冻土的动力特性研究及其参数确定

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冻土流变学

冻土流变学1. 简介冻土流变学是研究冻土在应力作用下的变形和流动特性的学科。

冻土是指在低温环境下，土壤或岩石中的水分凝结成冰的现象。

冻土广泛存在于寒冷地区，如北极、南极、高山地区等，对于工程建设和环境保护具有重要的影响。

冻土流变学主要关注以下几个方面的内容：•冻土的物理性质：包括冻土的温度、含水量、孔隙度等基本特性，对冻土流变性的研究提供基础数据。

•冻土的应力变形特性：研究冻土在外界应力作用下的变形规律，如冻土的压缩、蠕变、剪切等性质。

•冻土的流动行为：研究冻土在应力作用下的流动特性，如冻土的粘滞流动、塑性流动等行为。

•冻土的破坏机理：研究冻土在应力超过其强度极限时的破坏机制，如冻土的断裂、剪切破坏等。

2. 冻土的物理性质冻土的物理性质对于冻土流变学的研究具有重要的意义。

冻土的物理性质主要包括以下几个方面：•温度：冻土的温度是冻土流变性的重要影响因素。

随着温度的降低，冻土中的水分逐渐凝结成冰，冻土的强度和刚性增加。

•含水量：冻土中的水分含量对冻土的流变性产生显著影响。

含水量越高，冻土的流变性越显著。

•孔隙度：冻土中的孔隙度对冻土的流变性有重要影响。

孔隙度越大，冻土的流变性越明显。

3. 冻土的应力变形特性冻土在外界应力作用下会发生变形，其应力变形特性是冻土流变学的核心内容之一。

冻土的应力变形特性主要包括以下几个方面：•压缩性：冻土在受到垂直应力时会发生压缩变形。

冻土的压缩性取决于其孔隙度、含水量等因素。

•蠕变性：冻土在长时间作用下会发生蠕变变形。

蠕变是冻土流变性的一种重要表现形式。

•剪切性：冻土在受到剪切应力时会发生剪切变形。

冻土的剪切性与其物理性质密切相关。

4. 冻土的流动行为冻土在应力作用下会发生流动，其流动行为是冻土流变学的重要内容之一。

冻土的流动行为主要包括以下几个方面：•粘滞流动：冻土在受到外界应力时会表现出粘滞性，即冻土的流动速度与应力大小成正比。

•塑性流动：冻土在受到外界应力时会表现出塑性性，即冻土会发生塑性变形，形成塑性流动。

冻土动力学研究综述

冻土动力学研究综述
陈克政;丁琳;孙剑飞
【期刊名称】《世界地震工程》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】冻土动力学是寒区岩土工程所要考虑的重要内容,是研究冻土抗震和抗长期循环荷载的理论基础。

本文主要介绍了冻土动力学参数的测试方法,回顾了冻土动力学参数、冻土动强度、冻土动蠕变破坏特征和冻土动蠕变强度的研究进展,并对部分冻土动态本构模型和动蠕变模型进行了简单的介绍,最后对冻土动力学的发展趋势进行了展望。

【总页数】14页(P185-198)
【作者】陈克政;丁琳;孙剑飞
【作者单位】东北林业大学机电工程学院;黑龙江省水利科学研究院;黑龙江大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU435;P642.14
【相关文献】
1.冻土动力学的研究现状及展望
2.冻土动力学性的研究现状及研究方向
3.青藏铁路高温冻土动力学参数试验研究
4.冻土动力学参数研究的成果综述与展望
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冻土知识点总结

