结合一个具体的工程算例,对一种防护网与液氮冻土墙复合基坑的支护结构进行了温度场、位移场和应力场的数值分析,比较了低温盐水冻结和液氮冻结两种情况下温度场演变规律的差异,同时判断了该新型支护结构的安全性,主要得出:液氮冻结形成所需冻土帷幕的时间要比盐水冻结早许多;液氮冻结的冻结效果优于盐水冻结,所形成的冻土帷幕强度比盐水冻结大;计算出来的位移场值均很小;其主应力最小值也都很小,最大值为0.92 MPa;最大剪应力为0.17 Mpa;计算得出拉、压、剪应力值的安全系数均远大于2.由此最终得出的结论为:该工法安全可靠,可为今后类似工程提供重要的参考依据.

为了研究冻土墙形成过程中的非均匀冻胀对冻土墙变形的影响,引入了基于孔隙率变化率的宏观冻胀模型。在分凝势概念的基础上推导了孔隙率变化率的计算公式,对宏观冻胀模型进行了修正,通过试验对模型进行了验证。考虑冻结过程中未冻水含量的改变及由于未冻水含量引起的土体热学力学性质的变化,提出了冻胀变形条件下基坑位移的计算方法。研究结果表明:宏观孔隙率变化率冻胀模型能够合理的反映冻胀现象,可以将其用于预测冻土墙形成过程中的冻胀变形;在冻土墙变形计算中引入冻胀模型更符合工程实际情况。

通过对中国地质大学(北京)综合游泳馆工程拟建场地土层的土质、深度及基坑深度的分析与比较,确定出基坑深度范围内土层的土质。介绍了季节性冻土深基坑支护经常出现的问题,并分析了这些问题出现的原因。对常用土钉支护方法在季节性冻土深基坑支护中运用的局限性做了总结,最后提出一种改进的土钉支护方法。该法针对冻土发生冻融循环时冻胀与融沉的特点采取了相应的控制措施,从而保证了季节性冻土深基坑的稳定性。该法操作简单可行,实践证明效果明显。

根据相似理论并考虑工程因素,推导了直线形冻土墙用于基坑支护时其温度、变形的相似准则方程,进行了模化设计,对砂土冻土墙的温度分布和变形特征进行了模拟试验研究。研究表明:冻土墙的温度分布曲线近似为直线;用一定厚度的泡沫塑料板对冻土墙保温是可行的和方便的;冻土墙变形由转动变形、弹性变形及较大的蠕变变形组成;墙体变形随其厚度增大呈非线性减小,而随土压力增大呈非线性增大;墙体暴露时间与其变形之间呈幂函数关系。在此基础上对冻土墙的设计方法进行了探讨,提出了冻土墙厚度设计的变形约束条件和冻土墙有效厚度的概念。认为冻土墙有效厚度的确定必须综合考虑冻土墙的温度分布特性、墙体的抗倾覆稳定性、强度条件和变形约束条件等几个方面的因素。

以直线形冻土墙用于基坑支护的物理模拟试验结果为基础 ,分析了冻土墙受力、强度分布特点以及变形特性 .从临时支护和止水两个基本作用出发 ,探讨了冻土墙的力学设计原理和方法 .认为冻土墙有效厚度的计算是力学设计的核心 ,必须综合考虑其温度分布特点、墙体的抗倾覆稳定、强度条件和变形条件 ,并给出了相应的设计步骤 .

以北京某重点工程基坑的土钉墙试验为基础,首次发现了季节性冻土作用将危及土钉墙支护的安全,对北方地区土钉墙受季节性冻土影响问题下的作用机理,以及影响因素及方式进行了初步的分析和探讨,可为土钉墙技术的深入设计、应用提供颇有价值的成果。