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高温饱和冻土孔压变化规律及模型 认领 引用 被引量：1
1
作者 胡金涛 张虎 +3 位作者 李正 郑波 鲁明 东宇轩 《吉林大学学报（地球科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2026年第3期963-974,共12页
冻土孔隙水压力是揭示寒区冻胀融沉产生机制的关键物理量。为系统分析动荷载作用下冻土孔压的发展模式及其影响机制,基于室内动三轴试验,测量了高温饱和冻土在动荷载作用下的孔压,探究了温度、动应力幅值、初始干密度对孔压的影响。在... 冻土孔隙水压力是揭示寒区冻胀融沉产生机制的关键物理量。为系统分析动荷载作用下冻土孔压的发展模式及其影响机制,基于室内动三轴试验,测量了高温饱和冻土在动荷载作用下的孔压,探究了温度、动应力幅值、初始干密度对孔压的影响。在此基础上,归纳建立了考虑上述因素的三参数孔压-振次经验模型,并验证了模型的适用性。结果表明:动荷载作用下高温饱和冻土孔压的发展模式类似于融土,可分为剧烈上升、缓慢上升、动态稳定三个主要阶段;温度对孔压的影响最为显著,尤其是试验温度为-0.5℃时,孔压变化速率最快,峰值高达265.24 kPa;冻土孔压峰值随温度和动应力幅值的增大而增大,随干密度的增大而减小;荷载作用前期,冻土孔压和应变近似呈线性关系。所建模型拟合效果较好(R2≥0.98),能够准确预测冻土孔压在不同试验条件下的变化模式。 展开更多
关键词 冻胀 动荷载 冻土 孔压 动孔压模型
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Measuring ice lens initiation in soils by particle image velocimetry 认领 引用 被引量：1
2
作者 Jinfeng Li Jidong Teng +3 位作者 Haosong He Wenzhang Xu Jenisha Singh Sheng Zhang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2026年第1期761-771,共11页
Ice lens initiation is the core issue in understanding the dynamic process of frost heave.However,there are still limitations to find an adequate criterion for describing the formation of ice lens.A series of one-dime... Ice lens initiation is the core issue in understanding the dynamic process of frost heave.However,there are still limitations to find an adequate criterion for describing the formation of ice lens.A series of one-dimensional freezing tests is designed using the particle image velocimetry(PIV)method to monitor the frost heave and ice lens formation.The results show that the conventional parameters,such as displacement and velocity,cannot be used to track the ice lens formation,while the strain can be employed to detect the ice lens formation and investigate the freezing change patterns.This study proposes strain as a new criterion for assessing ice lens initiation,applicable across various soil types and freezing conditions(constant freezing and ramped freezing).The strain change in the region where the ice lens forms is the largest during the freezing process.Additionally,strain curves at the top of the soil samples can reveal different freezing patterns and distinguish the first and second frost heave stages.This newly developed technology enables continuous,non-destructive