岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 1010-1018.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0439

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

高含冰量冻土路基融化固结规律研究

杨高升1,白冰1,姚晓亮2   

  1. 1. 北京交通大学 土木建筑工程学院,北京 100044;2. 中国科学院西北生态环境资源研究院 冻土工程国家重点实验室,甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2019-03-01 修回日期:2019-08-20 出版日期:2020-03-11 发布日期:2020-05-26
  • 通讯作者: 白冰,男,1966年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土介质热力学特性方面的研究工作。E-mail: bbai@bjtu.edu.cn E-mail:18115051@bjtu.edu.cn
  • 作者简介:杨高升,男,1991年生,博士研究生,主要从事寒区工程等方面的研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No.41671061,No.51878035,No.51678043)。

Study of thawing and consolidation law of ice-rich embankment

YANG Gao-sheng1, BAI Bing1, YAO Xiao-liang2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, Gansu 730000, China
  • Received:2019-03-01 Revised:2019-08-20 Online:2020-03-11 Published:2020-05-26
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41671061, 51878035, 51678043).

摘要: 为了研究高含冰量冻土路基的融化固结规律,在线性大变形融化固结理论的基础上引入非线性本构关系,并运用分段插值法实现了孔隙比与压缩模量之间的非线性关系,完善了三维大变形融化固结数值模拟方法。在此基础上结合青藏公路实测数据验证了其合理性。研究结果表明,采用非线性应力?应变关系的大变形融化固结理论能够显著提高高含冰量冻土路基的沉降计算精度,并能够进一步合理描述热学场和力学场的相互叠加影响。冻土融化固结度受有效融化固结时间以及特征排水长度等因素的影响呈现出完全不同于融土路基的发展规律,即在路基运营初期其融化固结度上升,随着时间发展,其固结度在达到峰值后持续降低,这主要是由于融化深度持续增大后所引起的特征排水长度的增加和有效融化固结时间的缩短所造成的。因此,在计算高含冰量冻土路基稳定性设计指标时,应采用非线性应力?应变关系来进一步提高融化深度、沉降以及固结度等指标的计算精度。

关键词: 冻土, 融化固结规律, 非线性本构模型, 数值模拟

Abstract: In order to study the law of thaw consolidation for high ice content permafrost embankment, a nonlinear constitutive relationship was incorporated into the original linear large strain thaw consolidation theory and a piecewise interpolation function was used to implement the nonlinear relationship between compression modulus and void ratio. Numerical simulation method of thaw consolidation was further modified. Validity of this work was verified by the monitored data of Qinghai-Tibet highway. The analysis results shown that the thaw consolidation calculation accuracy of high ice content embankment can be notably improved by the modified thaw consolidation theory and numerical simulation method. Further analysis indicated that the interactive effects between thermal and mechanical field can be further reasonably described by the nonlinear stress-strain relationship. The thawing consolidation degree of frozen soil is affected by effective thawing consolidation time and characteristic drainage length, which is completely different from the development law of thawing roadbed. The thaw consolidation degree increases in the early stage of roadbed operation, while with the development of time, the degree of consolidation decreases continuously after reaching the peak value. This is mainly due to the increase of characteristic drainage length and the shortening of effective melting and consolidation time caused by the continuous increase of melting depth. Therefore, the nonlinear constitutive relationship must be employed to calculate the stability design parameters, such as thaw depth, settlement and consolidation degree when the high ice content permafrost embankment was involved.

Key words: frozen soil, thaw consolidation law, nonlinear constitutive mode, numerical simulation

中图分类号: 

  • TU471.7
[1] 孔令明, 梁珂, 彭丽云. 比表面积对土冻结特征曲线影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1883-1893.
[2] 朱淳, 何满潮, 张晓虎, 陶志刚, 尹乾, 李利峰, . 恒阻大变形锚杆非线性力学模型 及恒阻行为影响参数分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1911-1924.
[3] 王兆耀, 刘红军, 杨奇, 赵真, 胡瑞庚, . 波流作用下大直径单桩的局部冲刷特征分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1178-1185.
[4] 陈猛, 崔秀文, 颜鑫, 王浩, 王二磊. 岩石−钢纤维混凝土复合层抗压强度预测模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 638-646.
[5] 石峰, 卢坤林, 尹志凯. 平移模式下刚性挡土墙三维被动滑裂面的确定与土压力计算方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 735-745.
[6] 张 泽, 马 巍, ROMAN Lidia, MELNIKOV Andrey, 杨 希, 李宏璧. 基于冻融次数−物理时间比拟理论的冻土 长期强度预测方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 86-92.
[7] 金爱兵, 陈帅军, 赵安宇, 孙浩, 张玉帅, . 基于无人机摄影测量的露天矿边坡数值模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 255-264.
[8] 李军, 翟文宝, 陈朝伟, 柳贡慧, 周英操, . 基于零厚度内聚力单元的水力裂缝 随机扩展方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 265-279.
[9] 杨高升, 白冰, 姚晓亮, 陈佩佩, . 非饱和冻土水汽迁移与相变过程的 光滑粒子法模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 291-300.
[10] 张继文, 穆青翼, 廖红建, 刘芬良, . 考虑土体孔隙比和比表面积影响的未冻 结体积含水率曲线模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2913-2921.
[11] 孟敏强, 王磊, 蒋翔, 汪成贵, 刘汉龙, 肖杨, . 基于尺寸效应的粗粒土单颗粒破碎试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2953-2962.
[12] 岳建勇. 地铁交通引起的建筑物振动实测与数值模拟分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2756-2764.
[13] 邓玮婷, 丁选明, 彭宇, . 珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2814-2820.
[14] 毛浩宇, 徐奴文, 李彪, 樊义林, 吴家耀, 孟国涛, . 基于离散元模拟和微震监测的白鹤滩水电站左岸地下厂房稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2470-2484.
[15] 史林肯, 周辉, 宋明, 卢景景, 张传庆, 路新景, . 深部复合地层TBM开挖扰动模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1933-1943.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 孙树林,李 方,谌 军. 掺石灰黏土电阻率试验研究[J]. , 2010, 31(1): 51 -55 .
[2] 李英勇,张顶立,张宏博,宋修广. 边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究[J]. , 2010, 31(1): 144 -150 .
[3] 李 晶,缪林昌,钟建驰,冯兆祥. EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性[J]. , 2010, 31(6): 1769 -1775 .
[4] 梁健伟,房营光,谷任国. 极细颗粒黏土渗流的微电场效应分析[J]. , 2010, 31(10): 3043 -3050 .
[5] 李秀珍,王成华,邓宏艳. DDA法和Fisher判别法在潜在滑坡判识中的应用比较[J]. , 2011, 32(1): 186 -192 .
[6] 吉武军. 黄土隧道工程问题调查分析[J]. , 2009, 30(S2): 387 -390 .
[7] 陈力华 ,林 志 ,李星平. 公路隧道中系统锚杆的功效研究[J]. , 2011, 32(6): 1843 -1848 .
[8] 陈立文,孙德安. 不同应力路径下水土耦合超固结黏土分叉分析[J]. , 2011, 32(10): 2922 -2928 .
[9] 郑 刚 张立明 刁 钰. 开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析[J]. , 2011, 32(10): 3089 -3096 .
[10] 赵明华,雷 勇,张 锐. 岩溶区桩基冲切破坏模式及安全厚度研究[J]. , 2012, 33(2): 524 -530 .