冻土知识点总结冻土是指土壤或岩石中含有冰的土壤或岩石。

在大部分地区，冻土主要分布在高纬度地区和高海拔地区。

冻土对地球的温室气体循环、生态系统和气候变化有显著影响。

本文将从冻土的定义、形成、分类、特点、对气候变化的影响等方面对冻土进行总结。

一、冻土的定义冻土是指土壤或岩石中含有冰的土壤或岩石，常见于高纬度地区和高海拔地区。

冻土的存在与气温、土壤类型、地形和植被等因素有关，是地球表面过程和物质循环的重要组成部分。

二、冻土的形成冻土的形成与地球表面的气温和水分状况有密切关系。

在气温低于0℃的条件下，土壤中的水分或地下水中的水分会凝结成冰，形成冻土。

受地形和植被等因素影响，冻土的形成具有时空变异性。

1. 气温影响气温是影响冻土形成的主要因素。

在气温低于0℃的条件下，土壤中的水分会结成冰，形成冻土。

在高纬度地区和高海拔地区，由于气温低，冻土分布广泛。

2. 土壤类型影响土壤类型也是影响冻土形成的因素之一。

不同类型的土壤对温度的反应不同，有的土壤容易结冻，有的则不容易结冻。

粘土含水量较高，容易形成冻土。

3. 地形和植被影响地形和植被的特点也会影响冻土的形成。

山地、高原和盆地地形容易在低温条件下形成冻土。

植被的覆盖会对土壤温度产生影响，一定程度上调节土壤的冻融过程。

三、冻土的分类冻土按照不同的标准可以分为多个类别。

按照冰的含量和分布情况，冻土可以分为两种类型：季节性冻土和多年冻土。

季节性冻土又可分为浅层季节性冻土和深层季节性冻土。

1. 季节性冻土季节性冻土是指每年在冷季节形成，随着气温升高而融化的冻土。

它分布在地表下0.5米到3.5米之间，受气温的季节变化影响较大，非常脆弱。

2. 多年冻土多年冻土是指在地表下深处大于2米处的冻土层。

多年冻土通常在冬季达到最高的厚度，而在夏季会有所融化，但不会完全消融。

多年冻土对气候变化的响应时间较长，更加稳定。

四、冻土的特点冻土不同于其他类型的土壤，具有独特的特点和特性。

1. 冻土的机械性质冻土的机械性质受冻融循环影响较大。

2019年人工冻土物理力学性能试验(第四部分).doc

7.2.1准备工作按7.1.2～7.1.4规定的步骤进行。
7.2.2确定负荷增加速率，使试样在30s±5s内达到破坏或轴向变形大于20%为止。
7.2.3开动压力仪按确定的负荷增加速率加载，同时测读轴向变形和力值。若用百分表测量变形，根据7.2.2确定的负荷增加速率选取测读间隔，至少应有5个以上有效读数。建议用数据自动采集系统测试。
最近几年，分公司一直把人员培训视为企业发展，增强企业竞争力的突破口，财务治理工作同样迫切需要素质较高的会计从业人员，因此我们根据实际工作的要求，结合支公司学分制考核，年初就制定了培训计划，有步骤有目的的进行培训。并且于5月份开始每周三全员定时参加分公司财务处举办的新会计准则培训，在6月份、9月份还分别参加了省公司和国网公司举办的新会计准则培训班，通过学习，进一步了解了公司的各项治理制度，懂得了企业财会人员的工作要求，如何中国电力资料网更好地做好基层财务工作等，进一步激发了干好财务工作的主动性与积极性，并且也为明年年初即将实施的新准则打下了良好的基础，
在今年的财务治理工作中，最重要的一点就是借助支公司的考核体系，采取了工作质量与方针目标的考核机制，将治理的要求与重点，纳入工作质量与方针目标考核。将费用预算通过月份考核与工资挂钩，全面提高了财务核算质量，实事求是的体现财务经营成果，做诚信纳税单位。并顺利通过每年一次的所得税汇算检查以及国家税务总局今年开展了电力专项检查。
本部分主要起草人：李长忠、刘晓敏、周金生、宁方波。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为：
——MT/T593.4－1996。
第4部分：人工冻土单轴抗压强度试验方法
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MT/T 593的本部分规定了人工冻土单轴抗压强度试验所需的试验用仪器、设备，试样，基本要求，试验步骤和结果计算。

青藏高原典型冰碛土的物理力学特性研究

青藏高原典型冰碛土的物理力学特性研究方学东;黄润秋【摘要】There were many times of glacial actions during the pleistocene global ice ages in the Qinghai-Tibet Plateau that is well-known as the roof of the world, leaved a lot of glacial traces. The moraine soil belongs to the special engineering soils, which has complicated composition, mixed structure and changeable physical and mechanical properties. The moraine soil is usually confused with diluvium and eluvium. The site of constructing Yad-ing airport is located at Daocheng Haizi Mountain. Its foundation soil is a typical Qinghai-Tibet Plateau moraine soil, and stacked up after the Daocheng ice cap melt. In order to master the moraine's special physical and mechanical properties, and reveal the relationship between moraine's properties and the glacier evolution, the composition analysis, physical and mechanical properties testing, and ESR dating were carried out during the Yading airport foundation survey. Research shows that the moraine soil of Yading airport, stacked up dur ing 37±5ka BP and compacted by the glacier, has the characteristics of higher density, lower void ratio, higher foundation deformation modulus and bearing capacity. Moraine soil belongs to the over-consolidated soils (average preconsolidation pressurernis about 290kPa) and can be used as a good natural foundation of major engineering in the Qinghai-Tibet Plateau.%在被称为世界屋脊的青藏高原,更新世全球冰河期发生了多次冰川作用,留下了大量冰川遗迹.作为冰川遗迹之一的冰碛土,属于特殊的工程岩土,具有成分复杂、结构混杂、物理力学性质变化大的特点,容易和坡积物、残积物等第四系堆积物混淆.在建的亚丁机场位于稻城海子山,场址地基土为稻城冰帽消融所形成的冰碛土,具有青藏高原冰碛土的典型性.为了掌握冰碛土的特殊物理力学性质,揭示其和冰川演化之间的关系,通过对亚丁机场场道地基的勘察,完成了典型冰碛土粒度成分分析、现场及室内物理力学性质测试,以及冰碛土ESR测年.研究表明,亚丁机场场址的冰碛土形成于37±5ka B.P.；由于大小混杂、颗粒级配良好(Cu=8.05,Cc=1.09),在后期多次冰川的压实作用下,表现出密度高、空隙比小、地基变形模量和承载力高的特性,平均前期固结压力达到290kPa,可作为高原重大工程的天然良好地基.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2013(021)001【总页数】6页(P123-128)【关键词】青藏高原;冰碛土;物理特性;力学特性【作者】方学东;黄润秋【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059;中国民航飞行学院研究生处广汉 618307;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都 610059【正文语种】中文【中图分类】P642.142006年，中国民用航空局发布了规划至2020年的全国民用运输机场发展规划，明确提出:至2020年，包括重庆、四川、云南、贵州和西藏在内的西南地区完成52个运输机场的布局，构建西南机场群［1］。