monitoring of ice lens initiation across diverse conditions and soil types,enhancing data visualization and three-dimensional modeling of freezing parameters while improving traditional methods by directly measuring velocity and strain in frost heave investigations.The study is expected to enhance the research of ice lens criterion and provide a new perspective for monitoring the freezing process. 展开更多
关键词 Frost heave Ice lens initiation Particle image velocimetry(PIV) Strain
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三轴循环加卸载条件下冻结粉质黏土能量演化规律研究 认领 引用 被引量：1
3
作者 牛亚强 张钰 李倩倩 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2026年第1期143-151,共9页
外荷载作用下冻土能量的演化规律是揭示其变形机制的重要依据。以冻结粉质黏土为试验对象,进行了一系列在不同围压下的三轴循环剪切加卸载试验,探索冻土的变形特征和能量演化规律。随着围压的增大,相同轴向应变对应的偏应力逐渐增大;冻... 外荷载作用下冻土能量的演化规律是揭示其变形机制的重要依据。以冻结粉质黏土为试验对象,进行了一系列在不同围压下的三轴循环剪切加卸载试验,探索冻土的变形特征和能量演化规律。随着围压的增大,相同轴向应变对应的偏应力逐渐增大;冻土的应力-应变曲线形态在低围压下表现出应变软化特征,随着围压的增大逐渐转变为应变硬化,在围压大于6 MPa后硬化的程度不再增加;根据滞回环面积确定了能量的计算方法,总能量、耗散能、弹性应变能及阻尼能随加卸载循环次数增加都呈现出快速升高—增长放缓—趋于稳定的变化规律;剪切弹性模量与围压呈正相关,与加卸载循环次数呈负相关,与损伤变量表现出此消彼长的关系;损伤变量随耗散能的增大非线性增加,同一围压下的曲线斜率随耗散能的增加表现出先减小后增大的规律,不同围压下的曲线初始斜率随围压的增大表现出先减小后增大的规律。研究成果可以为冻土区工程建设和人工冻结地基的设计计算提供理论基础。 展开更多
关键词 冻结粉质黏土 循环加卸载 滞回环 能量演化特性 损伤特性
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基于冰核活性细菌的高温冻土强度增强特性及模型研究 认领 引用
4
作者 郑娟娟 唐丽云 +5 位作者 郑建国 加武荣 贺晶晶 邱培勇 于永堂 杜晓奇 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第5期1017-1026,共10页
冻土中赋存的冰核活性细菌具有高温成冰特性。然而,利用本土生物资源催化高温冻土孔隙水相变为冰以改善冻土强度的方法鲜有记载,也未有相关模型从细观角度描述外力作用下冰核活性细菌对高温冻土强度影响特征。因此,聚焦冰核活性细菌丁... 冻土中赋存的冰核活性细菌具有高温成冰特性。然而,利用本土生物资源催化高温冻土孔隙水相变为冰以改善冻土强度的方法鲜有记载,也未有相关模型从细观角度描述外力作用下冰核活性细菌对高温冻土强度影响特征。因此,聚焦冰核活性细菌丁香假单胞菌高温冻土,通过核磁共振及直剪试验获取不同丁香假单胞菌浓度、冻土温度及法向压力下冻土未冻水含量、剪切变形行为及剪切强度变化规律,建立丁香假单胞菌高温冻土本构模型。结果表明:丁香假单胞菌使高温冻土未冻水含量降低17.09%~41.36%。冻土强度增长归功于促生的冰晶在不同温度下的贡献:在-1℃时,黏聚力增加58.44%~112.99%,剪切强度增长9.09%~64%;在-0.5℃,-0.1℃时,内摩擦角增长18.42%~47.85%,剪切强度增长0.99%~33.96%。高法向压力削弱丁香假单胞菌对高温冻土强度的增强作用。所得本构模型为冰核活性细菌高温冻土地基承载力数值模拟及安全评价提供理论支撑。 展开更多
关键词 高温冻土 冰核活性细菌 未冻水含量 冰促生 强度增强
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丁香假单胞菌作用下高温冻土-混凝土界面强化机制研究 认领 引用
5
作者 唐丽云 许森军 +4 位作者 郑娟娟 郑建国 林战举 杜晓奇 邱培勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第7期2224-2234,共11页
