冻胀过程管土相互作用规律及受力特征

发布时间：2024-03-16 22:11

　　为研究冻胀过程中管-土之间的相互作用规律及受力特征,以不锈钢管及冻胀敏感性粉质黏土为材料,在没有外界水源补充的小型环境模型试验机中进行试验。首先,黏贴电阻应变片于管道上,并将管道及其支架放置于敞口保温箱内;其次,填装土样并同步在每个测点布置温度、水分和土压力传感器;最后,在试验过程中实时监测土体的温度、含水率、土压力、冻胀量及管道的变形和应力等变量,主要分析与讨论降温阶段即持续70 h的冻胀阶段所采集数据。研究结果表明:冻胀过程中管道抑制土体冻胀的实质是抑制土体的水分迁移;管土之间相互协调发展且始终保持着动态平衡,冻胀导致管道发生变形的同时管道又约束着土体的冻胀,冻胀受约束而产生土压力;管道变形以及与管道的距离决定管道对土体冻胀的约束程度;管道变形越小,约束率越大,土压力越大,水分迁移量越小,冻胀越小;而同一时刻管轴线两侧土体的冻胀明显比管底土体的大,且距离管道越远的位置,约束率越小,土压力越小,水分迁移量越大,冻胀越大;土压力随着时间而增大,与约束率呈指数增大的关系,但与冻胀呈指数衰减的关系;冻胀引起管道产生轴向及环向应力,轴向最不利应力分布位置为管中4/8处;环向应力的存在说明管道...

【文章页数】：15 页

【部分图文】：

图1试验设备示意图

试验开始前，先将耐低温应变片黏贴在管道相应位置(如图3(a)所示)，并做好防水处理；沿着管道轴向分为4个截面，依次为1/8,2/8,3/8和4/8截面，每个截面布置3个测点，分别在管顶、管侧和管底处，每个测点分别沿着轴向和环向黏贴2片，总计24片。接着将管道按照试验设计的约束类型....

图2试验流程

图1试验设备示意图1.3.2传感器

图3测点布置

本试验结果主要分析降温阶段即土体的冻胀过程，且在试验过程中没有外界水源补充。在土体冻结过程中，标志冻结特性的变量包括温度梯度、冻结深度、冻结速率和冻结锋面等，而温度是发生冻胀的先决环境条件。试验结果以总的温度控制流程和温度传感器布置点所测数据为依据，根据土体温度随深度分布得到冻结....

图4不同时刻土体温度随深度分布

以t0～t3时刻为例进行分析，获取不同时刻管底土体剖面的温度变化如图5所示。由图5可见：降温前土体整体恒温在6℃左右；在降温过程中，温度从土体表面自上而下随着时间逐渐降低；试验持续到70h时停止，此时，200mm深度处的土体温度降低到负值，且上表面最低温度达到-8℃。-0.1....

本文编号：3930164