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多年冻土区钻孔灌注桩热学分析及模型试验研究
| 论文题名： | 多年冻土区钻孔灌注桩热学分析及模型试验研究 |
| 关键词： | 多年冻土区;钻孔灌注桩;回冻过程;有限元法;模型试验;热学分析 |
| 摘要： | 冻土是一种特殊的土类,除了含水量、密度和矿物成分影响它的工程性质、物理和化学性质外,它对气候和环境变化很敏感。冻土中的桩基承载力受温度状态严重影响,当冻土地基温度的升高时,其承载能力和冻结强度随之降低。 在多年冻土区工程建设中,钻孔灌注桩是桩基础中最常见的一种施工方法,因为它对冻土地基热影响小,维持了冻土的原始状态。另外,桩在施工时方法简单,成桩后具有承载能力和抗冻能力高的特点,所以,钻孔灌注桩在多年冻土区得到了广泛的应用与发展。 通常,由于水泥和水之间所发生的化学和物理反应,导致混凝土桩在浇筑完成后会释放水化热。对于多年冻土区的钻孔灌注桩而言,钻孔产生热以及混凝土桩会释放水化热都会对冻土地基带来热影响,而混凝土的水化热是主要来源,这些热量在冻土回冻过程中逐渐传递到桩周冻土中,改变了冻土温度场的原始状态。特别是由于钻孔灌注桩所释放出的水化热使得冻土温度场受到很大的影响,导致桩周土温度升高,在短时间内处于非冻结状态。冻土区桩周土温度场严重制约桩基的承载力,所以,多年冻土区桩周土回冻过程的研究为多年冻土区工程设计与建设有着重要的指导意义,并为基桩承载力形成的认识及后续工程的施工提供了可靠的依据。 由于冻土的性质特殊,冻土地基中基桩现场试验过程周期长,并且耗费大量的人力、物力还有财力,因此,取代现场试验研究最佳的方案是进行室内冻土回冻试验。本文通过采用自制混凝土预制桩(内置电热棒)、自制制冷盘管、温度巡检仪、温度传感器、直流电源及XT5405型高低温冻融循环试验箱等试验仪器,组成了一套冻融与回冻的试验装置,模拟钻孔灌注桩在多年冻土地区的回冻过程,研究在不同的水化热及地温条件下桩周土的回冻规律。 另外,本文通过ANSYS有限元分析软件用数值模拟的方法,模拟了室内试验回冻过程的温度场。由于混凝土桩水化热的影响,以给定的微分控制方程和边界条件为前提建立室内试验的数值模型来模拟热扰动及回冻过程。经过对数值计算的结果分析后,可以确切的得到桩周土的温度随时间、深度的变化规律。 本文通过不同的研究方法,得到了一些有价值的数据与结论,对多年冻土区桩周土回冻过程的研究带来很好的参考。 |
| 作者： | 徐树锋 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王旭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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