土的动力特性解读

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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 一、液化发生的机理 • 振动液化就是饱和土在动荷载作用下丧失其原有强度而转变为一种类似液体状态的现象。它是一种特殊的强度问题，以强度的大幅度骤然丧失为特征。比如饱和砂土表现出的喷砂冒水、长距离的迅速滑移、土体中轻型结构物的上浮或土体上建筑物的下陷等现象。
• 总的来说，细的颗粒、均匀的级配、浑圆的土粒形状、光滑的土粒表面、较低的结构强度、低的密度、高的含水量、相对较低的渗透性、较差的排水条件、较高的动荷载、较长的振动持续时间、较小的法向压力都是不利于饱和砂土抗液化性能的因素；反之，饱和砂土的抗液化性能较好。
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• 五、影响土振动液化的主要因素（为了了解土在什么条件下容易液化） • 研究表明，影响饱和砂土振动液化可能性的主要因素有土性条件、起始应力条件、动荷载条件以及排水条件。 • 1.土性条件 • 土性条件主要指土的粒度特征、密度特征和结构特征。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• （1）从土的粒度特征即平均粒径d50、不均匀系数cu和粘粒含量pc来看，它们均与土的抗液化强度成正比。 • （2）从土的密度特征即相对密度Dr或孔隙比e及干重度rd等来看，Dr ，e ，rd ，抗液化强度。 • （3）从土的结构特征即土的排列和胶结状况来看，排列结构稳定和胶结状况良好的土均具有较高的抗液化能力。重塑土<原状土；遭受过地震的砂土比未遭受地震的砂土难液化（结构）；均匀级配的砂比良好级配的砂强，圆粒砂比角粒砂强。？
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
பைடு நூலகம்
• 此时，一方面是孔隙水在一定超静水压力的作用下力图向上排除，另一方面是土颗粒在其重力作用下又力图向下沉落，这就有可能使土在结构破坏的瞬间或一定时间内，土粒因其向下的沉落为孔隙水的向上排除所阻碍，处于局部或全部悬浮（孔隙水压力等于有效覆盖压力）状态，土的抗剪强度局部地或全部地丧失，出现不同程度的变形或完全液化（振动液化）。此后，随着孔隙水逐渐挤出，孔隙水压力就逐渐减小，土粒又逐渐沉落，重新堆积排列，压力重新由孔隙水传给了土粒承受，砂土即达到新的稳定状态（振动压密）。

冻土力学

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在评价冻土的强度时必须考虑时间因素。冻土对外力的抗力在很大程度上取决于荷载作用的时间及荷载增长的速度。当冻土受恒载作用时，其强度将大大降低，且取决于冻土的成分、含冰量及温度，将降低 66～93％。这种降低是由于在恒载作用下冻土中发生应力松弛（弱化）的流变过程决定的。这种在变形不变的条件下应力的降低可以用松弛方程准确描述，它由迭加蠕变理论方程在应变为常数的情况下对应力求解而得出：
At e m
m 为强化系数，小于 1，既与温度无关，也与荷载作用时间无关。
At 可变的变形模量，与荷载作用时间和温度有关，并且按照指数规律变化。
At t
且
1 k
根据以上式得到：
1
e
m m t

上式是从单轴压缩推导出的，且未计入初始瞬时变形。但用其描述冻土的流变变形过程可以得到满意的结果。目前工程上计算冻土蠕变和松弛的最通用的冻土应力应变状态流变方程是经过简化的解，即博尔滋蔓-沃尔捷尔迭加蠕变理论方程式。任意时刻的变形不仅与该时刻的应力值有关，而且与先前的变形历史有关。在连续加荷下，总应变将由瞬时变形和蠕变应变叠加而成。即
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三、应力应变状态的流变方程式应力应变状态流变方程确定了应力、变形和时间之间的关系。考虑时间因素乃是流变方程与普通方程之间的主要差别。冻土在荷载下流动是冻土最重要的性质。试验表明，作用荷载越大，冻土进入稳定粘塑性流动阶段就越快，其变形速度随荷载增加而增大。尚未发生冻土非衰减变形的最大应力成为冻土的长期强度。应力应变曲线方程：
t e E Rt dt
t

地基土的动力特性参数的取值

作者简介：杨时英何旭芳
９７７
９７８９７８
男，浙江省第七地质大队高级工程师。
女，浙江万邦工程管理咨询有限公司工程师。
女，浙江万邦工程管理咨询有限公司工程师。男，浙江省第七地质大队助理工程师。
文化内涵深厚。
（）以山口集中区为代表的叶蜡石矿，其稀有性、观赏２价值、科学价值和保存完整性在 “ 四大国石 ” 中特征突出，为青田石所独有。（）综合青田县各种地质遗迹类型及其评价结论，田２青县遗迹集中区遗迹类型全面、系统完善，达到了构建国家级
沟、地脚螺栓等的尺寸及位置；（）机器的扰力和扰力矩及其方向；３（）基础在建筑物中的位置；４
（）建筑场地的地质勘察资料。５
其中第５条就是地质勘察部门所要提供的资料。动力机器基础勘察要求较高，除了需要提供一般建筑勘察所需的岩
参考文献 … ＪＪ４２０，建筑桩基技术规范［．１Ｇ９— ０８ｓ】［２】工程地质手册［＿（三版、第四版）Ｍ１第．【Ｇ５０ — ６３Ｂ０４９，动力机器基础设计规范【．】ｓＪ【４】ＤＢ３１０ — ０３建筑地基基础设计规范【Ｊ浙江省标３／０１２０，ｓ．

冻土参数（规范）

1、冻土冻胀影响影响地基土冻胀的地下水主要深度是各类土毛细水高度有关的临界深度；粘土、粉质粘土为1.2~2.0m ，粉土为1.0~1.5m ，砂土为0.50m 。

