冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性影响的模型试验研究
多年冻土地区桩基础承载力试验研究
土， 灌注桩基础 。
２ 试验方案
本次试验进行 了单 桩 竖 向抗 压静 载试 验 、 单 桩竖 向抗
拔静 载试 验和单桩 水平 静 载试 验 ， 单 桩 竖 向抗压 静载 试验 采用 四锚一方式 和二 锚一 方 式 ； 单 桩竖 向抗 拔静 载试 验采
离地表水的方 法直 至 挖至 桩 孔底 。桩孔 开 挖完成 后 ， 放置
钢筋笼及桩头护板 ， 浇注混凝 土 至桩顶 ， 待桩 身混 凝土强度 达到要求后试验设备进场并 进行安装试验 。 第一次试 验设 备进场 后 迅速进 行安 装调试 。为 了缩短
工期 ， 不同类 型基 础试 验 同 时进 行 。本 次试 验 包括 一组 单 桩竖 向抗压静载 试验 、 一 组 单桩 竖 向抗 拔静 载试 验 和一组 单桩水平静载试验 。单桩竖 向抗压静 载试验 在 ５ 基础上进 行， 单桩竖 向抗拔静 载试验在 ７ 基础 上进行 ， 单树 ７ ｌ （ 平静载
进行， 单桩竖 向抗拔静 载试验在 ２ 基础 上进行 ， 单桩 水平静
载试验 在 ３ 基础上进行 。单桩竖 向抗 压静载试 验荷 载标 准
值２ １ ０ ０ ｋ Ｎ， 单 桩竖向抗拔静载试 验荷载标 准值 ６ ７ ５ ｋ Ｎ， 单 桩 水平静 载试验荷载标准值 ３ ５ ０ ｋ Ｎ。试验 加载前 ， 先对试验个
３ 试 验 过 程
４ ． １ 第 一次试验单桩竖向抗压 、 单桩 竖 向抗 拔及单 桩水平 静 载试验数据及成果 曲线 （ 图１ ～图 ３ ）
沉降量瘩 ： ２ ． ３ ０ ａ ｒ ｍ
选取场地后 ， 经测 量放线 定位 ， 确 定试验 桩位 置及桩孔 直径。试 验桩 采用人工风镐 挖 孔 ， 由于 地处沼 泽地 区域 ， 挖 空过 程 中出现 孔 壁渗 水 、 空 顶 塌 方 现象 ， 随着 挖空 深 度增 大， 孔壁渗水 量增 大 ， 施工 中采 用抽水 泵及铁 皮护 筒暂时 隔
冻土地区桩基础施工问题的简要研究
冻土地区桩基础施工问题的简要研究冻土区桥梁桩基础施工，会给冻土引进一定的热量,这些热量在自然回冻过程中传到周围的多年冻土中，破坏冻土的稳定冻结状态.尤其是混凝土灌注桩中的水化热会给稳定的冻土带来很大的热扰动,可能会导致冻土的冻结强度降低，致使桩的承载力严重下降，直接影响施工进度。
所以，研究大气温度、水文地质条件、入模温度、冻土本身的负温对桩自然回冻的影响及其计算模式，可以为施工计划的制定提供理论依据，有很重要的实用价值。
1、冻土地基的工程特性（1)冻胀性在自然界中，受大气温度变化的影响，土体中的水分产生相变，从而土体积膨胀或收缩，膨胀现象，称为土体的冻胀，收缩现象,称为冻土融化.膨胀现象，是由于土体在冻结过程中，水分冻结成冰，体积膨胀而引起的.土体的的冻胀性受土体埋深、土体含水量、土颗粒粒径、土体密度等因素影响。
冻土地基的冻胀性，是影响多年冻土区工程结构物尤其是桥梁工程稳定性的重要因素。
（2）冻胀力地基土冻结时，封闭体系中，冻土水分冻结体积扩张的内应力，开放体系中,孔隙水侵入推开土颗粒并冻结所产生的力,称为冻胀力。
冻胀力作用于基础表面,当工程结构物的重量和附加荷载不足以与之平衡时,结构物将在冻胀力的作用下产生冻胀变形，严重将引起结构物的破坏.根据冻胀力作用于基础表面的部位和方向,可划分为切向冻胀力、水平冻胀力和法向冻胀力三种形式。
切向冻胀力，即平等作用于基础侧表面上的力，法向冻胀力指垂直作用于基础侧表面上的力,法向冻胀力指垂直作用于基础底面上的冻胀力.切向冻胀力是作用于冻土区基础上的主要力系之一,如果设计时对此考虑不当，则会引起基础在切向冻胀力的作用下产生上拔变形，甚至破坏。
