CN105223085A - 恒刚度和恒荷载组合作用下的梯度冻土试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种恒刚度和恒荷载组合作用下梯度冻土试验方法，属于用于温度梯度冻土试验方法。利用温度梯度冻结-均温融化土与温度梯度冻土强度宏观表现机制相同的原理，将梯度I冻-均温融土，均温冻-均温融土，梯度II冻-均温融土排列成冻融组合体；然后，利用不同劲度系数弹簧和刚性加压板沿冻融组合体A-A方向施加恒定水平约束刚度，利用液压囊沿冻融组合体B-B方向和C-C方向施加恒定荷载，其中C-C方向为垂直方向地层压力，B-B方向为水平地层压力。最后，通过逐级卸除—再逐级施加C-C方向上的荷载，同时保持A-A方向上的约束和B-B方向上的荷载恒定，模拟梯度冻土在开挖—支护过程中的应力路径。该方法解决冻土试验中组合温度梯度无法施加的难题，揭示冻土中非均质机制。

Description

恒刚度和恒荷载组合作用下的梯度冻土试验方法
技术领域
本发明涉及一种用于温度梯度冻土试验方法，特别是一种恒刚度和恒荷载组合作用下的梯度冻土试验方法。
背景技术
多圈管冻结形成的冻结壁，内圈和外圈冻结管间冻土温度呈均匀分布，而外圈冻结管至冻结壁外缘，内圈冻结管至冻结壁内缘冻土温度则呈现典型的梯度特征。现有的相似物理模拟试验，是揭示多圈管冻结冻结壁承载性能和失稳机理的有力手段，但是在大尺度模型试验中难以施加，诸如：高围压、长时固结，动态加/卸载等力学边界条件和精细化的细观测试技术。因此，难以形成对组合温度梯度中冻土非均质动态演化规律与其致灾机制的准确理解。而在传统基于材料尺度的单元试验中虽可以精确施加热/力边界条件，但无法施加温度梯度的组合模式。因此，发展不同力学尺度试验是解决该问题的有效手段与必经之路。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术中存在问题，提供一种方法简单、可模拟组合温度梯度的恒刚度和恒荷载组合作用下的冻土试验方法，解决冻土试验中组合温度梯度施加困难的难题。
为实现上述目的，本发明的恒刚度和恒荷载组合作用下梯度冻土试验方法，该方法利用温度梯度冻融诱发的孔隙无序大小与无序程度近似反应温度依赖的冻土强度机理，将组合梯度冻土试验转化为组合冻融土试验；
具体过程如下：
将梯度I冻-均温融土(2)、均温冻-均温融土(1)、梯度II冻-均温融土(3)排列成冻融组合体(4)，冻融梯度方向平行B-B方向，通过≥2组弹簧(5)和刚性加载板(6)沿冻融组合体(4)A-A方向上施加恒定刚度约束，通过液压囊(7)沿冻融组合体(4)B-B和C-C方向上施加恒定荷载，其中C-C方向上的荷载等于垂直方向地层压力，B-B方向上的荷载等于水平方向地层压力，通过逐级卸除-再逐级施加冻融组合体(4)B-B方向上的荷载模拟冻结壁开挖与支护过程。其中B-B方向为横向，C-C方向为竖向，A-A方向为纵向。根据温度梯度冻结-均温融土与温度梯度冻土强度宏观表现机制相同的原理，利用冻融土近似模拟温度依赖的冻土，从而获得不同刚度和荷载组合作用下组合温度梯度冻土变形破坏机理。
有益效果：本发明的恒刚度和恒荷载组合作用下梯度冻土试验方法旨在现有力学加载-细观测试手段基础上，通过在技术层面上实现明确力学边界条件加载-可靠细观测试技术相融合，为温度梯度组合作用下冻土体变形失稳机理以及其内在非均质演化规律研究提供试验支持。①在前期研究基础上，从温度梯度冻融土与温度梯度冻土的强度宏观表现机制相同出发，间接研究组合梯度冻土变形破坏机制。②基于该方法所开展的试验不仅适用于人工冻结壁，还适用于季节性冻土地区基坑工程，天然冻土地区基础工程。③将梯度冻融土替换为混凝土井壁，便可方便实施原位条件下既有深立井井壁强度无损检测的标定工作。