当地下水位低于临界深度时，可不考虑地下水对冻胀的影响，仅考虑土中含水率的影响，属封闭系统情况。

当地下水位高于临界深度时，可按开敞系统考虑，即考虑土中含水率和地下水补给的影响。

如多年冻土活动层粘性土冻胀问题可按封闭系统处理，即在没有地下水补给的条件下，土中含水率和冻胀率间的关系为：)(8.0)(209.1p p wd ωωωωρρη-≈-= 式中 η—冻胀率（%）ρd —土的干密度，取1.5g/cm 3ρw —水的密度，取1.0g/cm 3ω、ωp —分别为含水率和塑限含水率（%）。

结构对应的含水率C ），不稳定状态（年平均地温高于0.5~1.0°C ），基本稳定状态（年平均地温高于-1~-2°C ）和稳定状态（年平均地温低于-2°C 以下）。

2、冻土地基静载荷试验（1）冻土抗剪强度不仅取决于影响融化土抗剪强度的有关因素（如图土的组成、含水率、结构等）还与冻土温度及荷载作用时间有关，其中负温的影响是十分显著的。

根据青藏高原风火山地区资料，在其他条件相同的情况下，冻土温度-1.5°C 时的长期粘聚力C1=82kPa ，而-2.3°C 时，C1=134 kPa ，相应的冻土极限荷载Pu 为420 kPa 和690 kPa 。

可见，在整个试验期间，保持冻土地基天然状态温度的重要性，并应在量测沉降同时，测度冻土地基在1~1.5b 深度范围的温度（b 为基础宽度）。

（2）根据软土地区荷载试验资料，承压板宽度从50cm 变化到300cm ，所得到的比例极限相同，P0.02变化范围在100~140 kPa ，说明土内摩擦角较小时，承压面积对地基承载力影响不大，冻土与软土一样，一般内摩擦角较小或接近零度。