随全球气温升高,高温冻土-混凝土界面冰晶易消融,导致冰胶结力下降,进而引起界面强度劣化,影响基础设施的稳定性。丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae,简称P.syringae)可诱导水分子有序排列,从而促进冰晶在高温下生长。然而,将其用于高... 随全球气温升高,高温冻土-混凝土界面冰晶易消融,导致冰胶结力下降,进而引起界面强度劣化,影响基础设施的稳定性。丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae,简称P.syringae)可诱导水分子有序排列,从而促进冰晶在高温下生长。然而,将其用于高温冻土-混凝土界面促生冰膜进而增强界面强度的研究尚属空白。为此,开展核磁共振和直剪试验,研究不同P.syringae浓度(0、1 g/L)对温度为0、-0.5、-1.0℃下高温冻土-混凝土界面剪切应力-水平位移曲线、剪切强度及强度指标的影响。添加P.syringae后,冻土含冰量增加了38%,界面黏聚力提高了29.1%,界面强度增加了19%,残余强度提升了7%。基于摩尔-库仑准则和广义达西定律,将P.syringae作用下的高温冻土-混凝土界面强化机制概括为P.syringae随水分迁移至界面处富集,在较高温度下诱导冰晶生成,进而填充孔隙,最终实现界面互锁增强,显著提升界面强度。首次揭示了P.syringae在增强高温冻土-混凝土界面强度中的潜力,为P.syringae运用于高温冻土区基础设施的设计与施工提供了理论支持。 展开更多
关键词 高温冻土-混凝土界面 丁香假单胞菌 摩尔-库仑准则 冰胶结力
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植被覆盖下土遗址根系层分离病害足尺模拟方法研究 认领 引用
6
作者 裴强强 霍明 +3 位作者 张博 白玉书 赵建忠 宝力格 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第7期233-244,共12页
我国北方大量土遗址长期处于季冻土半湿润区,受冻融循环、积雪覆盖及植被根系共同作用影响,在反复冻结与融化过程中普遍出现以表层冻胀、界面弱化、根系层滑移为特征的分离型劣化病害.以元上都遗址为代表,针对该类病害的发生机制与演化... 我国北方大量土遗址长期处于季冻土半湿润区,受冻融循环、积雪覆盖及植被根系共同作用影响,在反复冻结与融化过程中普遍出现以表层冻胀、界面弱化、根系层滑移为特征的分离型劣化病害.以元上都遗址为代表,针对该类病害的发生机制与演化规律,基于遗址实际夯筑工艺与环境要素的高度还原性,构建了一套可复制的足尺模拟原位监测体系,首次实现了环境气象、水热响应、结构破坏与表面影像的多源集成监测,并通过土壤水热耦合分析揭示病害前兆特征.依托该方法开展的现场试验表明,墙体顶部根系层下方阴面存在显著的高湿-低温耦合界面,为病害潜在发育的敏感带.尽管监测周期内未出现实景滑移破坏,但系统已成功识别病害前兆区域,为寒区土遗址复杂病害的长时段演化监测与动态预警模型构建提供了理论依据和技术路径. 展开更多
关键词 积雪覆盖 冻结 融化 劣化 足尺模拟 原位监测
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Energy absorption behavior and damage constitutive model of frozen moraine soil under impact loading 认领 引用
7
作者 XIE Qijun SU Lijun +1 位作者 ZHAO Bo ZHANG Fulai 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2026年第3期1288-1301,共14页
Frozen moraine soils are widely distributed across the Tianshan Mountains,the Qinghai-Tibetan Plateau,and other high-altitude regions.Engineering activities,particularly blasting,often induce degradation of the soil m... Frozen moraine soils are widely distributed across the Tianshan Mountains,the Qinghai-Tibetan Plateau,and other high-altitude regions.Engineering activities,particularly blasting,often induce degradation of the soil microstructure,compromising its mechanical integrity and increasing the risk of slope instability and rainfall-triggered debris flows-posing serious threats to infrastructure in cold regions.Previous studies have largely treated frozen soils as homogeneous continua,thereby overlooking key micro-scale processes such as ice-soil