近海含鹽地層凍結(jié)二次相變特征及凍土強(qiáng)度性質(zhì)

人工地層凍結(jié)技術(shù)廣泛應(yīng)用于軟土隧道等地下工程，近年來在一些河口、近海甚至海底地下工程中得到越來越多的應(yīng)用。河口、近海、海底地層受到海水侵蝕具有較高的含鹽量，對凍結(jié)效果造成不利影響。課題以實驗手段為主研究近海含鹽地層的人工凍土基本性質(zhì)，重點研究凍土二次相變時力學(xué)強(qiáng)度隨溫度下降突增的有利現(xiàn)象，建立了“海鹽-水-地層”系統(tǒng)共晶點強(qiáng)度突變模型。另一方面，建立了人工地層凍結(jié)穩(wěn)態(tài)溫度場解析解求解方法——勢函數(shù)疊加法，求解了人工地層凍結(jié)法常用的凍結(jié)管布置方式下的穩(wěn)態(tài)溫度場解析解，并建立了排形凍結(jié)管和圈形凍結(jié)管布置方式想穩(wěn)態(tài)溫度場的等效模型，推導(dǎo)了人工凍土結(jié)構(gòu)平均溫度的計算方法，形成了人工地層凍結(jié)溫度場理論體系。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合凍土力學(xué)性質(zhì)與溫度的關(guān)系，獲得了人工凍結(jié)凍土結(jié)構(gòu)非均質(zhì)特性的解析描述。進(jìn)而，引入功能梯度材料概念，進(jìn)行人工凍結(jié)非均質(zhì)凍土結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的解析解求解，掌握了凍土結(jié)構(gòu)應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)及承載力的變化規(guī)律。 2100433B

人工地層凍結(jié)技術(shù)廣泛應(yīng)用于軟土隧道等地下工程，近年來在一些河口、近海甚至海底地下工程中得到越來越多的應(yīng)用。由于河口、近海、海底地層受到海水侵蝕具有較高的含鹽量，土的凍結(jié)溫度降低、凍土強(qiáng)度下降、導(dǎo)熱性能降低。這些含鹽效應(yīng)會對凍結(jié)效果造成不利影響，如凍土帷幕厚度減小、強(qiáng)度降低等，甚至構(gòu)成安全威脅。課題以實驗手段為主系統(tǒng)研究近海含鹽地層的人工凍土基本性質(zhì)，包括土的凍結(jié)溫度、凍土強(qiáng)度、熱物理參數(shù)和凍脹性質(zhì)，并重點研究凍土二次相變時力學(xué)強(qiáng)度隨溫度下降突增的有利現(xiàn)象，建立海鹽-水-地層系統(tǒng)共晶點強(qiáng)度突變模型，以挖掘凍土強(qiáng)度潛力。以此為基礎(chǔ)，借助理論分析與數(shù)值分析手段，完善考慮凍結(jié)溫度下降、熱物理參數(shù)變化的溫度場理論，通過凍土材料性質(zhì)與溫度的關(guān)系確定人工凍土結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)的空間形態(tài)，建立考慮凍土非均質(zhì)性、蠕變和凍脹特性的凍土結(jié)構(gòu)應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)及承載力的力學(xué)模型，解決近海地下工程凍結(jié)法理論的基本問題。

凍土是指地表至100厘米范圍內(nèi)有永凍土壤溫度狀況，地表具多邊形土或石環(huán)等凍融蠕動形態(tài)特征的土壤。本土綱相當(dāng)于美國土壤系統(tǒng)分類的新成土綱（Entisol）、始成土綱（Inceptisol）、有機(jī)土綱（Histosol），聯(lián)合國土壤分類的始成土（Cambisols）、潛育土（Gleysols）、粗骨土（Regosols）、有機(jī)土。它包括的土類有冰沼土（冰潛育土）和凍漠土。

凍土地溫特征值冰沼土

冰沼土相當(dāng)于美國系統(tǒng)分類中新成土綱的永凍性的冷凍正常新成土（Pergelic Cryorthent）和始成土綱的冷凍潮濕始成土（Cryaquepts），有機(jī)土綱中部分冷凍有機(jī)土。聯(lián)合國土壤分類中始成土的冰凍始成土（Gelic cambisols）、潛育土中的冰凍潛育土（Gelic gleysols）、粗骨土綱中的冰凍粗骨土（Gelic regosols）、有機(jī)土綱（Histosols）中的冰凍有機(jī)土（Gelic histosols），所不同的是聯(lián)合國分類是指在2米深度內(nèi)有永凍層。

凍土地溫特征值凍漠土

凍漠土在美國、聯(lián)合國分類中還沒有相應(yīng)的土類。而與美國分類的干旱土和聯(lián)合國分類的鈣質(zhì)土或石膏土有某些近似。

凍土地溫特征值 （characteristic value of ground temperature），為凍土中年平均地溫、地溫年變化深度、活動層底面以下的年平均地溫、年最高地溫和年最低地溫的總稱。

分布西藏高原凍土分布廣泛，可分為季節(jié)凍土、隔年凍土和多年凍土。多年凍土是由于大氣層和地殼之間熱量交換而形成的，并受到海拔高度控制。西藏多年凍土下界分布有顯著的自北而南逐漸升高的趨勢，其中昆侖山多年凍土下界為海拔4 200～4 300米，唐古拉山多年凍土下界為海拔4 600～4 700米，喜馬拉雅山多年凍土下界為海拔5 000米，橫斷山多年凍土下界為海拔5 200～5 800米。黑阿公路以北至昆侖山—唐古拉山南坡的藏北高原北部，為嚴(yán)寒的大陸性氣候，年均溫為－2～－6℃，為連續(xù)多年凍土區(qū)；黑阿公路以南至年平均氣溫－2～－2．5℃等溫線（大致與海拔1 600米高程一致），為隔年凍土和多年凍土區(qū)；－2℃等溫線以南，除個別海拔高的高山之上有零星多年凍土分布外，多為季節(jié)凍土區(qū)。西藏多年凍土厚度變化較大，從9～100余米不等。凍土層溫度和厚度受海拔高度控制，海拔越高、溫度越低，多年凍土越厚。凍土層的溫度和厚度也有隨緯度的減低而升高和變薄的趨勢，但不甚明顯。