桩底部位置处相差最为明显。

摘要： 为研究季冻区重载铁路路基冻胀融沉变化规律,提出构建路基长期自动监测系统,获取多参量监测数据以全面分析路基变形规律。首先,分析季冻区重载铁路路基稳定性特点,确定路基稳定性监测方案及系统构建原则;然后,以朔黄铁路典型路基病害地段为例,建立路基稳定性远程自动监测系统,实现地温、含水量、冻胀变形及加速度等多参量远程自动连续的传输及采集。结果表明:在大气温度影响下,路基地温和含水量随之发生变化,进而引发冻胀融沉变形;监测断面横向存在地温和变形的差异;监测位置的含水量主要受大气降水影响;冻结期路基刚度和不均匀变形程度均增大,导致列车通过时的振动反应加剧。

摘要： 由于传统灰色模型在预测波动性较大的数据时精度不高,提出一种改进的动态GM-Markov预测模型。利用非等间距加权矩阵与无偏优化对灰色模型进行改进,通过原始序列的动态更新实现模型的参数更新,在此基础上利用马尔科夫模型进行残差修正,得到改进动态GM-Markov预测模型。利用某高铁路基冻胀变形监测数据进行实例分析,将改进的动态GM-Markov模型预测结果与灰色以及非等间距无偏灰色模型、最优组合模型预测结果进行对比分析,结果表明:改进的动态GM-Markov模型对于波动性较大的冻胀变形可以取得较好预测效果,提高了预测精度与稳定性。

摘要： 冻结过程中对其水–热分布特性及冻胀的研究一直是冻土学研究的热点。本文以新疆南疆阿拉尔市周边黏性土为研究对象,进行土体单向冻结作用下的冻胀试验,设置冷端温度−1°C、−5°C和−10°C,暖端温度、环境温度为3°C,研究土体在单向冻结作用下水–热变化及土体的变形。试验结果表明;土体中水分迁移过程受土体降温的影响,冷端温度越低水分随冻结时间向冷端迁移速度越快。试样冻胀量随冻结时间的增加而增加,且冷端温度越低冻胀量越大。研究结果能够很好的反映在不同温度变化条件下新疆南疆地区黏性土在冻结过程中的温度分布、水分分布及变形规律,从而为后期深入研究路基盐–冻胀变形机理提供一定的理论参考。

摘要： 介绍了裂隙岩体在不同冻融条件下冻胀变形规律、冻胀力及其影响因素、冻融损伤相关研究.冻胀变形规律大致可分为三阶段,影响冻胀力的因素包括裂隙水含量、外界温度变化情况、岩石力学性质等,总结了裂隙岩体冻融损伤特性,提出在未来的研究中可利用超声波实时监测岩体冻胀变形破坏过程,研究冻融作用下裂隙岩体冻胀破坏机制.

摘要： 通过对混凝土大坝冻胀变形机制的分析,本文对冻胀变形统计分析模型的冰冻因子的构成进行了改进,采用了定周期、定初始角的周期函数因子和气温滞后作用因子等两类因子构成冻胀变形的因子集。对丰满大坝坝顶廊道真空激光准直典型位移测值的模型分析表明,改进的统计模型具有以下特点：（1）拟合效果优于或接近传统模型；（2）模型的物理意义更为明确合理,可以较好地解释历年“双峰”现象。温度分量仅反映传统意义上的简谐温度场变化所产生的结构变形,温度分量的变幅及相位可以正常地得到反映；（3）可以对季节性冻胀的影响进行直接分析,对变化量值进行一定的估计；（4）与传统模型相比,冻胀模型回归结果中的水位分量、时效分量相差不大。从资料分析的角度来看,增加“冻胀因子”并未使问题复杂化。总体来看,本文所建立模型方法是有效的。对于冻胀问题较为严重的混凝土大坝如丰满,有必要采用考虑冻胀因子的模型进行分析,以了解及评价冻胀对变形性态的影响,对大坝老化评估也是很有意义的。

摘要： 本文根据混凝土结构的冻胀机理、典型混凝土试件冰冻变形过程并结合丰满大坝的温度过程特点,定性地解释了坝顶位移测值的历年“双峰”现象,界定了冻胀变形的涵义；采用温度等效变形的有限元分析结果说明了受冻胀影响,坝顶廊道处的位移除上抬外还会有向上游的水平位移；利用包含冰冻因子的统计模型对坝顶位移的分析表明丰满大坝的加固工程对减小冻胀变形的影响确实起到了一定作用,位移测值“双峰”现象已不明显,但仍存在冻胀变形,表现出季节性的冻胀变形以及时效变形仍有一定的发展趋势。

摘要： 本文根据混凝土结构的冻胀机理、典型混凝土试件冰冻变形过程并结合丰满大坝的温度过程的特点,定性地解释了坝顶位移测值的历年"双峰"现象,界定了冻胀变形的涵义;采用温度等效变形的有限元分析结果说明了受冻胀影响,坝顶廊道处的位移除上抬外还会有向上游的水平位移;利用包含冰冻因子的统计模型对坝顶位移的分析表明丰满大坝的加固工程对减小冻胀变形的影响确实起到了一定作用,位移测值中"双峰"现象已不明显,但冻胀变形依然存在,表现出季节性的冻胀变形以及时效变形仍有一定的发展趋势.