土的动力特性分析方法探讨

土的动力特性分析方法探讨冯子江;刘玉;侯晓燕;鲜莉莉;徐成中【摘要】针对土的动力特性传统分析方法的局限性,讨论了应用微细观结构动力分析方法分析土的动力特性的必要性,从土的微细观结构入手,提出分析动力荷载作用下土体与建筑物基础共同作用的分析方法是离散单元法与有限单元法相结合的数值分析法.最后,探讨了求解土动力学问题的方法.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2012(033)003【总页数】3页(P97-99)【关键词】土体;动力特性;微细观结构;数值方法;动态松弛法【作者】冯子江;刘玉;侯晓燕;鲜莉莉;徐成中【作者单位】无锡中粮工程科技有限公司,江苏无锡214035;长安大学,陕西西安710064;无锡中粮工程科技有限公司,江苏无锡214035;无锡中粮工程科技有限公司,江苏无锡214035;无锡中粮工程科技有限公司,江苏无锡214035【正文语种】中文在过去的几十年里，强震在世界范围内频繁发生，这是推动土动力学发展的主要客观原因之一.计算机技术、数值方法的快速发展，土工测试技术的不断提高以及不同学科之间的相互渗透等是推动土动力学发展的理论基础与方法依据.随着研究手段的提高，研究方法的深入，人们已经不再满足于简易的数学计算，而期望在更高层次上把握与认识土的动力特性.土的动力特性是指在动荷载作用下土的动强度和抗液化强度不断变化的特性［1］.通过弹塑性模型能够比较真实地反映土的动力特性.然而，受到土静力学和经典力学方法的束缚，土动力学模型与实际差异较大，适用范围相对狭窄，求解也有较大的盲目性，而且模型根据应用条件不同需要不断修正.因而，传统方法模型的应用效率较差，且造成人力与物力的浪费.目前，土的微细观结构动力分析方法在各种土质分析中的应用已经引起广泛关注.从土的微细观层次上分析土的动力特性能够弥补传统方法的不足，能够充分揭示土体的破坏机理.在此，笔者将探讨应用微细观结构动力分析方法分析土的动力特性的必要性，并从微细观结构分析入手，讨论动荷载作用下土体与建筑物基础共同作用的分析方法以及求解动力学问题的方法.土是一种特殊的建筑材料，具有复杂的非线性特征、历史性与不确定性.一直以来，由于受研究手段的限制，人们通常基于线性分析从宏观层次上应用连续介质力学方法分析土体的动力特性，并通过室内试验探索土体的工程性质，而从微细观层次上揭示土体破坏机理的研究却不太普遍.现代科技的快速发展，尤其是图像技术与数值方法的快速发展为突破传统研究方法的局限性提供了可能.譬如，现代图像技术已用于分析矿料颗粒的形状与分布特征等［2］;数值模拟方法已用于模拟地基的回弹特性［3］、土体颗粒的排列形式［4］及非线性特征［5］等.事实上，土的宏观工程行为是微观或细观结构的反映，很大程度上受到微观或细观参数的直接或间接影响，尤其土体中颗粒的形状、大小差异也较大.因此，采用均匀化处理的连续介质模式来处理土的动力学问题很难准确表达其结构的复杂性.土的性质、结构组分不同，其表现出的动力特性也不同.例如相对于黏土，砂土更易液化，粉土根据其黏粒的含量不同表现出不同的抗液化性能等.土体液化与土的结构组成有关，是土体微观结构力学行为的宏观反映［6］.因此只有从土的微结构出发探索土的动力特性，应用微细观结构动力分析方法才能完全揭示土在宏观上反映出的土体液化和在动力荷载作用下动强度的变化机理.在建筑结构分析过程中，常常把上部结构、基础、地基三者分开来考虑.首先，用固定支座来代替地基基础，并假设基础的变形可以忽略，计算上部结构的应力与变形并求得作用在基础上的支座反力;然后，把上一步计算得到的支座反力作用到地基基础上，基于材料力学求解地基基础底部的反力，并进而确定边界条件，求得基础内部的应力与变形;最后，施加上一步计算得到的地基基础反力到地基上，以验算地基承载力与变形.显然，这种计算方法简化了结构与地基基础设计，方便应用且计算量较小，但它忽略了3个计算步骤之间的联系，忽略了上部结构、地基基础及地基本身在接触部位的协调变形.由此产生的后果是上部结构的计算内力通常小于底层和边跨梁柱的实际内力，而基础的计算内力却远比实际内力小.显然，在工程设计中应当合理地考虑上部结构、基础与地基之间的协调变形能力与相互作用的影响.研究在动荷载作用下土体与建筑物地基的共同作用问题时需注意以下事项:①合理考虑土与结构之间的相互作用，研究因相互作用而带来的附加影响，以及这种附加影响在何种条件下有利;②通过选择合理的计算模型与方法，正确评价土与结构相互作用带来的影响;③考虑新建模型或方法的广泛适用性;④把上部结构计算在内，建立土－基础－上部结构相互作用的计算模型［7］，对于不同种类的桩基础，选择合适的分析程序［8］.室内或现场试验是研究工程问题的重要方法，但通过试验研究土体与建筑物基础的相互作用相当困难.有限单元法是解决工程力学问题最为广泛的数值方法，它在模拟连续介质力学问题上已经相当成熟，也有很多研究者用于模拟建筑结构与基础.譬如用有限元程序对钢梁进行力学分析，还有通过有限元程序进行高层结构设计与分析［9－10］.而土体微结构属于颗粒组合体，内部存在不连续面及空隙，因此采用基于连续介质力学的有限单元法模拟土体结构非常困难.而离散单元法是一种基于非连续介质力学理论(分子动力学)的数值方法，已经被广泛应用于岩土工程领域.如张承荣等基于离散单元法模拟岩体锚固作用［11］，孙玉杰等用于模拟岩体渗流［12］，周先齐等用它分析边坡稳定性问题［13］.而建筑物基础与土体的动力相互作用涉及连续介质与非连续介质的力学问题，因此应采用离散单元法与有限单元法相结合的数值分析方法.在19世纪，Raylei提出一种力学新概念，即动态松弛法.根据这一概念，受力系统的静力解可与相应的动力解相对应或等价，为解决非线性静力问题提供一种新思路，即把非线性静力问题转化为与其相对应的动力问题求解.动态松弛法的基本思想可以描述为:首先，结构体的质量可以简化并集中在节点上，惯性力和阻尼力虚拟施加在节点上，其结果必然是把节点的静力平衡方程转化为动力平衡方程.然后，基于数学方法(差分法或其他积分或微分方程)并以初始状态为出发点，显式求解非线性问题.动态松弛法的出发点是用动力学的观点求解静力学问题，其根本出发点是用牛顿第二定律求解每个离散单元上的运动方程.动力学问题和静力学问题的差别就在于作用荷载的不同，一个是动荷载，一个是静荷载，即求解动力和静力问题的力的边界条件不同，一个是动力边界，一个是静力边界，但求解的过程相同.由于离散单元法求解位移大多采用动态松弛法，因此用动态松弛法求解土动力学问题有比较成熟的理论和计算方法的支持.由于土体是岩石风化的产物，具有明显的非线性特征，用基于小变形假设的连续介质力学解析或数值分析方法很难模拟土体微观结构的性质和行为，不能真实地反映土体在动力荷载作用下的破坏状态和破坏过程中土体内部结构的变化机理.提出的从土的微细观结构分析入手，采用离散单元法与有限单元法相结合的数值分析法研究动力荷载作用下土体与建筑物基础的共同作用，应用动态松弛法求解土动力问题的思路合理、可行.【相关文献】［1］吴世明.土动力学［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.［2］Chandan C，Sivakumar K，Eyad Masad，et al.Application of imaging techniques to geometry analysis of aggregate particles［J］.Journal of Computing in Civil Engineering，2004，18(1):75 －82.［3］Zeghal M.Discrete-element method investigation of the resilient behavior of granular materials［J］.Journal of Transportation Engineering，2004，130(4):503 －509. ［4］Yu Huanan，Shen Shihui.Impact of aggregate packing on dynamic modulus of hot mix asphalt mixtures using threedimensional discrete element method［J］.Construction and Building Materials，2012，26(1):302 －309.［5］Tutumluer E，Kim M.Considerations for nonlinear analyses of pavement foundation geomaterials in the Finite Element Modeling of flexible pavements［C］∥Proceedings of the 15th US National Congress of Theoretical and Applied Mechanics.UnitedStates:American Society of Civil Engineers，2007.［6］汪闻韶.土的动力强度和液化特性［M］.北京:中国电力出版社，1997.［7］Radtke F K F，Simone A，Sluys L J.A computational model for failure analysis of fibre reinforced concrete with discrete treatment of fibres［J］.Engineering Fracture Mechanics，2010，77(4):597 －620.［8］Pham H B，Al-Mahaidi R，Saouma V.Modelling of CFRP-concrete bond using smeared and discrete cracks［J］.Composite Structures，2006，75(1 －4):145 －150. ［9］韩雪芳.基于MIDAS的行走式塔吊轨承钢梁分析研究［J］.山西建筑，2010(15):43 －44. ［10］李和平，曾学敏，周锋.武汉某超限高层结构设计分析［J］.国外建材科技，2008，29(5):66 －68.［11］张承荣，许振华.应用离散单元法分析工程岩体锚固作用［J］.江西有色金属，2010，1(1):13 －16.［12］孙玉杰，邬爱清，张宜虎，等.基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合作用机制研究［J］.长江科学院院报，2009，26(10):62 －66.［13］周先齐，徐卫亚，钮新强，等.基于强度折减的离散单元法在岩质边坡稳定性分析中的应用［J］.长江科学院院报，2008，25(5):107 －110.。

