人工凍土凍脹數(shù)值模擬分析.pdf

1、人工凍結(jié)法施工產(chǎn)生凍脹會影響地表建筑物,使之產(chǎn)生各種破壞現(xiàn)象,因此,預(yù)報凍土凍脹對周圍環(huán)境的影響非常重要,但目前關(guān)于這方面的研究還十分欠缺.該文總結(jié)了當(dāng)前凍脹機理、數(shù)值預(yù)報模型和防凍害措施的研究成果.建立了凍土中的熱傳導(dǎo)模型,在計算凍脹時,利用水分入流量和時間關(guān)系計算水分遷移引起的凍脹應(yīng)變;利用已凍土中未凍含水量和溫度關(guān)系,求原位水的凍脹應(yīng)變,將凍結(jié)引起的體積膨脹系數(shù)作為負(fù)的熱膨脹系數(shù),利用MARC程序中熱應(yīng)力的計算程序計算外界遷移水和

2、原位水的凍脹位移;兩項位移之和為總凍脹位移,并利用凍脹率和荷載的實驗經(jīng)驗公式來考慮荷載對凍脹的影響.采用有限單元法對一維凍結(jié)和二維水平凍結(jié)模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析,經(jīng)比較模擬計算和實測結(jié)果,其誤差在10％~15％之間,說明本文所提模型和計算方法是正確可行的.探討了在水平凍結(jié)情況下覆蓋厚度(埋深)、凍土壁厚度、開挖半徑、含水量和鹽水溫度對凍脹位移的影響.經(jīng)計算得出如下結(jié)論:地表豎向位移在靠近對稱面處最大,隨距對稱面距離的增大而呈波浪形減小,而

3、地表水平位移則在距對稱面一定距離才達(dá)到最大值,其最大值的位置和覆蓋厚度成正比,受其它因素的影響不大.地表最大豎向凍脹位移隨荷載增大按指數(shù)規(guī)律減少,且有最終趨于不變的趨勢;隨凍土壁厚度增大,其前期增大得較快,中期增大得較慢,但后期增大又漸漸變快;地表最大豎向位移和開挖半徑及含水量均成正比關(guān)系;和鹽水溫度呈開口向下的拋物線關(guān)系,在拋物線峰值左邊,其隨鹽水溫度變化的劇烈程度比峰值右邊的小.地表最大水平位移和最大豎向位移隨上述各因素的變化規(guī)律相