摘要： 本文根据混凝土结构的冻胀变形机理、典型混凝土试件冰冻变形过程并结合丰满大坝的温度过程特点,定性地解释了坝顶位移测值的历年"双峰"现象,界定了冻胀变形的涵义;采用温度等效变形的有限元分析说明受冻胀影响,坝顶廊道处的位移除上抬外还会有向上游的水平位移;利用包含冰冻因子的统计模型对坝顶位移的分析表明丰满大坝的加固工程对减小冻胀变形的影响确实起到了一定作用,位移测值"双峰"现象已不明显,但仍存在冻胀变形,表现出季节性的冻胀变形且时效变形仍有一定的发展趋势.

摘要： 粗细颗粒混合填料的微冻胀严重影响着寒冷地区高速铁路的安全运营.基于对兰新铁路第二双线浩门区间运营期4个路基断面不同深度的温度、水分及冻胀变形现场监测,分析了冻结期该铁路路基在不同深度下的温度、水分及冻胀随季节变化特征.结果表明:越接近地表,对外界环境温度变化的敏感性越高,温度传递随时间的滞后性呈指教递减规律,深度超过3m时全年无负温.寒季2.7m厚的路基最大冻胀量约2.1cm,其中,0～0.5m处寒季最低温度介于-10.3-15.6°C,暖季及冻结初期含水量相对较高有15％左右,其冻胀率约4.86mm/m,故级配碎石在低温含水量高情况下能有效减弱冻胀.冻胀率最大值(14.34mm/m)发生在0.5～1.5m之间的普通AB组填料层,寒季最低温度介于7.2-12.4°C,暖季及冻结初期含水量介于10-15％.1.5～2.7m之间的填料层冻胀率约为1.94mm/m,寒季最低气温-3.2-0.4°C,暖季及冻结初期含水量介于12.5-15％.路基填料细颗粒(粒径小于0.25mm)含量越高,冻胀率越大,建议将粒径小、于0.25mm的细颗粒料空制在15％以内.

摘要： 严寒地区高速铁路路基面临着严重的冻胀变形的问题,而季节性冻土路基防冻胀是众多问题中最为基础、最为核心的问题.研究了高速铁路路基中微细填料对路基的冻胀影响规律,通过X射线断层扫描(X-CT)三维重构技术,对掺细粒土微冻胀填料的路基级配碎石结构进行三维重构,分析不同影响因素对级配碎石内部结构的影响,如孔隙率、冻胀前后孔隙分布等.通过渗水试验确定试样的不同饱水度,对不同饱水度的掺细粒土级配碎石进行完全低温冷冻处理,分析X-CT扫描结果得到其内部水分结冰情况下孔隙的变化及冰层的位置,实现对其冻胀过程微结构演变的分析.

摘要： 在道路养护中经常遇到的路基沉降、湿陷、盐渍化、冻胀等病害,都是地下水直接或间接作用的结果。尤其是地下水运移盐分对路基的破坏。因此,在公路路基设计、施工及养护中应充分重视地下水位及盐分的作用,认识其对路基的破坏实质,选择有效的防治措施,提出了路基地下水位-盐-冻胀工程灾害五步骤综合防治方法。

摘要： 在分析土体冻胀形成原因的基础上,通过建立冻胀过程的应力场控制方程和温度场控制方程,利用固相增量法和热弹性力学理论,推导出冻胀过程中在温度场影响下的应力分量.在此基础上对冰透镜体形成条件进行了补充,提出相变温度也是冰透镜体形成的必要条件.通过对冻结过程机理的分析,在考虑温度和未冻水对冻胀量的影响基础上,对原位冻胀和分凝冻胀机理分别进行了讨论,给出完整冻胀量的理论计算方法,该方法可以更贴近描述土体实际冻胀过程.