interaction,microcrack propagation,and particle breakage.In this study,the dynamic mechanical behavior and microstructural damage mechanisms of frozen moraine soil were systematically investigated under varying temperatures(−5℃,−15℃,and−25℃)and strain rates(50 s-1,70 s-1,and 90 s-1).Results reveal that both temperature and strain rate significantly influence the dynamic stress-strain response.Energy absorption exhibits a three-stage pattern of increase,stabilization,and decline.At−25℃,increased ice brittleness reduces the peak energy absorption efficiency under impact.To capture the observed nonlinear behavior,a damage-based constitutive model was developed,incorporating coupled effects of impact-induced microcracking,ice-soil interfacial debonding,and particle fracture.The stochastic evolution of interfacial debonding and grain breakage was described using a Weibull statistical framework,linking microstructural deterioration to macroscopic response.The model shows strong agreement with experimental data and accurately simulates key parameters such as peak stress and energy absorption.These findings enhance the understanding of dynamic damage mechanisms in frozen soils and offer a computational tool for the safety assessment and hazard mitigation of engineering structures in cold,high-altitude environments. 展开更多
关键词 Frozen moraine soil Damage constitutive model Impact loading Energy absorption Ice-soil interaction Cold regions engineering
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冻土单轴本构行为的自适应数据-物理驱动神经网络模型 认领 引用
8
作者 梁靖宇 庞迪 +3 位作者 何林泓 路德春 马超 吴明泽 《冰川冻土》 CSCD 2026年第3期753-764,共12页
冻土单轴力学行为受其内在性质与外在环境的耦合影响,导致应力-应变关系复杂且难以预测。传统本构模型符合物理认识规律,但依赖于物理假设,难以适用假定条件外的工况条件。数据驱动模型能灵活捕捉非线性行为,但可能获得不符合物理规律... 冻土单轴力学行为受其内在性质与外在环境的耦合影响,导致应力-应变关系复杂且难以预测。传统本构模型符合物理认识规律,但依赖于物理假设,难以适用假定条件外的工况条件。数据驱动模型能灵活捕捉非线性行为,但可能获得不符合物理规律的预测结果,且具有数据量依赖性与泛化能力不足的问题。针对冻土试验数据量较少的情形,本文提出了一种自适应数据-物理驱动神经网络模型,该模型融合了归一化变形模式作为先验物理约束,并结合数据驱动损失(DE)、数据-物理导向损失(DP)以及物理驱动损失(PE)三个元素,构建了三元联合损失函数。通过树结构帕森估计器(TPE)自适应优化损失权重,模型不仅可以提升预测精度与可解释性,还可以退化为数据驱动神经网络或物理参数识别方法。基于冻土单轴压缩试验数据的训练与测试表明,该方法在提高预测精度的同时,增强了模型的物理合理性与外推能力,为冻土复杂力学行为建模提供了物理可解释、数据高效且泛化性强的新方法。 展开更多
关键词 冻土 单轴压缩 应力-应变关系 神经网络 物理约束
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冲击荷载作用下冻结水泥土损伤及能量特性研究 认领 引用
9
作者 黄建华 贾敏智 李宏 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2026年第1期141-149,共9页