冻土的力学性质及研究现状

冻土的力学性质及研究现状冻土是一种具有特殊力学性质的地质材料，它在自然界中具有重要的作用。

冻土的力学性质主要包括剪切强度、压缩系数和导热系数等，这些性质的研究对于冻土工程的应用和理论研究具有重要意义。

本文将介绍冻土的力学性质及研究现状，以期为相关领域的研究提供参考。

冻土的力学性质是研究冻土行为的重要参数。

其中，剪切强度是冻土最基本的力学性质之一，它表示冻土在剪切力作用下的抵抗能力。

压缩系数是冻土压缩变形的量化指标，导热系数则反映了冻土在温度变化时的热传导能力。

这些性质的研究有助于深入了解冻土的力学行为和变形规律。

对于冻土力学性质的研究，近年来取得了一定的进展。

研究者们通过实验和理论分析，对冻土的剪切强度、压缩系数和导热系数等性质进行了深入研究。

例如，研究者通过应力路径实验，探究了不同应力路径下冻土的力学响应；同时，基于热力学理论，建立了冻土的热传导模型，为冻土工程的应用提供了理论支持。

冻土研究涉及多个领域，包括地质学、物理学、土木工程等。

在国家政策方面，许多国家都加强了对冻土研究的投入，推动了冻土科学的发展。

例如，我国在南北极科学考察、青藏公路建设等方面投入了大量资源，深化了人们对冻土的认识。

然而，目前冻土研究仍存在一些不足之处。

冻土的力学性质和行为规律仍不完全清楚，需要进一步实验和理论研究。

冻土工程应用中存在诸多问题，如冻胀、融沉等，需要采取有效的技术措施加以解决。

冻土区生态环境脆弱，如何在保护环境的前提下合理利用冻土资源，也是亟待解决的问题。

为了解决冻土研究与应用中存在的问题，需要发展相应的关键技术。

目前，冻土领域的关键技术主要包括数值模拟、原位测试和理论分析等。

数值模拟技术通过计算机模拟冻土在不同条件下的行为，为冻土工程设计和优化提供重要依据。

原位测试则通过现场对冻土进行测试和分析，直接获取冻土的力学性质和其他相关参数。

理论分析则通过建立数学模型对冻土行为进行描述和预测。

这些技术在解决冻土问题中具有广泛的应用前景。

基于动力 BNWF 法的冻土-桩相互作用模型研究

基于动力 BNWF 法的冻土-桩相互作用模型研究李永波;张鸿儒【摘要】Permafrost is distributed widely in our country.Although pile foundation is the main foundation form for large bridges in frozen zones,few studies have been conducted regarding the dynamic characteristics of pile foundation construction in permafrost.An improved nonlinear ana-lytical model for frozen soil-pile dynamic interaction was developed on the basis of model test results of the dynamic characteristics of pile foundations in various subzero temperature soils under lateral dynamic loads and an analytical model of pile-soil-structure interaction with the dynamic beam on nonlinear Winkler foundation model.This improved analytical model simulates the nonlinear lateral pressure effect of the frozen soil around the pile with an improved bidirec-tional compression-only multi-yield spring.Vertical friction effects between the frozen soil and pile,extrusion and separation effects of frozen soil under pile tips,and damping effects of the far-field soil on the dynamic characteristics of pile foundations are also considered in this analytical model.The parameters of the bidirectional tensionless multi-section yield spring are determined by the nonlinear p-y relationship of frozen soil.The p-y relationship whose parameters were based on the results of the indoor frozen soil compression test was simulated by the combination of a cubic function and a constant function.Displacement-force response of the pile head and pile shaft responses to bending moments at different depthsunder dynamic forces were very similar to the model test results.Results indicate that the improved analytical model is potentially helpful during the analysis of frozen soil-pile dynamic interactions.%基于水平循环荷载作用下不同负温冻土环境中单桩动力特性模型试验结果，在已有分析桩-土-结构相互作用的动力 BNWF 模型的基础上，提出改进的冻土-桩基动力相互作用非线性反应分析模型。