摘要： 冻胀破坏是导致寒冷地区渠道输水利用系数低的主要原因.依托南京水利科学研究院大型土工离心机,研发了渠道冻胀离心模型试验装置,该装置实现了渠道模型在离心场中与温度场的耦合.在此基础上开展了20g和30g下的不同渠基土含水率冻胀离心模拟的模型试验,试验结果表明,在垂直方向上渠道模型获得的热量(冷值)主要来自热交换板与模型表面的自然对流传递的热量(冷值),距离热交换板较近的模型表面可获得更高的热量(冷值).渠基土含水率对渠道法向冻胀位移有显著影响,而离心加速度对渠道冻胀量的影响体现在起冻胀作用的时间.此外,根据试验结果明确了离心场下土体模型内传热速度是原型内的N2倍的关系.所提出的渠道冻胀离心模拟装置和试验方法为北疆地区输水渠道冻害处治提供了新的研究手段.

摘要： 冻胀破坏是导致寒冷地区渠道输水利用系数低的主要原因.依托南京水利科学研究院大型土工离心机,研发了渠道冻胀离心模型试验装置,该装置实现了渠道模型在离心场中与温度场的耦合.在此基础上开展了20g和30g下的不同渠基土含水率冻胀离心模拟的模型试验,试验结果表明,在垂直方向上渠道模型获得的热量(冷值)主要来自热交换板与模型表面的自然对流传递的热量(冷值),距离热交换板较近的模型表面可获得更高的热量(冷值).渠基土含水率对渠道法向冻胀位移有显著影响,而离心加速度对渠道冻胀量的影响体现在起冻胀作用的时间.此外,根据试验结果明确了离心场下土体模型内传热速度是原型内的N2倍的关系.所提出的渠道冻胀离心模拟装置和试验方法为北疆地区输水渠道冻害处治提供了新的研究手段.

摘要： 本发明提供了一种高速铁路路基冻胀处的轨道变形预测方法。该方法包括：利用轨道几何尺寸动态检测数据、气温数据和多处路基冻胀监测数据，以每处路基冻胀为对象，确定了路基冻胀量、冻结深度和轨道变形的关系，建立路基冻胀处轨道变形随温度变化的梯形函数关系；根据所述梯形函数关系预测高速铁路路基冻胀处的轨道变形。本发明利用高速铁路已有轨道几何尺寸动态检测数据和气温监测数据，估计路基冻胀处温度作用下的轨道变形过程。本发明对冻胀引起的轨道变形的预测不依赖于其它现场监测设备和人工分析，保证了分析的效率和准确性，为铁路工务部门管控路基冻胀处的轨道几何尺寸变化、合理制定维修方案和计划提供依据。

摘要： 本实用新型公开了一种土体冻胀量、融沉变形量与冻胀力联合测定装置，其特征在于，包括支架、安装在支架上的固结试验仪和压力测量装置；支架位于固结试验仪上方位置处具有一横杆，横杆上安装有可上下调节位置的长杆；固结试验仪包括计量表，以及放置在固结试验仪加压盖上的铁块；压力测量装置安放于横杆和固结试验仪之间，其上部与长杆下端顶紧，其下部与铁块顶紧，长杆轴线与量力环、固结试验仪加压盖中心线位于同一竖直线上。本试验装置在土体冻胀后不需移动试样在同一仪器中即可量测融沉变形。

摘要： 本发明公开了一种自动量测渠道全断面冻胀变形的仪器及其测量安装方法，该仪器以基准桩为不动点，通过自动测量平铺于渠道全断面的测量模块读数，实现对渠道整个断面冻胀变形的实时测量，通过实测的数据，基于各测量模块的几何关系，即可算出渠道全断面的冻胀变化量；本发明的仪器不破坏被测土体的原始状态，利用测量模块直接量测原状土体表面的冻胀变形，并将测量数据实时地记录到控制系统中，可保证监测的准确性、实时性，克服间接测量带来的误差。本发明设计合理、工艺简单、易于加工、主要配件价格低廉，从而使得该全断面冻胀变形仪器具备较高的成本优势，该全断面冻胀变形仪器适用性广，数据传输方式灵活多样，安装简便。

摘要： 本发明公开了一种纤维改良地层抑制冻胀变形的方法，适用于城市地下冻结施工。在拟冻结区域施工纤维改良地层，为防止冻结区域出现冻胀现象，纤维改良地层的施工空间大于冻结区域，在拟冻结区域的纤维改良地层内布置冻结管，之后利用冷冻管在纤维改良地层内形成冻结区域，纤维改良地层有效抑制冻结区域产生冻胀变形对周围非冻结区域的影响。有效减小冻结过程中冻胀对周围环境的影响，抑制冻胀变形影响的效果好，掺入钢纤维还可以提高冻土发展速度，缩短冻结时间，而且掺入的钢纤维不会明显改变土体的含水量及地下水的流动，可减小改良地层对土体的影响，有效保护地下环境，降低工程成本。

