【正文】 10~25mm） ① 巖性以細(xì)顆粒土為主。 ② 有少量水分滲出。 ② 細(xì)顆粒土凍結(jié)，可見到冰層狀。 ② 一般分布在階地或塔頭沼澤地帶。 ③ 融化后產(chǎn)生弱融沉現(xiàn)象。③ 凍結(jié)強(qiáng)度很高， 不易擊碎 ① 融化后原土體積縮小，現(xiàn)象不明顯。 ③ 土壤濕度：潮濕 ωp＜ ω＜ ωp+7 ① 粗顆粒土凍結(jié)，孔隙被較多冰晶充填，偶爾可見薄冰層。 層 狀 構(gòu) 造 微層狀（冰厚一般可達(dá)1~5mm） ① 巖性以粉砂土或黏性土為主。 ② 無滲水現(xiàn)象。 ③ 凍結(jié)強(qiáng)度一般（中等），可用錘子擊碎。 ③ 土壤濕度：稍濕 ω＜ωp(土壤的塑限 ) ① 粗顆粒土凍結(jié)， 結(jié)構(gòu)較緊密，孔隙中有冰晶，可用放大鏡觀察到。 14 凍土構(gòu)造類別 凍土的構(gòu)造類別如表 25 所示： 表 25 凍土的構(gòu)造類別 構(gòu)造 類別 冰的產(chǎn)狀 巖性與地貌條件 結(jié)冰特征 融化特征 整 體 構(gòu) 造 晶粒狀 ① 巖性多為細(xì)顆粒土，但砂礫石土冰潔也可產(chǎn)生此種構(gòu)造。 按體積壓縮系數(shù)（ vm ）或總含水量（ ω）劃分為堅(jiān)硬凍土、塑性凍土和松散凍土。 凍土的泥炭化程度超過表 24 中數(shù)值時(shí)，稱為泥炭化凍土。 凍土中易溶鹽含量超過表 23 數(shù)值時(shí)，稱為鹽漬化凍土。當(dāng)冰層厚度大于 ，且其中不含土?xí)r，應(yīng)單另標(biāo)出定名為純冰層（ ICE）。在多年凍土地區(qū)可根據(jù)活動(dòng)層與下臥層的類別及其銜接關(guān)系，分為季節(jié) 凍土 層和季節(jié)融化層兩種類型（見表 22）。 Ⅲ 厚層冰：冰厚度大于 （ ICE）： ① 含土冰層（ ICE+土類符號），可定名為含土冰層（ H） ② 純冰層（ ICE），定名為 ICE+土類符號 按凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間分類 作為寒區(qū)工程地基和環(huán)境 的凍土，根據(jù)表 21 按土的凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，分為多年凍土、隔年凍土和季節(jié)性凍土根據(jù)形成與存在的自然條件不同將多年凍土分為高緯度多年凍土和高海拔多年凍土。 凍土分類 按含冰特征 Ⅰ 未凍土：處于非凍結(jié)狀態(tài)的巖、土；按土的分類標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行定名； Ⅱ 凍土： 肉眼看不見的分凝冰的凍土（ N）： ① 膠結(jié)性差，易碎的凍土（ Nf） ； ② 無過剩冰的凍土（ Nbn）； ③ 膠結(jié)性良好的凍土（ Nb）； ④ 有過剩冰的凍土（ Nbc）； 均可命名為 少冰凍土（ S） 。 11 第二章 凍土描述及其性質(zhì) 凍土 定義 當(dāng)溫度降低到結(jié)冰溫度（一般為 0℃ ）或更低時(shí)，巖土凍結(jié)并膠結(jié)了固體顆粒，形成凍土。 楊平研究了原狀土與人工凍融土的密度、干密度、含水量、飽和度、孔隙比、塑限、液限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、滲透系數(shù)等物理指標(biāo)，以及抗剪強(qiáng)度 、 無側(cè)限抗壓地鐵隧道凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場及地表凍脹位移數(shù)值試驗(yàn)研究強(qiáng)度、壓縮模量等力學(xué)指標(biāo)的差異性得出 ： 土凍融后密度、干密度及塑性指數(shù)略有降低 ；孔隙比、液性指數(shù)略有增大 ； 而其它物理指標(biāo)基本一致。 