优点：利用该方法可以有效解决冻土试验中组合梯度无法施加的困难局面，从而为研究组合梯度冻土中非均质动态演化奠定试验基础。
附图说明
图1为本发明的恒刚度与恒荷载组合作用下梯度冻土试验方法原理图。
图2为图1的O-O剖面图。
图中：1、均温冻-均温融土；2、梯度冻-均温融土；3、梯度冻-均温融土；4、冻融组合体；5、弹簧；6、刚性加载板；7、液压囊。
具体实施方式
该方法利用温度梯度冻融诱发的孔隙无序大小与无序程度近似反应温度依赖的冻土强度机理，从而将组合梯度冻土试验转化为组合冻融土试验；
具体过程如下：
将梯度I冻-均温融土2、均温冻-均温融土1、梯度II冻-均温融土3排列成冻融组合体(4)，冻融梯度方向平行B-B方向，通过≥2组弹簧5和刚性加载板6沿冻融组合体4A-A方向上施加恒定刚度约束，通过液压囊7沿冻融组合体4B-B和C-C方向上施加恒定荷载，其中C-C方向上的荷载等于垂直方向地层压力，B-B方向上的荷载等于水平方向地层压力，通过逐级卸除-再逐级施加冻融组合体4B-B方向上的荷载模拟冻结壁开挖与支护过程。其中B-B方向为横向，C-C方向为竖向，A-A方向为纵向。根据温度梯度冻结-均温融土与温度梯度冻土强度宏观表现机制相同的原理，利用冻融土近似模拟温度依赖的冻土，从而获得不同刚度和荷载组合作用下组合温度梯度冻土变形破坏机理。
下面结合附图施例对本发明作进一步的描述：
实施例1：在图1中，首先根据多圈管冻结壁中实际温度梯度(温度梯度)分区提炼出温度梯度与平均温度，然后按照上述温度梯度(平均温度)实施冻结-融化试验，制备梯度冻-均温融土2，均温冻-均温融土1，梯度冻-均温融土3；将梯度冻-均温融土2，均温冻-均温融土1，梯度冻-均温融土3排列成冻融组合体4，其中冻融方向平行B-B方向，通过≥2组的弹簧5和加载板6沿冻融组合体4A-A方向上施加恒定刚度约束，通过液压囊7沿冻融组合体4B-B和C-C方向上施加恒定荷载，其中C-C方向上的荷载等于垂直方向地层压力，B-B方向上的荷载等于水平方向地层压力，通过逐级卸除—再逐级施加冻融组合体4B-B方向上的荷载模拟冻结壁实际开挖和支护过程。其中B-B方向为横向，C-C方向为竖向，A-A方向为纵向。
在现有方法基础上，可以通过沿刚性加载板6内缘等间距布置若干柔性电极和绝缘层，便可实施加—卸载过程中温度梯度冻土非均质演化与动态耦合过程测试。

Claims (1)

1.恒刚度和恒荷载组合作用下梯度冻土试验方法，其特征在于：利用温度梯度冻融诱发的孔隙无序大小与无序程度近似反应温度依赖的冻土强度机理，将组合梯度冻土试验转化为组合冻融土试验；
具体过程如下：
将梯度I冻-均温融土(2)，均温冻-均温融土(1)和梯度II冻-均温融土(3)排列成冻融组合体(4)，冻融梯度方向平行B-B方向，通过≥2组的弹簧(5)和刚性加载板(6)沿冻融组合体(4)A-A方向上施加恒定刚度约束，通过液压囊(7)沿冻融组合体(4)B-B和C-C方向上施加恒定荷载，其中C-C方向上的荷载等于垂直方向地层压力，B-B方向上的荷载等于水平方向地层压力，通过逐级卸除-再逐级施加冻融组合体(4)B-B方向上的荷载模拟冻结壁实际开挖和支护过程，根据温度梯度冻结-均温融土与温度梯度冻土强度宏观表现机制相同的原理，利用冻融土近似模拟温度依赖的冻土，从而间接获得不同刚度约束与荷载组合作用下梯度冻土变形破坏机理。
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