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