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第1章 绪论1

1.1 深部冻土力学特性与冻结壁稳定研究意义1

1.2 深部冻土力学特性与冻结壁稳定研究现状2

1.2.1 冻土变形、强度及蠕变性质2

1.2.2 深土冻结壁厚度设计方法7

1.2.3 深土冻结壁变形规律14

第2章 深部冻土力学实验方法21

2.1 基本原理21

2.2 试验流程22

2.2.1 正常固结饱和黏土瞬间卸荷回弹后饱和含水量试验23

2.2.2 正常固结饱和黏土静止土压力系数试验23

2.2.3 温度梯度冻土试验24

2.3 试验装置25

2.3.1 饱和土试样制备装置25

2.3.2 正常固结饱和黏土瞬间卸荷后饱和含水量试验装置26

2.3.3 正常固结饱和黏土静止土压力系数试验装置26

2.3.4 温度梯度冻土三轴试验装置27

2.4 试验效果30

2.4.1 TGJ-1型固结仪固结结果30

2.4.2 SKA-1型固结仪固结结果31

2.4.3 TA1W-500固结结果32

2.5 温度梯度33

2.5.1 温度梯度设计33

2.5.2 温度梯度验证33

2.5.3 径向温度验证34

2.6 小结36

第3章 深部土静止土压力系数实验38

3.1 变形摄动影响38

3.2 静止土压力系数试验结果39

3.3 静止土压力系数理论研究42

3.3.1 基于临界土力学理论的静止土压力系数42

3.3.2 影响参数试验研究46

3.4 小结47

第4章 深部冻土三轴剪切实验48

4.1 加载试验冻土变形分析48

4.1.1 应力-应变48

4.1.2 体积变形51

4.2 减载试验冻土变形分析55

4.2.1 应力-应变55

4.2.2 体积变形58

4.3 K0DCGF试验冻土强度59

4.3.1 强度特征59

4.3.2 强度发挥机制60

4.4 强度弱化机制61

4.4.1 数值模型62

4.4.2 本构模型及参数62

4.4.3 计算结果验证63

4.4.4 计算结果与分析63

4.5 小结67

第5章 深部冻土能量规律69

5.1 K0DCGF试验中冻土破坏特征69

5.2 K0DCGF试验中能量规律71

5.2.1 K0DCGF加载试验71

5.2.2 K0DCGF减载试验73

5.2.3 弹性应变能75

5.2.4 温度梯度冻土裂纹扩展过程中能量释放率模型76

5.3 K0DCGF减载试验中均匀温度冻土断裂能量规律80

5.4 小结81

第6章 深部冻土三轴蠕变实验82

6.1 轴向蠕变82

6.1.1 蠕变及蠕变速率82

6.1.2 最小轴向蠕变速率82

6.2 体积蠕变86

6.2.1 体积蠕变速率86

6.2.2 最终体积蠕变变形88

6.3 径向蠕变89

6.4 冻土蠕变变形机制92

6.5 蠕变试验中“非均质”特征93

6.5.1 最终径向蠕变变形94

6.5.2 径向“非均匀”变形机制94

6.6 小结95

第7章 深土冻结壁设计方法97

7.1 非均质冻结壁分层计算模型97

7.1.1 黏弹塑性厚壁圆筒97

7.1.2 径向分层圆筒冻结壁103

7.2 有限段高冻结壁力学模型108

7.2.1 冻结壁径向位移的力学模型110

7.2.2 基本方程111

7.2.3 求解112

7.2.4 最大径向位移114

7.2.5 相当段高115

7.2.6 分段常段高叠加法115

7.2.7 公式讨论116

7.3 小结120

第8章 深土冻结壁数值模拟实验122

8.1 冻结壁温度场122

8.1.1 几何参数122

8.1.2 热物理学参数123

8.1.3 初始条件和相变123

8.1.4 边界条件125

8.1.5 模型单元和网格划分125

8.1.6 结果分析127

8.2 无限长厚壁圆筒冻结壁模型133

8.2.1 模型边界条件133

8.2.2 冻土本构关系133

8.2.3 计算结果与分析134

8.3 有限段高冻结壁模型136

8.3.1 模型几何参数136

8.3.2 冻土的蠕变本构关系和力学参数136

8.3.3 边界条件136

8.3.4 计算规划137

8.3.5 计算结果与分析137

8.4 小结139

第9章 深土冻结壁物理模拟实验141

9.1 相似理论与模拟试验141

9.2 模拟试验设计142

9.2.1 相似准则142

9.2.2 相似模化144

9.3 模拟试验系统146

9.3.1 试验台147

9.3.2 加载与控制系统148

9.3.3 制冷与温度控制系统149

9.3.4 测试系统151

9.4 试验方案154

9.4.1 试验材料154

9.4.2 试验安排154

9.4.3 试验步骤155

9.5 冻结壁温度场156

9.6 冻结管间距对冻结壁温度场影响163

9.6.1 减小管间距163

9.6.2 增大圈径166

9.6.3 对比分析170

9.7 冻结壁蠕变特性171

9.8 小结175

主要参考文献177