多年冻土中单桩循环冻拨性质试验研究

论文摘要

多年冻土在我国分布广阔,作为一种特殊地基,它所产生的工程病害造成工程失效,甚至破坏,在国内外工程界引起广泛重视,因此研究多年冻土具有重要的意义。本文在国内外冻土地基中桩的模型试验的基础上,以相似理论为基础,对模型试验方案进行了设计。模型桩材料分为铝管和木质,模型桩形式分为单桩和异形“T”型桩。作者利用本校的低温环境箱制作了低温模型试验箱,同时进行了模型桩的制作以应变片的粘贴,测温元件与位移百分表的布置,并对模型试验所用土进行土工试验,测定土的物理力学参数。准备工作完成之后,通过模型试验模拟冻融循环下冻土中桩的冻拔现象,探讨经过2个季节循环后桩身内力以及桩的变形,在其他研究学者对冻土一桩研究的基础上,结合试验所测数据与现有理论,对温度的变化规律,桩在冻融循环作用下冻结力随时间、深度的变化规律进行分析,同时计算得出土与桩的变形量,为多年冻土桩基础设计提供参考。得到以下研究成果：（1）经改良后的冻土模型箱能够有效地实现土体的冻结与融化过程,可模拟出多年冻土区冻融循环过程。（2）无外界水补给的条件下,温度是影响冻结力最主要的因素。在冻结过程初期,温度呈直线下降趋势。温度由上至下传递过程中存在温度梯度,随着深度的增加,土体对温度的敏感程度降低。（3）冻结力与深度的变化曲线呈“抛物线”形,极大值发生在1/3-1/2桩深范围内。之后,随着深度的增加,冻结力逐渐减小。由于桩底温度受外界影响较小,桩的下部冻结力变化幅度较小。同时,冻结力随时间的变化产生衰减现象,这与冻土的蠕变性质有一定关系。相同试验条件、同种材质、同一时间以及同一深度条件下,“T”型桩的冻结力大于单桩的冻结力,这是由于“T”型桩的桩顶扩大段会产生一定的法向冻胀力,因此增大了切向冻结力。（5）冻融循环过程中桩周土位移变化量大于各类型桩顶位移量。随着温度的降低,桩周土冻胀隆起,各类型桩有上拔趋势；随着温度的升高,桩周土融沉下陷,各类型桩有下沉趋势。土体最大冻胀与融沉量分别为2.65mm和4.66mm；桩体最大上拔量为1.54mm,最大融沉量为1.19mm,分别占桩长的0.51%和0.4%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外冻土理论和模型的研究现状
• 1.2.2 国内冻土理论和模型的研究现状
• 1.3 论文的主要内容和技术路线
• 2 冻土的物理力学性质
• 2.1 多年冻土区的分布情况
• 2.2 冻土的相成分
• 2.3 冻土的工程分类
• 2.4 多年冻土的上限与下限
• 2.5 土的冻胀性
• 2.5.1 土的冻胀机理
• 2.5.2 影响冻胀的主要因素
• 2.6 土的冻胀力
• 2.6.1 切向冻胀力
• 2.6.2 法向冻胀力
• 2.6.3 水平冻胀力
• 2.7 多年冻土中桩基础的冻拔现象
• 2.7.1 桩基础冻拔破坏产生的原因
• 2.7.2 桩基冻拔破坏的基本形式
• 2.7.3 桩基冻拔破坏的防治措施
• 2.8 本章小结
• 3 多年冻土中桩的循环冻拔性质模型试验设计
• 3.1 模型试验的相似理论
• 3.1.1 相似三大定理
• 3.1.2 相似模拟的单值条件
• 3.2 模型试验设计方案
• 3.2.1 相似比的确定
• 3.2.2 试验模型的概述
• 3.2.3 温度的控制
• 3.3 试验装置的开发设计与改良
• 3.3.1 环境箱的设计
• 3.3.2 试验箱的设计与制作
• 3.4 土样的制备
• 3.4.1 土的物理力学指标
• 3.4.2 土样的制备
• 3.5 模型桩的制作与埋置
• 3.6 测温元件的布置
• 3.7 位移百分表的布置
• 3.8 本章小结
• 4 冻融循环下冻拔模型试验结果与分析
• 4.1 冻融循环下土体温度的监测
• 4.1.1 冻土的热学参数
• 4.1.2 温度值的计算
• 4.1.3 冻融循环下温度变化结果
• 4.2 冻融循环下冻结力的监测
• 4.2.1 数据采集系统
• 4.2.2 冻结力的计算
• 4.2.3 冻结力的变化规律
• 4.3 冻融循环下位移变化的监测
• 4.3.1 位移随温度的变化
• 4.3.2 位移随时间的变化
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果