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季節(jié)凍土層中的地溫呈非線性分布,改變了凍土墻形成時(shí)的初始溫度條件以及形成后的結(jié)構(gòu)形式。有季節(jié)凍土條件下形成深6m、厚1.4m的凍土墻較無季節(jié)凍土的情況可減少凍結(jié)時(shí)間15d,減少冷能消耗60%,經(jīng)濟(jì)上有極大優(yōu)勢。通過數(shù)值模擬,得到了能量消耗與時(shí)間關(guān)系曲線、凍結(jié)管熱流密度與深度關(guān)系曲線、凍土墻的厚度與時(shí)間關(guān)系曲線、凍土墻的厚度與深度關(guān)系曲線等,可見季節(jié)凍土層的存在顯著提高了凍土墻的厚度發(fā)展速度,減少了凍結(jié)時(shí)間,降低了冷能消耗。模擬了49種工況,對凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距、凍結(jié)時(shí)間、凍土墻平均溫度、凍土墻厚度等數(shù)據(jù)進(jìn)行了非線性回歸分析,得到凍土墻厚度與時(shí)間成對數(shù)函數(shù)關(guān)系、平均溫度與時(shí)間成反比例關(guān)系的相關(guān)表達(dá)式,為人工凍結(jié)技術(shù)的合理運(yùn)用和推廣提供了理論依據(jù)。
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設(shè)計(jì)并研制成功一和中適用于凍土及夾石凍土鏈?zhǔn)酵跍蠙C(jī)的刀具,經(jīng)室內(nèi)和野外現(xiàn)場證明,其使用壽命達(dá)到130h切削速度和挖溝作業(yè)率可達(dá)4.25m/s和101~112.2m/h并提出了高速熱融切削的觀點(diǎn)。
凍土抗剪強(qiáng)度 shear strength of frozen soil
凍結(jié)土體抵抗剪應(yīng)力的強(qiáng)度2100433B
人工地層凍結(jié)技術(shù)廣泛應(yīng)用于軟土隧道等地下工程,近年來在一些河口、近海甚至海底地下工程中得到越來越多的應(yīng)用。由于河口、近海、海底地層受到海水侵蝕具有較高的含鹽量,土的凍結(jié)溫度降低、凍土強(qiáng)度下降、導(dǎo)熱性能降低。這些含鹽效應(yīng)會對凍結(jié)效果造成不利影響,如凍土帷幕厚度減小、強(qiáng)度降低等,甚至構(gòu)成安全威脅。課題以實(shí)驗(yàn)手段為主系統(tǒng)研究近海含鹽地層的人工凍土基本性質(zhì),包括土的凍結(jié)溫度、凍土強(qiáng)度、熱物理參數(shù)和凍脹性質(zhì),并重點(diǎn)研究凍土二次相變時(shí)力學(xué)強(qiáng)度隨溫度下降突增的有利現(xiàn)象,建立海鹽-水-地層系統(tǒng)共晶點(diǎn)強(qiáng)度突變模型,以挖掘凍土強(qiáng)度潛力。以此為基礎(chǔ),借助理論分析與數(shù)值分析手段,完善考慮凍結(jié)溫度下降、熱物理參數(shù)變化的溫度場理論,通過凍土材料性質(zhì)與溫度的關(guān)系確定人工凍土結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)的空間形態(tài),建立考慮凍土非均質(zhì)性、蠕變和凍脹特性的凍土結(jié)構(gòu)應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)及承載力的力學(xué)模型,解決近海地下工程凍結(jié)法理論的基本問題。
基于斷裂力學(xué)理論和方法,研究凍土地基的破壞行為和特征,研究凍脹力與凍土斷裂韌度—廣義凍土強(qiáng)度的關(guān)系。提出了廣義強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則,這是個(gè)全新的概念??梢詮男碌慕嵌冉沂緝鐾恋鼗钠茐臋C(jī)理,探索新的學(xué)科領(lǐng)域和研究內(nèi)容。具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。為寒區(qū)工程基礎(chǔ)抗凍害破壞的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),可對工程凍害進(jìn)行定量評價(jià)及凍害預(yù)報(bào)。 2100433B