为研究冲击荷载作用下冻结水泥土损伤演化及能量衍生流动特性规律,进行了不同冲击气压和冻结温度条件下的冻结水泥土霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)冲击试验,并结合ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析冻结水泥土的... 为研究冲击荷载作用下冻结水泥土损伤演化及能量衍生流动特性规律,进行了不同冲击气压和冻结温度条件下的冻结水泥土霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)冲击试验,并结合ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析冻结水泥土的动应力-应变,能量吸收、耗散及动态弹性模量曲线,解释了冻结水泥土的损伤破坏机理。结果表明:高冲击气压和低冻结温度是冻结水泥土试样受荷后破碎程度加剧的主要因素;冲击荷载作用下冻结水泥土内部能量衍生流动可划分为能量吸收、扩展和耗散3个阶段,且能量吸收、扩展阶段的冲击气压及冻结温度效应显著。研究成果可为动力荷载作用下冻结水泥土的加固工程提供理论基础。 展开更多
关键词 冻结水泥土 SHPB试验 能量流动规律 损伤机理
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冻土层状态对多年冻土场地地震动特性的影响分析 认领 引用
10
作者 张熙胤 张文静 管嘉达 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2026年第3期662-671,共10页
在多年冻土区,冻土层的存在和状态变化(温度和厚度)会显著影响场地地震动特性。为明确多年冻土场地地震动特性的主要影响因素,首先开展不同冻结状态下自由场地的振动台模型试验,探究在冷季(季节活动层冻结状态)和暖季(季节活动层融化状... 在多年冻土区,冻土层的存在和状态变化(温度和厚度)会显著影响场地地震动特性。为明确多年冻土场地地震动特性的主要影响因素,首先开展不同冻结状态下自由场地的振动台模型试验,探究在冷季(季节活动层冻结状态)和暖季(季节活动层融化状态)条件下多年冻土场地地面加速度峰值的变化特征;其次建立自由场地的有限差分模型,分析季节和多年冻土层温度、厚度等因素对场地地震动特性的影响。结果表明:在小震作用下,多年冻土层抑制了地面加速度峰值放大系数沿高程方向的增加效应,随着输入地震动强度的增加,这种抑制效应有所降低,而季节冻土层对地震动的抑制效应随着地震动强度的增加有所凸显。另外,在小震作用下,多年冻土层温度的降低对地震动峰值的抑制作用不太显著,多年冻土层厚度的增加使场地土体的最大水平应力有所下降;而在强震作用下,随着多年冻土层温度的降低,多年冻土场地土体的最大水平应力呈线性减小的趋势。此外,由暖季转换为冷季时,季节活动层的冻结会显著降低多年冻土场地地面加速度峰值,而季节冻土层温度的变化对场地地震动特性的影响并不明显。 展开更多
关键词 多年冻土场地 季节活动层 振动台试验 有限差分模型 场地地震动特性
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冻结黏土未冻水赋存状态界定与演化特征试验 认领 引用
11
作者 林键 李永恒 +2 位作者 姚亚锋 彭世龙 吴云 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第6期2001-2014,共14页
为了解决低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,简称L-NMR)未冻水试验中不同温度下T2谱的准确转换和水分赋存状态的界定问题,开展了饱和样与离心样的冻结L-NMR试验,研究了两种状态下未冻水演化特征,实现了冻结过程中T_... 为了解决低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,简称L-NMR)未冻水试验中不同温度下T2谱的准确转换和水分赋存状态的界定问题,开展了饱和样与离心样的冻结L-NMR试验,研究了两种状态下未冻水演化特征,实现了冻结过程中T2谱的准确转换和水分赋存状态的准确界定,据此分析了两个状态下未冻水的迁移机制。主要结论如下:(1)建立了冻结T2谱温度矫正处理方法,据此分析了两种状态下土体冻结特征曲线(soil freezing characteristic curve,简称SFCC)的差异,发现了饱和样未冻水含量始终高于离心样,确定了水分赋存差异是导致该现象的主要原因,并找到了水分赋存状态的T2阈值范围分别为薄膜水(0.038~0.396 ms)、毛管水(0.396~2.319 ms)、自由水(≥2.319 ms);(2)基于未冻水演化特性与Gibbs-Thomson效应,确定了本试验适用的表面弛豫率ρ2=49.49 nm/ms,实现了T2分布到孔径分布转换,确定了r=58.8 nm与r=344.0 nm可分别作为本次试验薄膜水、毛管水和自由水的赋存孔径界限;(3)饱和样与离心样均存在薄膜水停止迁移的温度阈值,且饱和样的温度阈值高于离心样,薄膜水迁移截止温度受毛细管内孔隙水填充率控制,填充率高的土样薄膜水迁移截止温度高。 展开更多
