| 题名 | 深部人工冻土力学性质研究 |
| 作者 | 王大雁 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-05-14 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 马巍 |
| 关键词 | 深部人工冻土 K0固结 应力-应变行为 破坏强度 割线模量 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 深部人工冻土在形成过程中由于受到所处地层深度以及与浅表层冻土完全不同的传热冻结方式作用，使其力学性质有别于浅表层冻土的力学性质，而在其形成后，所承受的荷载以一维或二维卸载为主，即与浅表层冻土所经历的应力路径完全不同，因而使深部人工冻土的力学性质与浅表层冻土的力学性质存在显著差别。由于人工冻结技术是开挖深部资源较为理想的施工方法之一，冻结壁的设计关系着冻结法凿井技术应用的成败，把握各种影响因素下冻土的物理力学特性是决定设计合理与否的关键所在。因此，对深部人工冻土力学性质的研究，不仅成为解决冻结壁解冻后井壁破裂、漏水问题的关键所在，而且为认识冻结过程对受载土体内部结构和本构特征的影响提供技术途径，从而为完善深厚表土层下冻土力学理论奠定基础。 利用能较好模拟地压的K0固结过程，本文通过在室内模拟深部人工冻结凿井过程中土体固结、冻结、受力的实际过程，着重对深部人工冻土的应力-应变行为，强度特征以及破坏前力学性质进行了分析，初步得到以下认识： 1） 经历K0固结后再冻结的冻结黄土试样在整个轴向加载试验过程中，其应力-应变曲线均呈双曲线型，并将其曲线分为以下三个阶段：应变随应力线性增加的完全弹性阶段，应变硬化阶段和屈服阶段或流动阶段。但在整个卸载过程中，其应力-应变特征视围压与相应冻土温度的组合而定，在低围压、低温状态下，即使围压卸载到零，应变并不随偏应力的增大而增大，即冻土体不会破坏；对围压较高，冻土温度较低，或围压较高，冻土温度也较高的冻土体，其特征类似于理想刚塑性应力-应变曲线，即当应力小于屈服强度值时，其变形很小或为零，当应力大于屈服强度值时，应力的少许变化即导致变形的大幅增加；然后通过对模型预测曲线与实测曲线进行对比研究，证明应用Duncan-Chang双曲线模型对K0固结后冻结黄土在加载条件下应力-应变行为进行预测是可行的；但就径向卸载的应力路径条件来说，只有对围压较高，冻土温度较低，或围压较高，冻土温度也较高的冻土体，才能考虑采用Duncan-Chang双曲线模型来描述。 2） 冻土的单轴压缩强度可作为反映深部人工冻土中孔隙冰对土颗粒胶结程度的指标，因此，本文给出了以冻土的单轴压缩强度与未冻土的内摩擦角来确定深部人工冻土破坏强度的函数关系式； 3） K0固结后冻结的冻土杨氏模量远远大于未冻土的杨氏模量，且其杨氏模量随围压的变化比未冻土的杨氏模量受围压的影响大的多，这是因为冻土杨氏模量随初始围压的变化主要是由于冻土中的冰受初始围压的变化而引起的，而土体本身的刚度特性受初始围压的影响并不明显。对于K0固结后冻结的深部冻土来说，其应力-应变曲线的弹性变形范围非常小，约为0.05％左右，且屈服应变不受土质、加载卸载、冻结温度和初始围压的影响，但代表其抵抗变形能力的割线模量却强烈的依赖于以上因素的影响。 4） 对相同条件下的冻土进行深部冻土试验模式与浅表层冻土试验模式试验，比较了两种试验模式下所得的应力-应变曲线，破坏强度的及破坏应变的异同，进一步证明了对于深部人工冻土运用深部人工冻土力学试验模式进行试验的必要性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 98 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21527]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王大雁. 深部人工冻土力学性质研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2006. |
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