以传热学理论为基础建立冻土区单桩地温场的热分析模型,采用有限单元法在考虑裸露桩基表面吸收太阳辐射同时与大气自然对流换热、冻土相变、气候变暖条件下,计算了青藏高原典型的湿润性永久冻土区桩周冻土未来40 a的升温过程及桩基承载力变化,分析裸露桩长和初始年平均气温对地温及桩基承载力的影响。结果表明:太阳辐射和气候变暖使桩土界面温度升高导致单桩承载力降低;裸露桩长越长吸收的太阳辐射越多,主要体现在冬季,温度升高承载力下降,夏季升温不明显;初始年平均气温对桩基础承载力影响显著,初始年平均气温升高1℃,冬季桩基础承载力下降800～1 000 kN,夏季承载力下降400～700 kN。
为揭示季节性冻土路基温度场、应力场和夏季降雨与冰晶融化所产生的渗流场,三场耦合引起的冻土路基变形与破坏。根据热流固三场耦合理论,提出了考虑相变的温度场、渗流场和变形场耦合的数学力学模型,体现了冻土路基中固体骨架、水、冰三相介质的水、热、力耦合作用;在数值模拟分析中,将路基仅受温度载荷与温度和车辆荷载共同作用进行了比较,得出冻土路基的变化规律,其研究结果对冻土路基的施工和维护有一定指导意义。
应用非线性有限单元法和ANSYS软件,采用四面体等参单元和面-面接触单元对多年冻土区大直径钻孔灌注抗拔桩承载性能进行了数值仿真分析,得到了单桩极限抗拔力与现场荷载试验结果比较吻合.说明本文采用的分析方法能够客观反映多年冻土区桩-土相互作用的力学行为.
根据人工冻土蠕变特征和本构方程,引入经典弹塑性力学理论,将空间域和时间域进行离散化,提出了以时间增量法为基础的人工冻土有限元数值模拟计算公式应用ANSYS有限元程序分析了一个实例.并将数值模拟结果、解析解和现场实测数据进行对比分析,结果表明运用数值模拟方法可以模拟冻土的蠕变计算,揭示冻结壁变形规律,且具有一定的计算精度,从而为今后人工冻土蠕变计算提供了一种实用方法.