关键词 未冻水 水分迁移 低场核磁共振 孔隙水分布 土体冻结特征曲线
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冻土地基差异融沉下沟埋式管道管顶土压力研究 认领 引用
12
作者 王飞 钱玉龙 李国玉 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2026年第5期1104-1114,共11页
为明确冻土地基差异融沉对沟埋式管道管顶土压力的影响,以Marston沟埋式管道土压力理论模型为基础,首先引入管沟填土相对位移诱发的土拱效应,采用圆弧小主应力轨迹法确定填土侧土压力系数;其次建立主应力偏转角与管基冻土融沉量之间的... 为明确冻土地基差异融沉对沟埋式管道管顶土压力的影响,以Marston沟埋式管道土压力理论模型为基础,首先引入管沟填土相对位移诱发的土拱效应,采用圆弧小主应力轨迹法确定填土侧土压力系数;其次建立主应力偏转角与管基冻土融沉量之间的定量关系,结合斜薄层单元法推导管顶土压力求解方程,最终提出管道-冻土非协同融沉条件下管顶土压力计算模型。通过室内模型试验验证和参数敏感性分析表明,该方法能准确表征冻土融沉不同发展阶段的管顶土压力变化规律,管基融沉对管顶土压力具有显著影响,具体表现为:管顶土压力系数与管基相对融沉量近似呈线性正相关,最大增幅达41%;随差异融沉面与水平面夹角的增大,管顶土压力系数线性减小,最大降幅为14%;管顶土压力系数随沟管宽比(B/D)的增大近似呈双曲线型增长,B/D=4可作为各融沉阶段沟埋式管道与上埋式管道的分界值;随着填土高比(H/D)的增大,管顶土压力系数先增大后趋于稳定;深埋管道管沟填土在融沉时更易形成完整土拱,融沉对深埋管道管顶土压力的影响更为显著。研究成果可为冻土区埋地管道的融沉灾害评估提供理论支撑。 展开更多
关键词 管道工程 管基冻土 融沉 管顶土压力 土拱效应 沟埋式管道
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基于Boosting、Bagging、Stacking与Voting四大集成学习模型的粉质砂土冻土抗剪强度预测研究 认领 引用
13
作者 赵娜 王世旺 +2 位作者 王来贵 米亚宽 丁明瑞 《冰川冻土》 CSCD 2026年第2期606-615,共10页
为解决传统冻土抗剪强度测试耗时费力、难以满足工程动态预测需求的问题,引入Boosting模型、Bagging模型、Stacking模型和Voting模型对基模型进行集成,探究不同集成策略对于模型性能的影响,提出一种基于简单参数预测冻土抗剪强度的方法... 为解决传统冻土抗剪强度测试耗时费力、难以满足工程动态预测需求的问题,引入Boosting模型、Bagging模型、Stacking模型和Voting模型对基模型进行集成,探究不同集成策略对于模型性能的影响,提出一种基于简单参数预测冻土抗剪强度的方法。首先以内蒙古地区的粉质砂土为对象,通过室内试验建立以冻结时间、冻结温度、含水率、轴向压力和抗剪强度为特征的768组冻土数据集,然后对包含单一模型、集成Bagging模型、集成Boosting模型的27种基模型进行精度比较,选取9种精度最高的模型作为Stacking模型和Voting模型的基础模型。最后,利用决定系数(R2)、平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)对Stacking和Voting模型的学习能力和泛化能力进行综合评估和对比分析,并结合特征重要性结果对各特征的影响程度进行分析。结果表明,Stacking模型性能最优(R2=0.998,MAE=1.7091,MSE=6.4233)。Voting模型的性能略低于Stacking模型(R2=0.9979,MAE=1.6864,MSE=6.7903)。两个模型的特征重要性排序为:含水率>冻结时间>冻结温度>轴压。合理的集成学习策略可在较少输入参数条件下实现高精度预测,为寒区工程中冻土稳定性分析与设计提供了一种高效、经济且具有可解释性的新方法。 展开更多
关键词 粉质砂土 抗剪强度 集成学习 特征重要性 可解释性分析
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冻土-钢结构界面剪切力学特性试验及离散元模拟 认领 引用
14
作者 臧梦晨 张松 +3 位作者 龚振全 李晓星 张亚泽 宗一鸣 《甘肃科学学报》 2026年第1期87-95,共9页
在对冻结工程中冻结壁强度进行分析时,通常忽略了冻结管的存在。为了研究冻土-钢结构界面剪切力学特性,通过开展变角剪切试验,分析不同剪切角度和温度对冻结界面剪切力学特性的影响及变化规律。研究结果显示:(1)在温度范围为-25~-5℃时... 在对冻结工程中冻结壁强度进行分析时,通常忽略了冻结管的存在。为了研究冻土-钢结构界面剪切力学特性,通过开展变角剪切试验,分析不同剪切角度和温度对冻结界面剪切力学特性的影响及变化规律。研究结果显示:(1)在温度范围为-25~-5℃时,冻土-钢结构接触面间黏聚力随温度的降低而增大,不同温度条件下的剪切强度包络线斜率大致相似,温度对接触面内摩擦角影响较小。(2)不同剪切角度、不同温度下的剪切应力-应变曲线呈现硬化型,峰值剪切应力-温度曲线形态基本一致,在同一温度下,峰值剪切应力随剪切角度的增大而减小;在同一剪切角度下,峰值剪切应力随温度的降低而增大。(3)离散元软件模拟结果与试验曲线拟合良好,验证了微观模拟模型的合理性。同时,给出土体参数和平行黏结模型参数,在模拟冻结管与冻土接触方面具有良好的适用性,可为后续人工冻结工程设计提供理论依据。 展开更多