摘要： 本公开涉及一种围岩试样非均匀冻胀变形环境模拟装置及检测系统，本公开的围岩试样非均匀冻胀变形环境模拟装置包括两个温度模拟组件；温度模拟组件包括恒温管组，恒温管组包括多个沿围岩试样的径向间隔分布的恒温管；且沿围岩试样的径向，恒温管内的冷却液的温度递增或递减，相邻的两个恒温管之间的温差值处处相等；两个温度模拟组件中的恒温管在围岩试样的轴向上一一对应设置；在围岩试样的轴向上，两个相对设置的恒温管内的冷却液的温度不相等；且位于围岩试样的径向上的不同位置处的两个恒温管内的冷却液的温差相等。本公开的围岩试样非均匀冻胀变形环境模拟装置能够较为准确地模拟出围岩试样形成非均匀冻胀变形时所处的隧道环境。

摘要： 本发明公开了一种聚丙烯酰胺溶液改性土体减缓冻胀变形的方法，具体包括以下步骤：(1)获取改性土层的土性参数、历史最大冻深线参数以及地下补水参数；(2)预估改性土层的土方质量，计算聚丙烯酰胺的用量，并配置聚丙烯酰胺溶液；(3)将聚丙烯酰胺溶液注入改性土层中，即得。本发明通过静压渗透注浆和高压喷射注浆相结合的方法，向潜在冻胀层内注入聚丙烯酰胺溶液且注浆深度不低于本地区历史最大冻深线，聚丙烯酰胺溶液可使细颗粒土改性团聚，从而在降低冻胀敏感性较强的细粒土含量的同时增加土体抗拉强度，即增加冰分凝难度；此外，由于聚丙烯酰胺溶液对土颗粒的包裹作用，使水分迁移阻力增加，渗透特性降低。

摘要： 本发明公开了一种地铁隧道冻结法施工地层三维冻胀变形的预测方法，首先确定冻结施工位置，获得冻结壁范围内原状土的土层参数，确定土体的热物理及力学参数，对冻结壁上方土层按其土层性质及既有建(构)筑物进行分层并确定冻胀影响范围所在层；随后计算单根冻结管的非稳态温度场及冻结锋面半径r(t)；再根据隧道开挖类型，计算冻结壁交圈后冻结锋面内圈半径R1(t)、外圈半径R2(t)，计算冻胀区域Δ(t)；最后计算冻胀位移Wi(t)。该预测方法综合了土体的热物理及力学性能、冻结时间效应、土层结冰温度及土层荷载因素，以确定冻结帷幕及冻胀变形在不同阶段的演化规律，提高冻结施工引起地层三维冻胀预测的可靠性和准确性。

摘要： 本发明公开了一种针对分凝冻胀变形场的测量方法及装置，属于冻土测量技术领域。该方法一具体实施方式包括：首先，分别获取冻土目标区域在分凝冻胀前以及在分凝冻胀过程中的所有灰度图，形成第一灰度图序列；其中，灰度图具有采集时间标签；其次，针对第一灰度图序列中任一灰度图：对灰度图进行图像处理，得到准分析图像；之后，基于若干准分析图像形成的第二灰度图序列确定参考时间序列；最后基于参考时间序列中参考时间的触发，针对第二灰度图序列DIC分析过程中的参考图像执行更新操作，得到分凝冻胀变形场。由此，在无需使用示踪粒子的情况下，能够在细粒土分凝冻胀过程中对细粒土分凝冻胀变场进行非接触式测量，提高了测量的精度。

摘要： 本发明涉及一种冻结过程中土体三维冻胀变形可视化测量系统及方法，系统包括容器、底座、信号采集组件和至少四个相机，容器包括用于容置试样的双层中空透明筒及密封盖在双层中空透明筒顶部的盖板，双层中空透明筒的外层和内层之间形成冷浴腔，外层设有冷媒进口和冷媒出口；底座用于支撑容器，底座的外周壁设有多个不同形状的定位标记；信号采集组件包括用于测量试样的温度的温度传感器、用于测量试样基质吸力的基质吸力传感器和数据采集仪；至少四个相机沿双层中空透明筒的外周均匀排布，用于在不同角度拍摄试样，本发明能够准确刻画土体冻结状态下的三维冻胀变形过程。

摘要： 本实用新型公开了一种具有冻胀变形缓冲吸纳层的基础结构，包括冻土层与基础结构本体，所述基础结构本体的底部固定连接有地桩，所述冻土层上开设有与地桩对应的开槽，所述开槽内设有隔离层，所述基础结构本体的底部固定连接有垫层，所述垫层的底部固定连接有冻胀变形缓冲层，本实用新型通过设置冻胀变形缓冲吸纳结构，有效减少或消除冻胀作用的影响，因此可以将基础结构底部置于冻土层中，减少基础埋深，从而降低成本，方便施工。