【正文】 在實(shí)驗(yàn)過程中均聽到 “啪 ”的聲響，然后進(jìn)行壓力機(jī)指針回轉(zhuǎn)，分別記下破壞荷載值，根據(jù)公式計(jì)算抗拉強(qiáng)度。試樣的中間部分長度 L 和直徑 d 的比約為 ～ ，兩頭部分的直徑 D 為（ ～ ） d，變直徑的曲率半徑為（ 1～ 2）d，這種試驗(yàn)方法容易受到一些細(xì)小裂紋和別的缺陷的影響。影響凍 土抗拉強(qiáng)度的因素和影響凍土抗壓強(qiáng)度的因素基本相同，可是抗拉伸蠕變也有其重要特點(diǎn)。當(dāng)含水量大大超過飽和含水率時(shí)，凍土強(qiáng)度就降低到接近冰的強(qiáng)度 ，此時(shí)含水量增加時(shí)，凍土抗壓強(qiáng)度反而降低 。 土質(zhì)是影響凍土抗壓強(qiáng)度的重要因素之一 實(shí)驗(yàn)表明，在其它條件相同時(shí)，土顆粒越粗，凍土強(qiáng)度越高，反之，越低。瞬時(shí)強(qiáng)度比 持久 強(qiáng)度要大許多，負(fù)溫值越高，兩者相差越大?；旧鲜请S時(shí)間及溫度變化。 凍脹和融沉效 應(yīng) 土的冷卻使土體中產(chǎn)生一定的溫度梯度，使土中的水流向土的冷卻部分。 溫度場(chǎng)和凍結(jié)速度 凍結(jié)地層的溫度場(chǎng) 地層凍結(jié)是通過一個(gè)個(gè)的凍結(jié)管向地層輸送冷量的結(jié)果。冷卻水循環(huán)在制冷過程中的作用是將壓縮機(jī)排出的過熱蒸汽冷卻成液態(tài)氨，以便進(jìn)入蒸發(fā)器重新蒸發(fā)。積極凍結(jié)期間，凍結(jié)器進(jìn)出口溫差一般為 3到 7℃，消極凍結(jié)期間，其進(jìn)出口溫差一般為 1 到 3℃。氨循環(huán) 氨循環(huán)的制冷過程實(shí)際上是熱工轉(zhuǎn)換過程。 在河床或水池中凍結(jié)巖石時(shí)地下水可能產(chǎn)生較大的流速。根據(jù)土的成分與孔隙率計(jì)算滲透系數(shù)公式為： )(1010 tcdk ?? 式中： 10k ——當(dāng)溫度為 10℃ 時(shí)的滲 透系數(shù)（ m/d）； c——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，范圍在 400～ 1200，隨著粒徑組成而定，一般黏土質(zhì)砂 為 500～ 700，純砂為 700～ 1000； 10d ——有效粒徑，小于這種直徑的顆粒在土中占 10%（ mm）； t——滲透水的溫度（ ℃ ）。 地下水的運(yùn)動(dòng)類型可分為兩類：一是自然條件所引起的流動(dòng)；二是人為原因所引起的流動(dòng)。12H2O 氯化銅 CuCl2 592 － 冰 +CuCl210H2O 硫酸銅 CuSO4 135 － 冰 +CuSO4當(dāng)?shù)貙雍}或受到鹽水 侵害時(shí)都會(huì)降低結(jié)冰的冰點(diǎn)，其程度與溶解物質(zhì)的數(shù)量成正比例關(guān)系。薄膜水的比重也大于 1，冰點(diǎn)也低于 0℃ ，一般在 － 20℃ ～ － 30℃ 時(shí)才全部凍結(jié)。 土顆粒表面帶負(fù)電荷，當(dāng)水接近它時(shí)，就在這種靜電的引力作用下產(chǎn)生極化，使靠近土顆粒表面的水分子失去自由活動(dòng)的能力而整齊、緊密的排列起來，如圖22 a、 b、 c 所示。由于土粒間彼此的距離很小，甚至互相接觸，所以相鄰兩個(gè)土粒的薄膜水就匯合在一起形成公共水化膜。 （ 5）凍土繼續(xù)冷 卻段：隨著溫度的降低，凍土強(qiáng)度逐漸提高。 ② 冰體積大于土體積。 ② 一般分布在塔頭沼澤和低洼地帶。 15 層 狀 構(gòu) 造 層狀（冰厚一般可達(dá)5~10mm） ① 巖性以粉砂土為主。 ③ 融化后不產(chǎn)生融沉現(xiàn)象。堅(jiān)硬凍土： vm ≤；塑性凍土： vm ＞ ；松散凍土： ω≤3%。 表 22 季節(jié)活動(dòng)層的類型和分布 類型 年平均地溫（ ℃ ） 最大厚度（ m） 下臥地層 分布地區(qū) 季節(jié)凍土層 0 2~3（或更厚） 融土層或不銜接 的多年凍土層 多年凍土區(qū)的 融區(qū)地帶 季節(jié)融化層 0 2~3（或更厚） 銜接的多年 凍土層 多年凍土區(qū)的大片多年凍土地帶 其他類型的凍土 按凍土的含冰特征，可定名為少冰凍土、多 冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土和含冰土層。粘土凍融后，滲透性大大增加，為原狀土的 3 一 10 倍，而砂土僅略有增大，粘土凍融后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是原狀土 的 1/3 一 1/2， 靈敏度降低。凍結(jié)緣理論克服了毛細(xì)理論的不足。 20 世紀(jì) 90 年代以來，開始提出熱力學(xué)模型，采用有限元法對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變、水流和溫度進(jìn)行預(yù)報(bào)，主要采 用楊氏模量、泊松比、蠕變定律的 6 個(gè)參數(shù)、導(dǎo)濕系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量等，但熱力學(xué)模型只用熱力學(xué)理論描述微觀凍脹機(jī)理，并不能解決實(shí)際應(yīng)用，因此熱力學(xué)模型的研究還需深入。凍結(jié)法鑿井就是在井筒開挖之前，采用人工制冷的方法，將井筒周圍含水地層凍結(jié)成一個(gè)封閉的不透水的帷幕一凍土墻 （ 簡稱凍結(jié)壁 ） ，用于抵抗地壓、水壓、隔絕地下水與井筒地鐵隧道凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場(chǎng)及地表凍脹位移數(shù)值試驗(yàn)研究之間的聯(lián)系，而后在其保護(hù)下掘砌工作。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1862 年英國工程師南威爾士在建筑基礎(chǔ)施工中，首次使用了人工制冷技術(shù)加固土壤。由于國內(nèi)各大城市地鐵隧道、公路隧道等地下工程的興建，凍結(jié)法基本上已經(jīng)成為地下隧道中聯(lián)絡(luò)通道、泵站和盾構(gòu)進(jìn)出洞等重要工程施工的一種專用方法 ， 在北京地鐵大北窯車站區(qū)間隧道施工首次成功地采用了局部水平凍結(jié)技術(shù)，水平凍結(jié)長度超過 40m。地鐵隧道凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場(chǎng)及地表凍脹位移數(shù)值試驗(yàn)研究人工地層凍結(jié)技術(shù)用于采礦鑿井在國外有 100 余年的歷史，在中國也有 40 余年，然而，它在其他巖土工程的應(yīng) 7 用中尚處于起步階段。我國目前在城市進(jìn)行市政巖土工程及地下空間開發(fā)中遇到許多傳統(tǒng)巖土工程方法難于解決的問題，如地鐵、隧道中一些不能用盾構(gòu)法施工的小而形狀不一的工程和湖底、河底近距離隧道工程及河岸近距離基坑工程等。 地層土人工凍結(jié)技術(shù)是一種起源于天然凍結(jié)現(xiàn)象的土層加固技術(shù)。 