关键词 冻土-钢结构界面 变角剪切试验 离散元模拟 剪切强度 温度
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基于KOA-LSTM模型的人工冻土应力-应变关系预测 认领 引用
15
作者 姚兆明 刘健 王洵 《佳木斯大学学报（自然科学版）》 CAS 2026年第4期113-116,82,共4页
人工冻土的应力-应变关系是冻结法施工的重点研究对象,准确地预测冻土力学行为的变化有助于更好的开展冻结设计以及安全施工等工作。针对淤泥质黏土、砂土和砂质黏土3种典型土样,采用单轴抗压试验方法,通过控制不同的温度、含水率条件... 人工冻土的应力-应变关系是冻结法施工的重点研究对象,准确地预测冻土力学行为的变化有助于更好的开展冻结设计以及安全施工等工作。针对淤泥质黏土、砂土和砂质黏土3种典型土样,采用单轴抗压试验方法,通过控制不同的温度、含水率条件获取应力-应变数据,将采集到的样本作为模型的数据集使用,并基于试验数据构建了开普勒算法优化的长短期记忆神经网络(KOA-LSTM)预测模型。结果表明,KOA-LSTM模型在弹性阶段、屈服阶段及峰值应力点均表现出优异的拟合能力,其决定系数R2普遍高于0.98,且MAE与RMSE均较小,显著优于对比的RF与RBFNN模型。该模型为冻土力学本构模型的选择提供了新的视角,也为冻土工程中的力学分析和安全评估提供了有力工具。 展开更多
关键词 人工冻土 KOA-LSTM模型 应力-应变关系
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南京长江漫滩典型土层冻土热物理力学特性研究 认领 引用
16
作者 章晓余 皮芸烽 +1 位作者 章李韬 倪冬 《工程勘察》 2026年第4期42-48,共7页
为探究南京河西地区典型土层在冻融过程中的工程特性变化,本研究针对人工冻结工法所需关键参数,系统开展了土层冻胀融沉特性与无侧限抗压强度等系列试验,获得了长江漫滩地貌单元冻结工程段主要土层的热力学参数及力学强度指标与冻结温... 为探究南京河西地区典型土层在冻融过程中的工程特性变化,本研究针对人工冻结工法所需关键参数,系统开展了土层冻胀融沉特性与无侧限抗压强度等系列试验,获得了长江漫滩地貌单元冻结工程段主要土层的热力学参数及力学强度指标与冻结温度的关系。研究结果表明:粉细砂层表现出最高的相变起始温度,而粉质黏土夹粉砂层具有最低的冻结临界点;在-10℃低温工况下,各类土层的热传导参数均较常态环境显著提升,其中粉砂类土层增幅最为突出;非封闭条件下各土层的体积冻胀系数与融沉系数普遍高于密闭状态,粉砂及粉细砂属于弱冻胀敏感性地质材料;当冻结温度持续下降时,各类土层单轴极限抗压强度与弹性模量呈现正相关关系,而泊松比则呈负向变化趋势。 展开更多
关键词 长江漫滩 人工冻结工法 冻胀融沉特性 热传导参数 无侧限抗压强度
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冻融循环下青藏高原冰碛土强度劣化特性与微观机制 认领 引用 被引量：1
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作者 左志强 李政男 +2 位作者 刘佳诺 李明俐 郑海君 《吉林大学学报（地球科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2026年第2期611-624,共14页
为探究青藏高原冰碛土在冻融循环过程下的强度劣化规律与微观机制,采用室内试验与数值分析相结合的方法,通过开展标准三轴试验、扫描电镜实验及核磁共振实验,系统研究了不同初始条件(含水率、冻融循环次数)下冰碛土强度劣化特性和微观... 为探究青藏高原冰碛土在冻融循环过程下的强度劣化规律与微观机制,采用室内试验与数值分析相结合的方法,通过开展标准三轴试验、扫描电镜实验及核磁共振实验,系统研究了不同初始条件(含水率、冻融循环次数)下冰碛土强度劣化特性和微观结构演变,并借助回归分析方法,建立了宏观强度参数与冻融作用之间的量化关系。结果表明:1)冻融循环后冰碛土的应力-应变关系曲线呈应变软化趋势,弹性模量与抗剪强度均随冻融次数增加而下降。在冻融循环前期(0~5次),弹性模量与抗剪强度的平均损伤率分别增至16.60%和10.33%,此时强度劣化最为明显;而在冻融循环后期(10~20次),强度特征参数呈小幅波动状态并趋于平稳。黏聚力与冻融循环次数呈负指数关系,而内摩擦角受其影响较小,仅表现为小幅波动。2)随冻融循环次数增加,冰碛土颗粒排列从密集、有序向松散、无序状态转变,孔隙结构发生明显变化。3)随冻融循环次数增加,细、微孔隙在水-冰相变过程产生冻胀力的作用下逐渐扩张并合并,形成大、中孔隙;冻融循环次数为20时,大、中孔隙占比上升至59.55%,细、微孔隙占比减少至40.45%,且孔隙结构调整在冻融后期(10~20次)已基本趋于稳定。基于此,本研究改进了适用于冰碛土在冻融循环下的莫尔库伦强度准则,并建立了抗剪强度、弹性模量与冻融循环次数的多参数耦合模型。 展开更多
