深部土体冻结时温度、水分、压力及相互作用研究

本项目拟结合目前深厚地层冻结法凿井工程中关于冻结壁研究的热点问题，针对深部地压对冻土物理力学性质的改变，开展深土人工冻结时温度、水分、压力及其相互作用的研究。项目主要通过测定不同外荷载作用下土体的冻结温度和未冻水含量的变化，建立土的冻结温度和未冻水含量与外荷载和土初始含水量等参数的函数关系，获得深厚表土层下不同地层位置土体的冻结温度及其冻结后不同负温状态下的未冻水含量；在此基础上，利用高压冻融过程试验机研究外荷载对土冻结时冻胀率及吸排水率的作用，结合应用扫描电镜分析试后试样的SEM形貌，从而阐明外部荷载对正冻土和冻土冷生构造的形成作用，揭示深土冻结时温度、水分、压力之间的相互作用关系。为深部人工冻结壁的设计及合理选择人工冻结过程中的冻胀抑制措施提供理论依据。

了解深部地压对人工冻土形成过程的影响，是进行深冻结壁设计的前提，也是研究深土人工冻土力学性质的基础。本研究首先通过高压力条件下土的冻结温度测试装置、冻融过程研究系统等试验装置的研发，建立高压力条件下土冻结过程研究的试验平台。然后以此平台为依托，开展了土的初始含水量、压力、冻结速率对较高压力作用土体冻结温度的影响研究，给出了冻结温度与上覆土压力、初始含水量之间的关系；分析了高压力作用下土体在冻融过程中的变形特征及吸排水量的大小，认为高压力作用下土体的变形主要由土颗粒尺寸受温度变化所产生的热胀冷缩变形和土体受温度变化而产生的蠕变变形组成，其中蠕变变形在土体的整个冻结过程中占主导地位；分析冷端温度和压力对冻结缘含水量、位置和厚度的影响，以及冰透镜体区含水量和位置的影，阐明外部荷载对正冻土冷生构造形成特征的影响。依托本项目，共发表论文4篇，其中SCI或EI收录论文2篇，会议论文2篇，编写专著1部。还有两篇SCI论文正在审阅过程中。