摘要：为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构,基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型,结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间,以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件,以衬砌适应冻胀变形能力为目标函数,建立寒区弧底梯形渠道水力-抗冻胀双优数学模型。随后对寒区各类典型渠道工程进行双优结构标准化设计,得到弧底梯形渠道在不同负温、地下水埋深、土质、断面规模下的双优边坡系数、实佳比及衬砌厚度的标准参数,供工程设计参考。研究结果表明:双优结构尺寸参数均随地下水埋深的增大而减小、随基土冻胀率的增大而增大、随冬季负温的降低而增大、随断面规模的增大而增大。以新疆某渠道工程为例,优化后的断面实佳比为1.02,较原设计值增大1.8%;最大法向冻胀量为2.52 cm,较原设计值增大20.0%;最大拉应力为0.95 MPa,较原设计值减小60.4%;衬砌整体柔度为305.47 cm/MPa,较原设计值增大42.3%,水力性能及抗冻胀性能均达到最优。

摘要：为揭示深季节冻土区高速铁路抗冻胀基床结构的效果和稳定性,确保高速列车在冬季的安全运营,以我国深季节冻土区高速铁路典型抗冻胀基床结构为研究对象,通过现场试验和理论分析相结合的方法,研究深季节冻土区抗冻胀基床结构水热力学行为演变的内在机理,分析深季节冻土区高铁路基工程温度场非对称的一般特征,讨论影响寒区路基工程阴阳坡效应的关键因素。研究结果表明:1)季节冻融层和非冻结层的地温和横向温差随时间推移均呈现正弦规律变化。2)当基床表层和底层温度接近0℃时,对应土层内的未冻水含量迅速减小或增加。3)冻胀主要发生在冻结初期和冻融交替期。同时,融沉的结束时间滞后于冻结层的消失时间。4)不同深度处阴阳肩的温差在全年均大于0℃,影响寒区路基工程阴阳坡效应的主要因素是线路走向和主风向。综上所述,建议深季节冻土区的高速列车在冻结初期和冻融交替期减速行驶。同时,为减弱路基阴阳坡效应引起的横向非均匀变形,路基两侧应采取非对称设计的原则。

摘要：寒区矿产资源露天爆破开采设计及其致灾防治已成为我国西部能源安全开采领域的关键性问题。为研究高寒地区露天矿山爆破开采工程中应力波在饱冰裂隙岩体中传播机制,先给出冰岩耦合体的一般定义,界定冰岩耦合体基本特征及其与冻结土体的差异性;其次,采用RFPA^(2D)-Dynamic数值试验方法揭示了爆炸应力波在冰岩耦合体中传播过程,实现波峰运移可视化,发现并分析了应力波在裂隙冰与基岩交界处透、反射现象;进一步,讨论了裂隙冰数量、间距、厚度对应力波在冰岩耦合体中传播规律的影响,研究结果表明:爆炸应力波在完整基岩中传播效果最好,在冰岩耦合体传播效果次之,在含空气裂隙岩体中传播效果最差;与完整基岩相比,裂隙冰的存在削减应力波幅度,应力波在岩棒模型中衰减程度从6.1%变成7.1%;应力波在冰岩耦合体中传播效果受裂隙冰厚度、数量影响较为明显;而间距对其影响较小,透射系数维持在0.925;透射应力波幅值随裂隙冰厚度、数量增加而逐步降低;应力波衰减程度随裂隙冰厚度变化满足:y=0.6527+0.03687x,随裂隙冰数量变化满足:y=0.0715+0.0026x。研究结果为高寒地区露天矿山开采爆破参数设计以及灾害的预防提供理论研究基础。

摘要：冻融循环是北疆膨胀土力学性能劣化的主要因素之一。利用自行设计的单向环境边界加载装置,开展冻融循环下体积测量试验、无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,研究3种不同压实度(90%,95%和100%)下膨胀土体积变化和力学性质的变化特征,采用灰色关联度定量分析力学强度劣化与微观孔隙发育的演化规律,并探讨冻融循环下孔隙变化特征对土体无侧限抗压强度的影响。试验结果表明:试样的体积变化随压实度的增大逐渐由收缩变为膨胀;膨胀土的硬化特性随着压实度的增加而减弱,冻融循环促进了应力-应变关系的软化;第1次冻融循环导致试样的无侧限抗压强度显著下降,7次循环后衰减幅度为56.07%~67.54%;试样的破坏应变和弹性模量在冻融循环后都有不同程度的衰减;面孔隙率与无侧限抗压强度衰减率的相关性为0.779~0.882,对应的权重达到0.467~0.471,二者之间存在良好的线性关系。研究成果可为北疆膨胀土工程的建设与维护提供借鉴。

摘要：针对寒区冻融作用引起盐渍粉质黏土的冻胀融沉问题,该文系统研究寒区盐渍粉质黏土三灰改良的最优配合比。选取哈尔滨地区路基盐渍粉质黏土为代表性,掺入石灰、水泥和粉煤灰(三灰)对其进行改良试验,采用正交设计法分别开展三灰改良盐渍粉质黏土的击实试验、无侧限抗压试验,利用方差分析法和极差分析方法对其抗压强度等进行研究。研究表明,试验土的最大干密度为1.7 g/cm^(3),最优含水率为16.6%;当石灰掺量为3%、水泥掺量4%、粉煤灰掺量6%时,改良盐渍粉质黏土的抗压强度达到最大,此时配合比为最优配合比;三灰对改良盐渍粉质黏土抗压强度的影响由大到小为:石灰掺量、粉煤灰掺量、水泥掺量;粉煤灰对改良土的弹性模量影响最大;石灰掺量是改良土最终破坏形态的重要因素。