冻土物理学,化学及冻胀机理研究

冻土物理学,化学及冻胀机理研究
冻土物理学研究着重于冻土的物理性质及其对土壤的影响。

主要研究内容包括冻土的孔隙结构、饱和度、导热性质、弹性性质、力学特性等。

通过对冻土的物理性质研究，可以了解冻土的冻结过程、冻结速率对冻土性质的影响等。

冻土化学研究主要考察冻土的化学成分及其变化规律。

主要研究内容包括冻土中的溶质、离子交换、土壤颗粒的化学成分以及化学反应等。

通过对冻土的化学性质研究，可以深入了解冻土中溶质运移规律、溶解气体的影响等因素对冻土形成和演化的影响。

冻胀机理研究主要探究冻土在融化过程中的胀缩变化及其机理。

主要研究内容包括冻土孔隙水的结冰胀缩、冻土颗粒胀缩、冻土重排结构等。

通过对冻胀机理的研究，可以有效预测和控制冻胀引起的土壤变形和工程灾害。

地基基础处理技术4冻土知识讲解

第四节冻土一、冻土的分类冻土是指温度等于或低于摄氏零度、且含有冰的各类土。

根据其冻结时间和冻结状态可将冻土分成多种类型。

(一)按冻结时间分1.季节性冻土季节性冻土是受季节性的影响，冬季冻结，夏季全部融化，呈周期性冻结、融化的土。

季节性冻土在我国的华北、西北和东北广大地区均有分布。

因其周期性的冻结、融化，对地基的稳定性影响较大。

季节性冻土根据其结构形式，又可分为：(1)整体结构：土在冻结时，土中水分有向温度低的地方移动的性能。

整体结构冻土是由于温度骤然降低，冻结较快，土中水分来不及移动即冻结，冰粒散布于土颗粒间，肉眼甚至看不见，与土粒成整体状态。

融化后土仍保持原骨架，建筑性能变化不大。

(2)层状结构：地表温度不很低，且有变化，土中水分冻结一次，融化一次，又冻结一次，则形成层状结构冻土。

这种土融化后骨架整个遭受破坏，对建筑性能影响较大。

(3)网状结构：由于地表不平，冻结时土中水分除向低温处移动外，还受地形影响，使水分向不同方向转移，而形成冰呈网状分布的冻土，这种土一般含水、含冰量较大，融化后呈软塑或流塑状态。

(4)扁豆体和楔形冰结构：由于季节性冻结和融化，土中水分向表层低温处移动，往往在冻层上限冻结成扁豆体状冰层，当冻土层向深度发展，扁豆体状冰层即夹于冻土层之中。

当岩层或土层具裂隙时，水即在裂隙中成冰楔体。

此类结构的冻土，承受荷载时易沿冰体滑动。

2.多年冻土多年冻土是指冻结状态持续多年(一般是二年或二年以上以上)不融的冻土。

多年冻土常存在地面以下一定深度，其上部接近地表部分，往往亦受季节性影响，冬冻夏融，此冬冻夏融的部分常称为季节融冻层。

因此，多年冻土地区常伴有季节性的冻结现象。

多年冻土根据其垂直构造、水平分布和冻结发展趋势，又可分为下列几种类型：(1)按垂直构造分：(a)衔接的多年冻土：冻土层中没有不冻结的活动层，冻层上限与受季节性气候影响的季节性冻结层下限相衔接。

(b)不衔接的多年冻土：冻层上限与季节性冻结层下限不衔接，中间有一层不冻结层。

冻土理论研究进展

ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ�� ５０Ｎｏ�� ３
１４５
郭利娜∥冻土理论研究进展
土ꎮ 世界上多年冻土面积占地球陆地总面积的１ / ４ꎬ 此后冻土学又演变成很多分支ꎬ 前苏联以Ｖｙａｌｏｖ和
在我国则占国土总面积的２２�� ３％ ꎬ 这些显著的冻土Ｔｓｙｔｏｖｉｃｈ为代表的冻土力学专家ꎬ 在研究过程中取得
主要是从事工程地质环境角度来研究的[２] ꎬ 一是将土的物理力学性质ꎬ １９６１年美国设立了ＣＲＲＥＬ机构
冻土作为工程地质条件ꎬ 研究它的成分、结构、地用来专门研究寒区工程ꎮ 近年来ꎬ 美国科学院极地研
下冰ꎻ 研究冻土层的分布、厚度、温度动态ꎻ 研究究局成立了多年冻土研究委员会ꎬ 负责协调和促进北
性质的研究ꎬ 揭示了冻土的最基本的本构关系和流变特性、单轴强度、瞬时三轴强度等理论ꎬ 并提出了相应的试验拟合模型ꎮ 关于冻土流变过程的研究工作ꎬ 俄罗斯学者ꎬ 特别是维亚洛夫等[１３] 的工作奠定了冻土流变学的基础ꎬ 他们进行的大量试验研究结果ꎬ 阐明了冻土的流变性质及其发生机理ꎬ 在总结前人研究的基础上ꎬ 为后续研究冻土的学者们也积累了宝贵经验ꎮ ＴＨＯＭＰＳＯＮＥ�� Ｇ�� 和ＳＡＹＬＥＳＦ�� Ｈ�� [１４] 对原位冻土的蠕变特性作了非常详细的研究ꎬ 研究发现蠕变曲
前苏联是国外最早开始研究冻土的国家ꎬ １９２７年前苏联科学家苏姆金出版的« 苏联境内永久冻结土壤»ꎬ 标志冻土学开始成为一门独立学科发展起来ꎮ
表１冻土的分类
名称
冻土类别
说明
按时间分类

冻土试验要求范文

冻土试验要求范文一、试验目的冻土试验的目的是为了表征和评价冻土的力学性质、热力学性质和水力学性质，并为工程设计和施工提供科学依据。

通过试验可以获取冻土的物理指标、力学参数、渗透系数等相关数据，以评估冻土工程的稳定性和安全性。

二、试验对象冻土试验的对象是冻土体，试验可针对冻土的不同层次进行，包括冻土的宏观力学性质、微观力学性质、热力学参数、水力学参数等。

三、试验方法1.样品的采集和制备根据设计要求和试验需要，在野外或试验室中采集不同深度和位置的冻土样品。

样品采集应按照规定的方法和标准进行，保证样品的完整性和代表性。

采集到的冻土样品经过处理后，需制备成试验样品，通常采用冷冻、切割、修整等方法制备标准的试验样品。

制备过程中应避免破坏原有的结构和性质。

2.试验仪器和设备冻土试验需要使用一系列试验仪器和设备，包括测量仪器、变形仪器、温度控制设备、气象仪器等。

试验仪器要求满足试验要求，并经过校准和有效的维护。

3.试验内容和方法冻土试验的内容和方法根据具体的试验目的和要求而定，可以分为以下几个方面：(1)冻土物理性质试验：包括密实度、孔隙比、容重、含水量、颗粒分析等试验，以获取冻土的基本物理性质参数。

