人工凍結(jié)法施工后土體水分重分布現(xiàn)象是凍結(jié)過程中未凍水遷移造成的。目前的研究集中于模擬自然凍結(jié)條件下未凍水的遷移,對于人工凍結(jié)條件下未凍水的遷移研究較少。區(qū)別于自然水平凍結(jié)鋒面自上而下的自然凍結(jié)方式,人工垂直凍結(jié)鋒面往往在水平方向上推進(jìn)。本文針對人工凍結(jié)土體中未凍水的遷移特點,采用模型試驗的方式,將控溫板布置在水平方向上,水平方向上凍結(jié)土體。選擇單向補(bǔ)水和兩端封閉兩種凍結(jié)方式,模擬布置單圈和多圈凍結(jié)管時未凍水的遷移。本文利用核磁共振設(shè)備結(jié)合水分傳感器得到了凍結(jié)過程中未凍水含量的實時變化。獲得成果如下:(1)分析了所用徐州粉質(zhì)黏土的基本物理參數(shù),包括密度、顆粒級配、飽和含水率以及塑、液限。利用核磁共振設(shè)備及水分傳感器進(jìn)行了凍結(jié)特性試驗,得到了徐州粉質(zhì)黏土的起始凍結(jié)溫度和凍結(jié)特征曲線,并提出了基于飽和土凍結(jié)特征曲線的非飽和土凍結(jié)特征曲線,得到了初始含水率從塑限到飽和范圍內(nèi),徐州粉質(zhì)黏土經(jīng)驗系數(shù)的取值公式及其凍結(jié)特征曲線。(2)自行設(shè)計了凍結(jié)試驗系統(tǒng),模擬了單圈凍結(jié)管凍結(jié)土體過程中未凍水的遷移,開展了單向補(bǔ)水條件下未凍水遷移試驗。通過對土體左側(cè)凍結(jié)右側(cè)補(bǔ)水的方式,獲得了凍結(jié)過程中土體未凍水及溫度的實時變化,劃分了凍結(jié)過程中土體各個位置處所經(jīng)歷的未凍水遷移期、原位凍結(jié)期及穩(wěn)定期,并得到了對應(yīng)階段的未凍水遷移量、原位凍結(jié)量及穩(wěn)定量。(3)通過兩端封閉條件下未凍水遷移試驗,模擬了多圈凍結(jié)管凍結(jié)土體過程中圈間未凍水的遷移:增加補(bǔ)水條件會明顯提高未凍水遷移量,促進(jìn)未凍水的遷移,并且能夠達(dá)到縮小未凍水含量降低區(qū)域范圍的效果;提高凍結(jié)溫度會直接延緩凍結(jié)鋒面推進(jìn)速度,從而增加了未凍水遷移時間,提高了未凍水遷移量,并且會加大凍結(jié)后土體的水分重分布;增大土體初始含水率會導(dǎo)致凍結(jié)鋒面推進(jìn)速率下降,凍結(jié)鋒面交匯時間延遲,未凍水遷移時間增加,提高未凍水遷移量,同時還能夠提供未凍水遷移的充分水量,同樣達(dá)到促進(jìn)未凍水遷移的效果。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU445
【部分圖文】：

碩士學(xué)位論文等。由于缺乏準(zhǔn)確的未凍水遷移規(guī)律及其對周圍環(huán)境影響的預(yù)測等基礎(chǔ)性研究，致使人工凍結(jié)法在環(huán)境要求很高的市政巖土工程及城市地下空間開發(fā)中未能得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，該問題急需進(jìn)一步的深入研究。1.2 研究目的和意義（The Purpose and Significance of the Study）凍結(jié)過程中或凍結(jié)后，土中所發(fā)生的水分遷移現(xiàn)象之所以受到人們的注意，是因它在不同程度上改變了土中水的相變以及由此產(chǎn)生的應(yīng)力和位移的強(qiáng)度和速度。土在凍結(jié)過程中未凍水向低溫的凍結(jié)面遷移，產(chǎn)生凍脹，引起土體膨脹、地表不均勻隆起，而常常會給各種工程建項目帶來嚴(yán)重破壞。如人工凍結(jié)法施工過程中存在著由于水分重分布帶來的土體凍脹變形，尤其是在基礎(chǔ)工程、基坑支護(hù)、開鑿礦井、挖掘隧道、修建地鐵聯(lián)絡(luò)通道和出入通道等工程中[16-17]，另外，對于未凍水遷移的研究對凍結(jié)工程設(shè)計和施工以及凍結(jié)法施工在實際工程中的應(yīng)用提供理論支持，并對工程中所采用處理及防治凍害手段提供有價值的參考。