关键词 青藏高原 冰碛土 冻融循环 强度特性 微观机制 弹性模量 抗剪强度
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低温状态下冻土-浆脉结合界面的力学特性 认领 引用 被引量：1
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作者 胡治强 崔宏环 +3 位作者 张松 张庆武 徐维江 王雨豪 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2026年第1期59-65,共7页
针对高富水地层人工冻结法施工中冻土-浆脉界面破坏力学特性不明确的问题,采用巴西劈裂试验结合数字图像相关技术(DIC),对冻土-浆脉结合试样开展试验,分析不同初始含水率与冻结负温对界面力学性能及断裂演化机制的影响。研究结果表明:... 针对高富水地层人工冻结法施工中冻土-浆脉界面破坏力学特性不明确的问题,采用巴西劈裂试验结合数字图像相关技术(DIC),对冻土-浆脉结合试样开展试验,分析不同初始含水率与冻结负温对界面力学性能及断裂演化机制的影响。研究结果表明:不同初始含水率试件的界面裂纹扩展模式差异显著且萌生具有非同步性;初始含水率减小使浆脉有效提升冻土强度,破坏路径从脆性向韧性转变;试样损伤过程分为累积阶段和快速阶段,初始含水率升高时,损伤累积阶段持续时间及损伤加速点Df的大小与出现时间均呈现先增大后减小的规律。研究结论为地下工程的冻结法应用提供技术支持。 展开更多
关键词 冻土-浆脉界面 低温状态 巴西劈裂 数字图像技术 力学性能 含水率
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简谐荷载作用下层状饱和冻土地基动力响应分析 认领 引用 被引量：1
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作者 陈怀元 马强 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2026年第4期81-94,共14页
基于含孔隙固体多孔介质理论,建立了二维层状饱和冻土地基的计算模型,研究了简谐荷载作用下层状饱和冻土地基的动力响应问题。通过Helmholtz定理和Fourier积分变换,采用传递矩阵法,结合边界及层间连续条件推导获得了层状饱和冻土地基的... 基于含孔隙固体多孔介质理论,建立了二维层状饱和冻土地基的计算模型,研究了简谐荷载作用下层状饱和冻土地基的动力响应问题。通过Helmholtz定理和Fourier积分变换,采用传递矩阵法,结合边界及层间连续条件推导获得了层状饱和冻土地基的刚度矩阵,得到了层状饱和冻土地基在频域中的动力响应解答。通过快速傅里叶变换得到了层状饱和冻土中各相位移和应力的数值解。与已有文献进行对比后,通过数值算例分别分析讨论了上软下硬和上硬下软两种典型层状地基中表层土剪切模量、表层土温度、表层土孔隙率和荷载频率对动力响应的影响规律。研究结果表明:在上软下硬和上硬下软两种地基情况下,竖向位移和孔隙水所分担的应力幅值随着表层土剪切模量的增大而减小,随着表层土温度、表层土孔隙率和荷载频率的增大而增大;层状饱和冻土地基中软硬土层的排列次序对竖向位移和孔隙水所分担的应力影响显著。 展开更多
关键词 饱和冻土 动力响应 Helmholtz定理 Fourier积分变换 传递矩阵法
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基于PFM-LBM的冻土渗透特性介观尺度数值研究 认领 引用
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作者 胡裕洋 孙宸章 +2 位作者 颜瀚 滕继东 张升 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第1期54-64,共11页
土体冻胀现象的核心是冻土中水分的迁移和相变,而冻土渗透系数是理解该过程的关键参数。冻土对温度和流体的高度敏感性使得物理实测其渗透系数存在很大困难,因此从介观尺度开发可靠的数值分析方法是非常有益的探索。首先利用级配曲线重... 土体冻胀现象的核心是冻土中水分的迁移和相变,而冻土渗透系数是理解该过程的关键参数。冻土对温度和流体的高度敏感性使得物理实测其渗透系数存在很大困难,因此从介观尺度开发可靠的数值分析方法是非常有益的探索。首先利用级配曲线重构了土样的多孔介质结构,从介观尺度提出了一个研究冻土渗透特性的PFM-LBM耦合的介观数值方法。基于已有的试验数据和解析模型,对模型进行验证,表明该方法可以高效准确地预测饱和冻土渗透系数。在此基础上研究了未冻水含量、不同成冰方式等因素对冻土渗透特性的影响,结果显示未冻水含量对冻土的渗透系数有显著影响,集中反映在流体相对比界面长度Rf和迂曲度τf的增加。孔隙填充和颗粒包覆两者成冰方式对冻土渗透系数的影响也存在差异:前者与Rf的联系更加紧密;而后者则是随着未冻水含量的减小,τf的影响越来越突出。 展开更多
关键词 饱和冻土 相场法 格子Boltzmann方法 渗透特性 介观尺度
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