2020 年，羅小剛、陳湘生等在典型粘土凍融試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了凍融對土工性質(zhì)如孔隙率、滲透性、壓縮性等的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明 ，凍結(jié)飽和砂土融化過程可分為負(fù)溫升溫、相變和自由水溫升 3 個(gè)階段 ； 與此對應(yīng)，融化沉降過程可分為開始、急降和緩降 3 個(gè)階段 ； 而模型結(jié)構(gòu)切向應(yīng)力則經(jīng)歷了上升、陡降和緩降 3 個(gè)過程，這 3 個(gè)階段的時(shí)間比約為 1:2:2， 最終模型受有切向融沉壓縮附加應(yīng)力。得到廣大學(xué)者的認(rèn)可 ， 稱為第二凍脹理論。認(rèn)識到毛細(xì)理論的不足之處， Milierl提出在凍結(jié)鋒面和最暖冰透鏡底面存在一個(gè)低含水量、低導(dǎo)濕率和無凍脹的帶，稱為凍結(jié)緣 (frozenffinge)。 10 凍脹融沉機(jī)理及試驗(yàn)研究 早在 17 世紀(jì)后期，人們就已經(jīng)注意到凍脹現(xiàn)象，但是直到二十世紀(jì)，人們才逐漸 認(rèn)識到水分遷移作用是導(dǎo)致土體凍脹的主要根源。但是目前的研究沒有考慮凍結(jié)法施工中影響凍結(jié)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，沒有系統(tǒng)的進(jìn)行主要設(shè)計(jì)參數(shù)對地鐵水平凍結(jié)法施工中的溫度場及地表凍脹位移的研究，從而未能對地鐵隧道水平凍結(jié)法施工各參數(shù)的選擇提供科學(xué)可靠的參考。 國內(nèi)不少學(xué)者應(yīng)用計(jì)算機(jī)對凍結(jié)壁溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并取得了一些成果，例如安徽理工大學(xué)汪仁和教授，程樺教授以及中國礦業(yè)大學(xué)的楊維好教授等應(yīng)用 ANSYS 對溫度場進(jìn)行模擬分析，在這些模型中，外荷載僅作為影響凍脹的一個(gè)因子考慮，并沒考慮因加載、凍脹和蠕變等引起的應(yīng)力場和位移場的變化。剛性冰模型假設(shè)凍結(jié)緣中的冰與正生長的冰透鏡體緊密地連在一起，當(dāng)凍脹發(fā)生時(shí)孔隙冰能通過微觀的復(fù)冰過程移動(dòng)，因此，凍脹的速度應(yīng)與剛性冰體的移動(dòng)速度相等，但是大量的物理參數(shù) （ 如凍結(jié)緣中的應(yīng)力比例因子、未凍水含量和導(dǎo)濕系數(shù) ） 需要確定，因此應(yīng)用有一定的限制。分凝勢模型把分凝勢定義為水分遷移與通過凍結(jié)緣的溫度梯度的比值，根據(jù)相平衡的熱力學(xué)原理，冰透鏡處產(chǎn)生的負(fù)壓和由于凍結(jié)緣低滲透性引起水流的 受阻是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)勢的原因。水動(dòng)力學(xué)模型的共同之處是沒有討論不連續(xù)的冰透鏡體的形成，也不考慮外部荷載，只是假設(shè)當(dāng)含冰量達(dá)到臨界值時(shí)會發(fā)生凍脹。 自 20 世紀(jì) 70 年代初， Hadan 首先提出水熱禍合模型后，從此進(jìn)入研究多場禍合問題階段， Harla 的理論被 outcali、 Taylor 等引用并發(fā)展口，工作的核心均是基于凍土中的熱質(zhì)遷移來進(jìn)行數(shù)值模擬，將這些模型統(tǒng)稱為水動(dòng)力學(xué)模型。我國于 1955年首次在開灤煤礦西風(fēng)井應(yīng)用凍結(jié)法施工獲得成功后，凍結(jié)法在立井及其他地下工程中得到了推廣應(yīng)用。 