碩士學(xué)位論文等。由于缺乏準(zhǔn)確的未凍水遷移規(guī)律及其對周圍環(huán)境影響的預(yù)測等基礎(chǔ)性研究，致使人工凍結(jié)法在環(huán)境要求很高的市政巖土工程及城市地下空間開發(fā)中未能得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，該問題急需進(jìn)一步的深入研究。1.2 研究目的和意義（The Purpose and Significance of the Study）凍結(jié)過程中或凍結(jié)后，土中所發(fā)生的水分遷移現(xiàn)象之所以受到人們的注意，是因它在不同程度上改變了土中水的相變以及由此產(chǎn)生的應(yīng)力和位移的強(qiáng)度和速度。土在凍結(jié)過程中未凍水向低溫的凍結(jié)面遷移，產(chǎn)生凍脹，引起土體膨脹、地表不均勻隆起，而常常會給各種工程建項目帶來嚴(yán)重破壞。如人工凍結(jié)法施工過程中存在著由于水分重分布帶來的土體凍脹變形，尤其是在基礎(chǔ)工程、基坑支護(hù)、開鑿礦井、挖掘隧道、修建地鐵聯(lián)絡(luò)通道和出入通道等工程中[16-17]，另外，對于未凍水遷移的研究對凍結(jié)工程設(shè)計和施工以及凍結(jié)法施工在實際工程中的應(yīng)用提供理論支持，并對工程中所采用處理及防治凍害手段提供有價值的參考。

為凍土未凍水遷移多元化的研究奠定了基礎(chǔ)。程國棟[22]（1983）以青藏高原多年凍土為研究對象，對多年凍土區(qū)地下厚層分凝冰的成因進(jìn)行深入研究，在成冰機(jī)理方面取得了突破性進(jìn)展。后來對于未凍水遷移的試驗研究大多集中在分析未凍水遷移的影響因素方面。如溫度場、初始含水率、干密度、水分補(bǔ)給條件，甚至是土的顆粒成分和礦物成分。所以到目前為止，大多數(shù)的水分遷移試驗研究都是以模擬在自然凍結(jié)狀態(tài)下的室內(nèi)試驗為主，通過控制不同上下端面的溫度梯度、補(bǔ)水條件以及相關(guān)的邊界條件和初始條件對遷移運(yùn)動的特性進(jìn)行探究。在凍結(jié)一段時間后，再分層測量每層含水量，用所得的含水量變化來反映未凍水的遷移規(guī)律。這些試驗的結(jié)果雖然具有一定的規(guī)律性，但同樣存在一定問題，一方面烘干法測量含水量是發(fā)生在凍結(jié)完成之后，未能在凍結(jié)過程中實時監(jiān)測未凍水的變化，對未凍水的實時監(jiān)測僅在最近幾年才開始[31-32]。另一方面，所有未凍水遷移試驗都是模擬自然凍結(jié)條件下未凍水遷移，設(shè)計時凍結(jié)自上而下，凍結(jié)鋒面是一個水平面，而人工凍結(jié)法施工中形成的是垂直凍結(jié)鋒面，根據(jù)未凍水遷移是朝著凍結(jié)鋒面進(jìn)行的結(jié)論，在人工凍結(jié)過程中，未凍水遷移與自然凍結(jié)條件下截然不同。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2833473