(2)冻土力学性质试验：包括抗剪强度、压缩性、弹性模量、黏聚力等试验，以评价冻土在力学加载下的变形和破坏特性。

(3)冻土渗透性试验：包括渗透系数、渗透压、渗透阻力、渗透速率等试验，以评估冻土的渗透特性及其对工程的影响。

(4)冻土热学性质试验：包括导热系数、热膨胀系数、温度变形特性等试验，以评估冻土在不同温度条件下的热传导和热变形特性。

(5) 冻土力学参数试验：包括剪切模量、泊松比、Cohesion等试验，以获取冻土的力学参数，为结构设计和变形分析提供依据。

四、试验要求1.试验样品的制备应精确、正确，保证样品的完整性和代表性。

2.试验所用仪器和设备应校准合格，试验条件应稳定、准确。

3.试验过程中应注意保持环境温度和湿度的稳定。

土木工程学科前沿讲座-冻土

土木工程学科前沿讲座-冻土(总7页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-中国矿业大学力学与建筑工程学院《专业导论》课程土木工程方向专题论文论文题目：冻土地区路面基层结构姓名班级学号学期任课教师2011年06月专业导论—冻土地区路面基层结构——针对我国青藏公路所谈冻土问题班级：土木班姓名：学号：摘要路面基层作为路面结构中的主要承重层，其强弱和好坏明显影响着路面结构的整体强度、使用品质和使用寿命，路面的许多病害与基层状况直接相关。

随着半刚性基层在我国公路路面中的广泛使用，冻土地区公路路面基层类型也比较单一，以水泥稳定粒料等半刚性基层为主。

在一些冻土地区低温、大温差、干燥、冻融循环剧烈等特殊自然条件下，半刚性基层普遍出现强度低、难以形成板体、收缩开裂严重等问题，导致路面整体承载能力和抗变形能力明显降低，产生反射裂缝、不均匀沉陷、坑槽和松散等多种病害，严重影响路面的使用性能。

冻土地区公路路面特殊的使用条件和施工条件对路面基层结构与材料提出了特殊要求。

青藏高原多年冻土基本呈连续性或大片分布，温度低，地下冰厚，青藏公路和青藏铁路穿越青藏高原的大片连续多年冻土、岛状多年冻土和季节冻土区，其出现的问题为冻土研究提供了有利依据。

关键字冻土地区路面基层病害1冻土研究冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩。

冻土是一种对温度十分敏感且性质不稳定的土体是一种特殊土类。

常规土类的性质主要受其颗粒的矿物和机械成分、密度和含水量的控制，只要这些因素一确定，土的性质就基本稳定，因此多半边表现为静态特性。

冻土就不一样了，冻土的特性除与上述因素有关外，还受含冰量的控制，而含冰量直接与温度挂钩，温度升高含冰量减少，温度降低含冰量升高。

在人类生产活动的深度范围内（一般不超过20米），由于气候季节变化，引起土温的变化时不可避免的，因此，冻土的性质随时都在变化，表现为动态特性。

冻土是广泛分布在地球表面的一种低温地质体且冻土区有丰富的土地、森林和矿藏资源，它的存在及其演变对人类的生存环境、生产活动和可持续发展具有重要影响。

土的动力性质

土的动力性质正文动力作用下的土的力学性能。

当土的应变（纵向应变或剪应变）在10-6～10-4范围（如由于动力机器基础、车辆行驶等所引起的振动）时，土显示出近似弹性的特性；当应变在10-4～10-2范围（如打桩、中等程度的地震等所引起的振动）时，土具有弹塑性的特性；当应变达到百分之几的量级（如0.02～0.05）时，土将发生振动压密、破坏、液化等现象。

因此，土的主要动力特性通常以10-4的应变值作为大、小应变的界限值。

在小应变幅情况下，主要是研究土的动剪切模量和阻尼；在大应变幅情况下则主要研究土的振动压密和动强度问题；而振动液化则是特殊条件下的动强度问题。

所以，土的动力性质主要是指动剪切模量、阻尼、振动压密、动强度和液化（见砂土液化）等五个方面。

土的动剪切模量小应变幅的动剪切模量常用野外波速法和室内共振柱试验测定，也可用经验公式估算。

波速法根据所测得的从振源到拾振器之间的距离和剪切波（或压缩波）到达拾振器所需要的时间来计算剪切波波速v s，则得：(1)式中G d为土的动剪切模量；ρ为土的质量密度。

波速法按其激振和接收方式的不同，有表面波波速法、上孔法、下孔法和跨孔法（两个或更多个钻孔）等，以后者用得较多（见工程地球物理勘探）。

共振柱法在实心或空心的圆柱形土样上施加纵向振动或扭转振动，并逐级增大驱动频率，直到试样发生共振为止。

根据一端固定、一端自由的端部条件，并忽视端部激振器的质量，可得G d＝16f2l2γ/ɡ(2)式中f为扭转振动时的共振频率；l为试样的高度；γ为土的容重；ɡ为重力加速度。

影响土的动剪切模量的变量有剪应变幅、有效平均主应力、孔隙比、颗粒特征、土的结构、应力历史、振动频率、饱和度和温度等，其中有几个变量是相互联系的（如土的孔隙比、结构和颗粒特征）。

对小应变幅动剪切模量，剪应变幅的影响可以忽略。

对于净砂，在小剪应变幅（小于10-5）的情况下,动剪切模量主要是孔隙比和有效平均主应力的函数。