關(guān)鍵詞：人工凍結(jié)法、凍土、凍結(jié)壁、凍結(jié)孔 Abstract: Frist, this paper introduces the topics of the purpose and significance of international and domestic Artificial Freezing Method Research and Application Status and frost thaw Mechanism and Experimental Study. Next es the classification of artificial frozen soil and structure, as well as the impact of groundwater on the formation of the freezing the process of the formation of the freezing soil, the physical and mechanical properties great changes have taken place .So this paper study the tensile strength, pressive strength and shear strength of the freezing soil in the text for describes the principles of artificial freezing method , design, and the changes of the freezing wall temperature field during the formation. It’s based on the above theory , learn more about the design and construction of select of the article elaborates artificial freezing method from the frozen solution , freezing hole layout and construction as well as during the excavation of , a subway tunnel connecting passage freezing construction technology, made of artificial freezing method in practical engineering applications, conducts a deep understanding of step. Keywords: artificial freezing , frozen , freeze wall , freezing hole 3 目錄 第一章 緒論 .................................................................................................................... 5 選題意義 ............................................................................................................. 5 問題提出 ............................................................................................................. 6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................................................... 8 凍脹融沉機(jī)理及試驗(yàn)研究 ....................................................................................10 第二章 凍土描述及其性質(zhì) ..............................................................................................11 凍土 定義 ............................................................................................................11 凍土分類 ............................................................................................................11 按含冰特征 ...............................................................................................11 按凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間分類 ..........................................................................11 按活動(dòng)層與下臥層的類別及其關(guān)系分類 .....................................................12 其他類型的凍土 ........................................................................................12 凍土構(gòu)造類別 .....................................................................................................14 凍土形成過程 .....................................................................................................15 地下水對(duì)凍土影響 ..............................................................................................17 土粒與水的相互作用 .................................................................................17 水質(zhì)與流速對(duì)巖土凍結(jié)影響 .......................................................................18 第三章 人工凍結(jié)法原理及其力學(xué)參數(shù)和特性 ..................................................................26 人工凍結(jié)法原理 ..................................................................................................26 制冷技術(shù) ...................................................................................................26 地下水對(duì)凍結(jié)的影響 .....................................................