人工冻土冻胀特性及冻结法施工关键技术研究

发布时间：2018-08-08 17:11

【摘要】：土体冻结的过程总是伴随着冻胀和成冰量增加,而土体冻胀和成冰量增加会潜在的引发很多工程问题,在冻土区域的各种施工工程与非冻土区域相比有很大的不同,研究冻土的各种性能具有非常重要的现实意义。在掌握冻土的常规特性之后,冻结法施工技术逐渐成为人们关注的另一个焦点。冻结法具有很大的优越性,如适用范围广,操作简便,形成临时冻结帷幕提高土体强度并具有封水作用。冻结法施工已从传统的煤炭行业向深基坑、隧道、地铁等领域发展,并取得了显著的成效。本文对冻土力学及其本构关系、冻胀及冻胀作用、冻结法技术等的国内外研究现状进行了归纳整理,对冻结法的相关理论进行描述,叙述了冻土的基本成分、形成过程、其热物理参数、影响抗压强度的因素、抗剪强度、蠕变性。对冻结帷幕及其周围的土体进行了力学研究,探究土体的冻胀机理,描述了土体的冻胀特性指标,对土体冻胀性产生较大影响的因素进行试验。在试验方面,对人工冻土进行了颗粒分析、含水率测定、密度测定等常规土体试验。利用人工冻土多功能试验机进行了冻胀及冻融循环试验,研究了冻结温度对土体的温度场、冻胀率、冻胀力的影响,总结出随着时间的变化,土体温度下降,最后趋于平稳;距离冷源越近,土体温度变化速率越快,温度趋于平稳所用的时间越少;不论在冻结过程中还是冻结趋于稳定后,土体的温度与土体距冷源的距离成正比;冻结温度越低,土体温度变化速率越快,温度趋于平稳所用的时间越少。当试验条件在可控区间时,当冻结温度降低时,土体的冻胀率和冻胀力都会变大,且二者与温度的关系均大致满足线性。土体冻胀力随冻结时间逐渐增大,最终趋于平衡。在冻融循环下,土体温度场呈周期性变化。结合福州地铁对冻结法施工流程进行较完善的描述,主要包括工程概况、设计冻结施工方案、施工流程、冻结孔施工方法、冻结制冷系统、冻结管的拔除、冻结施工关键技术措施、施工监测、对突发事故的处理等。结合工程对冻结法隧道施工进行ANSYS有限元数值模拟,形成冻结帷幕随时间变化的形成过程。对冻结法施工提供参照,为工程施工的安全提供有效保障。
[Abstract]:The process of soil freezing is always accompanied by the increase of frost heave and ice formation, and the increase of soil frost heave and ice formation will potentially lead to many engineering problems. It is very important to study the properties of frozen soil. After mastering the conventional characteristics of frozen soil, the construction technology of freezing method has gradually become another focus of attention. The freezing method has great advantages, such as wide range of application, simple operation, forming temporary freezing curtain to improve the strength of soil and sealing water. Freezing construction has developed from traditional coal industry to deep foundation pit, tunnel, subway and so on. In this paper, the current research situation of frozen soil mechanics and its constitutive relation, frost heave and frost heave action, freezing method technology and so on are summarized and summarized, the relevant theories of freezing method are described, and the basic composition and formation process of frozen soil are described. Its thermal physical parameters, factors affecting compressive strength, shear strength, creep. In this paper, the mechanics of freezing curtain and its surrounding soil are studied, the mechanism of frost heave of soil is studied, the characteristic index of frost heave of soil is described, and the factors that influence the frost heaving of soil are tested. In the aspect of test, the particle analysis, moisture content measurement and density measurement of artificial frozen soil were carried out. The effects of freezing temperature on the temperature field, frost heaving rate and frost heave force of soil are studied by using artificial multifunctional test machine. The results show that the soil temperature decreases with time and tends to steady. The closer the soil is to the cold source, the faster the change rate of soil temperature is and the less time it takes to stabilize the soil temperature; whether in the freezing process or after the freezing tends to stabilize, the soil temperature is proportional to the distance from the cold source; the lower the freezing temperature, the lower the temperature. The faster the soil temperature changes, the less time it takes to stabilize the soil temperature. When the test conditions are in a controllable range, when the freezing temperature is reduced, the frost heave rate and the frost heave force of the soil will increase, and the relationship between them and the temperature will be approximately linear. The frost heaving force of soil increases gradually with freezing time, and finally tends to balance. Under the freeze-thaw cycle, the soil temperature field changes periodically. Based on the description of the construction process of the freezing method in Fuzhou Metro, it mainly includes the general situation of the project, the design of the frozen construction scheme, the construction process, the construction method of the freezing hole, the freezing refrigeration system, the extraction of the frozen pipe, Freezing construction key technical measures, construction monitoring, accident treatment and so on. The ANSYS finite element numerical simulation of the frozen tunnel construction is carried out in combination with the engineering, and the formation process of the freezing curtain with time is formed. It provides a reference for freezing construction and provides effective guarantee for the safety of engineering construction.
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU445;TU753

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本文编号：2172460