90 年代以來，國外開始將這一技術(shù)用于環(huán)境保護(hù)如放射性污染物的掩埋隔絕處理等。此后一個(gè)多世紀(jì)里，人工凍結(jié)法在許多國家的煤礦、隧道、地鐵和建筑基礎(chǔ)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用并不斷發(fā)展。 1883 年人工土凍結(jié)法首次在德國阿爾里德煤礦井筒施工中應(yīng)用并獲成功，至 1900 年人工凍結(jié)法用于礦山施工次數(shù)已達(dá) 60 次以上。所以凍結(jié)施工中溫度場引起 地表過大的凍脹量將使地下管線及地上的建筑物、道路等受到影響甚至破壞。不同土質(zhì)條件凍脹也不同，粘土變形量大，粉質(zhì) 8 粘土、砂土次之 （ 粗粒土一般不產(chǎn)生凍漲 ） ，雖然凍脹對工程影響很大，但并不是不能控制的。土的凍脹主要是因?yàn)闇囟葓鲆鹜林性趾瓦w移而來的水分結(jié)晶，體積膨脹，引起凍土體積增大，結(jié)果在土層中產(chǎn)生凍脹力，導(dǎo)致地表出現(xiàn)變形。 目前土凍結(jié)理論中有較成熟的關(guān)于凍結(jié)速度、凍結(jié)溫度場及凍土墻強(qiáng)度的計(jì)算方法，但對凍軟土、融土物理力學(xué)性能和凍脹特性、模型以及凍脹對周圍環(huán)境影響的計(jì)算方法等，國內(nèi)尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究，國外也很少報(bào)導(dǎo)。富含水的困難地質(zhì)條件下的城市地下工程將日益增多，人工凍結(jié)技術(shù)在建筑物密集的城市地區(qū)越來 越廣泛的應(yīng)用，從而為凍結(jié)法的應(yīng)用提供了廣闊的空間。地下鐵道的隧道水平凍結(jié)技術(shù)是在含水不穩(wěn)定的地層中鉆鋪水平凍結(jié)器，利用低溫鹽水循環(huán)降低地層溫度，將天然巖土變成凍土，形成完整性好、強(qiáng)度高、不透水的臨時(shí)水平凍結(jié)加固體，從而在其保護(hù)下進(jìn)行隧道開挖和補(bǔ)砌。所以人工凍結(jié)技術(shù)被越來越多的應(yīng)用到復(fù)雜條件下的礦山、建筑物工程、港口工程及水工工程中，特別是沿海城市的地鐵隧道及其聯(lián)絡(luò)通道施工中，由于地下水位埋深淺，而且其地層軟弱 （ 如淤泥、淤泥質(zhì)土和流砂等 ） 常規(guī)的施工方法不能維持周圍土體的穩(wěn)定，采用人工凍結(jié)法，通過在含水不穩(wěn)定土層中預(yù)先埋設(shè)凍結(jié)管， 使地層中的水凍結(jié)成冰，把天然巖土變成人工凍土，增強(qiáng)其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行地鐵或其聯(lián)絡(luò)通道的施工。 地層人工凍結(jié)技術(shù)是利用人工 制冷的方法，降低土體的溫度使含水地層形成凍結(jié)體。因此在一定的地質(zhì)，環(huán)境條件下采用凍結(jié)法形成凍土墻用于深基坑支護(hù)是一種具有可行性和競爭力的技術(shù)手段。隨著城建規(guī)模的迅猛發(fā)展，基坑的跨度和深度不斷的增加，在一些沿海地區(qū)的地基屬軟弱地基，常伴有淤泥及流沙，在這種條件下進(jìn)行大型的開挖，坑壁維護(hù)越來越困難，成本越來越高，有時(shí)占整個(gè)建筑成本的 10%，為此必須尋找一種既比較安全 又經(jīng)濟(jì)的新的坑壁維護(hù)方法，凍結(jié)法既為其中之一。深基坑支護(hù)是建筑工程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，對這些問題及對策的研究，是隨力學(xué)理論，計(jì)算技術(shù)，測試儀器以及施工機(jī)械的進(jìn)步而深入的。例如南京地鐵在盾構(gòu)進(jìn)出洞及連通道暗挖中面臨普通工法難以解決的問題，這就給巖土工程界提出了新的課題，為此必須尋求一種既安全又較為合理的新方法。