冻胀过程管土相互作用规律及受力特征

• 作者: 何彬彬 吴吉春 张玺彦 盛煜 黄旭斌 黄龙
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 学科: 地球科学
• 关键词: 冻胀 管道 变形 力 约束 相互作用
• 年，卷（期）: 2020,（4）
• 所属期刊栏目: 地质工程·土木工程
• 页码范围: 1022-1036
• 页数: 15页
• 分类号: TU411|P642.3
• 字数: 6500字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2020.04.017

摘要

为研究冻胀过程中管-土之间的相互作用规律及受力特征,以不锈钢管及冻胀敏感性粉质黏土为材料,在没有外界水源补充的小型环境模型试验机中进行试验.首先,黏贴电阻应变片于管道上,并将管道及其支架放置于敞口保温箱内;其次,填装土样并同步在每个测点布置温度、水分和土压力传感器;最后,在试验过程中实时监测土体的温度、含水率、土压力、冻胀量及管道的变形和应力等变量,主要分析与讨论降温阶段即持续70h的冻胀阶段所采集数据.研究结果表明:冻胀过程中管道抑制土体冻胀的实质是抑制土体的水分迁移;管土之间相互协调发展且始终保持着动态平衡,冻胀导致管道发生变形的同时管道又约束着土体的冻胀,冻胀受约束而产生土压力;管道变形以及与管道的距离决定管道对土体冻胀的约束程度;管道变形越小,约束率越大,土压力越大,水分迁移量越小,冻胀越小;而同一时刻管轴线两侧土体的冻胀明显比管底土体的大,且距离管道越远的位置,约束率越小,土压力越小,水分迁移量越大,冻胀越大;土压力随着时间而增大,与约束率呈指数增大的关系,但与冻胀呈指数衰减的关系;冻胀引起管道产生轴向及环向应力,轴向最不利应力分布位置为管中4/8处;环向应力的存在说明管道发生截面变形,在较大的冻胀力或外荷载作用在管道上时,环向应力的影响不可忽视.