摘要：隧道等地下工程爆破施工中,节理、裂隙等缺陷的存在往往对最终的爆破效果起到至关重要的作用,尤其倾斜缺陷存在时,超欠挖现象十分突出。基于含倾斜缺陷模型裂纹动态扩展的复杂性,采用新型数字激光动焦散线试验系统,在双孔同时起爆条件下,研究不同倾斜角度预制裂隙条件下爆生裂纹的扩展规律。研究结果表明:爆生主裂纹与衍生裂纹分别相向扩展,最终二者非直接相遇,而是以“勾连”形式贯通;裂纹扩展前期,爆生裂纹尖端同时受到压缩波及剪切波的作用,剪切波开始作用时间晚于压缩波,裂纹尖端主要以压缩波产生的拉应力作用而扩展,同一时刻爆生裂纹尖端应力强度因子KⅠ大于KⅡ;裂纹尖端的裂纹扩展速度、应力强度因子及能量释放率等特征量整体呈先增大后减小的趋势。裂纹扩展后期,裂纹尖端主要受爆生气体的准静压作用,特征量呈振荡式变化;在一定范围内,随着预制裂隙倾斜角度的增加,特征量峰值更高,爆生主裂纹和衍生裂纹扩展的时间更长,扩展的距离更远;随着预制裂隙倾斜角度的增大,爆生主裂纹与衍生裂纹尖端之间最终围成的破坏面积更大,爆炸荷载与预制裂隙相互作用更加明显。本试验的研究成果为分析介质存在节理、裂隙等缺陷时,爆破裂纹扩展的物理过程提供了参考。

摘要：针对渠道冻胀数值模拟分析依赖于实测温度而无法直接预测渠道冻胀及设计的缺陷,考虑日照对衬砌渠道冻胀量及冻胀力的影响,根据冻土力学及冻土物理学和热辐射原理,利用有限元软件ANSYS按瞬态温变模式加载温度,对衬砌渠道冻胀过程进行动态数值模拟,得到了考虑与不考虑太阳热辐射两种情况下渠道温度、应力和变形场的分布规律.对比可知:考虑热辐射的衬砌渠道冻胀规律与实测正弦型温度变化引起的冻胀规律一致,考虑热辐射的渠基温度大于正弦温度变化法计算而得的渠基温度值,特别是渠道阴坡,考虑热辐射计算的冻胀力、冻胀量均小于正弦型温度变化法计算所得.

摘要：结合新疆布仑口—公格尔水电站工程引水发电洞存在的高地温问题展开研究,首先根据相关地质资料和研究成果对该工程高地温成因和机制进行分析探讨,认为高地温是地质结构的不均匀性引起热流密度向热阻小的局部区域(石墨夹层带)集中的结果。随后研究高温条件下的施工措施,推荐强通风降温措施,并辅以低温冷水喷雾降温技术。通过比较分析建议高温差洞段支护结构的形式与方案,即采用防火耐热喷层,或纤维混凝土喷层替代常规衬砌方案。研究成果以期对同类工程的设计和施工提供参考和借鉴。

摘要：渠道在农业灌溉和长距离调水工程中作为首选输水形式发挥着重要的作用。但因旱寒区输水渠道渗漏与冻胀互为因果形成恶性循环,导致渠道渗漏、冻胀、隆起、架空、失稳滑塌等冻融老化破坏普遍且严重,直接影响工程输水效率及渠道的安全运行与效益发挥。该研究着重从探究渠道冻融破坏机理而进行的室内试验和现场原型监测、工程力学模型、水-热-力耦合数值模型及防渗抗冻胀技术等方面论述了旱寒区输水渠道防渗抗冻胀的研究进展;在此基础上,指出了太阳辐射、冻融、盐渍化等复杂环境及冬季输水、水位骤降等运行工况下的渠道多场耦合破坏机理及相应的多场耦合数值模型、衬砌-冻土相互作用模型、失效准则与设计方法、防渗抗冻胀措施标准化及渠道灾变过程与防控技术等渠道防渗抗冻胀有待研究的问题和难点;探讨了完善和提升旱寒区渠道防渗抗冻胀的设计理论与方法、建立全生命周期内的灾变链动态演变预警模型等未来发展方向及趋势,为旱寒区输水渠道工程科学设计与安全高效运行提供指导。

摘要：针对青藏铁路沿线路基中广泛分布的冻结粉质粘土,采用脉冲核磁共振法测定不同初始含水量、不同温度条件下冻土中未冻水含量;同时,采用稳定态比较法测定冻土的导热系数,采用量热法测定冻土的比热,据此计算冻土的容积热容量和导温系数.结果表明:冻土中未冻水含量随负温和初始含水量降低而降低,在0^-2℃与初始含水量接近,在-2^-5℃陡降,在-5℃达到突变点,随后又随负温降低而缓慢下降,负温低于-5℃时未冻水含量受初始含水量影响甚微且在13%、18%、23%3种初始含水量条件下的未冻水含量趋于一致;冻土的导热系数随负温降低、初始含水量增大而增大;冻土的容积热容量随负温升高、初始含水量增大而增大;冻土的导温系数随负温升高、初始含水量增大而减小.