發(fā)達(dá)國家已把對城市地下空間的開發(fā)利用作為解決城市人口、資源、環(huán)境三大危機(jī)的重要措 施和醫(yī)治 “城市綜合癥 ”實(shí)施城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。 問題提出 隨著社會和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人口的不斷增長和生存空間的相對縮小，開發(fā)地下空間已成為人類擴(kuò)大生存空間的重要手段和發(fā)展趨勢。采用人工制冷加固（凍結(jié)法），可以使土體中的大部分水 結(jié)冰，這不僅提高了土的強(qiáng)度，增強(qiáng)了土體的穩(wěn)定性和整體性，而且可以達(dá)到其他止水方法所無法比擬的隔水性能；同時(shí)隨著地層開挖深度的增加，凍結(jié)法施工更具有 6 經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢。傳統(tǒng)上較普遍的人工土凍結(jié)是使用鹽溶液間接制冷法，就是將鹽溶液用氨或氟里昂壓縮方法冷卻后，作為冷媒在土體內(nèi)埋設(shè)的管道中循環(huán)，吸收土體熱量，增加自身顯熱，不斷循環(huán)制冷，直到土體凍結(jié)，達(dá)到加固和穩(wěn)固土體的目的。如何保證工程及周圍環(huán)境的安全，采用何種施工技術(shù)，如何確定合理的凍結(jié)參數(shù)并降低造價(jià)等 ，具有很大的意義。完善和發(fā)展人工土凍結(jié)理論和技術(shù)體系不僅具有重要的社會效益，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)前景。各種地下工程如礦山工程、深基礎(chǔ)建筑及地下室、城市地鐵和河底、海底及穿山隧道等正在興建中，并且呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，與之俱來的基坑壁的支護(hù)、隔水等問題也變得越來越突出，尤其是在惡劣的地質(zhì)、水文條件以及苛刻的周圍環(huán)境下。開發(fā)地下空間已經(jīng)成為人類擴(kuò)大生存空間的重要手段和發(fā)展趨勢。最后結(jié)合 某地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)，對人工凍結(jié)發(fā)法在實(shí)際工程中的 應(yīng)用，進(jìn)行了深一步的了解。 在上述理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解凍結(jié)法的設(shè)計(jì)和施工。 在凍土形成的過程中，物理力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了很大的變化，于是在文中進(jìn)一步研究了凍土的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。 本科畢業(yè)論文 人工凍結(jié)發(fā)的施工技術(shù)研究 摘要： 本文首先介紹了 選題的目的與意義 、 國際及國內(nèi)人工凍結(jié)法的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及 凍脹融沉機(jī)理及試驗(yàn)研究 。 接下來 介紹了人工凍土 的分類和構(gòu)造以，及地下水對凍土形成的影響 。并闡述了人工凍結(jié)法的原理、 設(shè)計(jì) 以及凍結(jié)壁形成過程中溫度場的變化。于是本文主要從凍結(jié)方案選取、凍結(jié)孔的布置與施工以及土體開挖過程對人工凍結(jié)法進(jìn)行闡述。 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 ex