（3）融沉性冻土融化过程中，在自重压密作用下,不断产生下沉伴随着孔隙水的消散，即为冻土融沉性.这个过程不仅是由于冻土中冰转变成水的相变时的体积减小，更重要的是在此过程中产生孔隙水的消散与排泄,土体的孔隙比减小,冻土的融沉性与冻土的粒度成分，含冰量密度及孔隙水的消散等因素密切相关.2、冻土区桩基础施工技术2。
季节冻土区桩基础抗冻拔稳定性研究
甘肃科技纵横2009年（第38卷）第3期建筑设计摘要：本文对季节冻土区桩基础的破坏形式及受力情况进行了分析，为实现对其抗冻拔稳定性的验算，和对其抗冻拔稳定条件中各变量的计算方法进行了讨论。
同时，归纳总结了桩基础的抗冻拔措施，即：一般在弱冻胀或中等冻胀地基上修建允许变形的小建筑物时，可采用单一措施，但如果在强冻胀地区并且建筑物对变形要求很高时，往往单一措施难以达到防冻害的目的时，而且经济上也不合理时，就要采用综合措施。
关键词：季节冻土区桩基础抗冻拔在季节冻土区，建筑物采用桩基结构也有很多优点，可使建筑物免受季节活动层的影响。
季节冻土区的桩基础，经常由于地基土的冻胀作用遭到破坏，很多情况下桩基础的稳定性是由其抗冻拔能力所控制的，例如，在桥梁工程中桩柱冻拔造成的“罗锅桥”到处可见，而承载力不够桩基下沉造成的“反拱桥”却很少发生【1】。
因此，对于季节冻土区桩基础抗冻拔稳定性及其抗冻拔措施的研究是非常必要的。
在季节冻土区的桩基础一般必须穿过一定厚度的冻土层。
桩周土在冻结过程中由于与桩体表面冻结在一起而发生冻胀作用，在桩体表面产生切向冻胀力，由于这种冻胀力一般较大会对桩体产生破坏作用，产生冻拔破坏。
季节冻土区桩基础冻拔破坏有两种基本形式【1】：①桩基础整体上拔。
每年冬季来临地表开始冻结，切向冻胀力产生。
随着冻深加大，切向冻胀力逐渐增加，当切向冻胀力大于恒载、桩自重和融土层的摩阻力时，桩柱失去稳定，整体上拔。
②桩基础强度不够局部拔断。
对于埋入较深或扩大头较大的钢筋混凝土桩，由于在融土层锚固力较大，在较大切向冻胀力作用下，桩柱整体不能上拔，但由于桩体本身的抗拉强度不够而被拉断。
通过以上对桩基础冻拔破坏及其受力情况的分析（如图1），为确保上部建筑物的稳定，桩基础在冻结过程中应同时满足以下抗冻拔稳定条件【2-4】：P+G+F ≥K d T （1）K l T-P-G i -F iA≥≥≤f y ≤≤（2）式中：P 为作用在桩顶的恒载；G 为桩身自重；F 为桩在冻结锋面以下融土的摩阻力；K d 为抗冻拔稳定安全系数；T 为冻结层对桩的切向冻胀力之和；G i 为验算截面以上桩身的自重；F i 为验算截面至冻结锋面之间桩与融土层的摩阻力；A 为验算截面的面积，对于钢筋混凝土结构，为纵向受力钢筋截面积之和；f y 为验算截面桩体材料的设计抗拉强度，对于钢筋混凝土结构，则为受力钢筋的设计抗拉强度。
寒区桩基础的多场耦合分析模型及其应用
总的来说，寒区隧道温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析是一个 富有挑战性的研究领域，需要我们进行更为深入的研究和探索。通过科学的方法 和策略来解决这些问题，将有助于我们在全球气候变化的背景下，更有效地保障 寒区基础设施的安全和稳定。
参考内容二
在寒冷的地区，挡土墙的设计和建设面临着许多特殊的挑战。这些挑战主要 来自于寒冷的天气条件，包括低温、冻土以及可能的冻融循环。这些因素不仅影 响了挡土墙的应力场，还对其温度场和渗流场产生了深远的影响。因此，对寒区 挡土墙温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析就显得尤为重要。
（3）评估寒区桩基础的持久性。考虑冻土的力学性质和温度场的影响，可 以更加准确地评估桩基础的持久性和耐久性。
相对于传统的方法，多场耦合分析模型考虑了更多的影响因素，更接近实际 情况，因此具有更高的准确性和可靠性。但是，该模型也具有较高的复杂性和计 算成本，需要借助专业的数值计算软件进行求解。
寒区桩基础的动力学分析
一、温度场分析
在寒冷的地区，温度的变化对挡土墙的影响是显著的。低温会导致材料收缩， 而昼夜温差则会引起材料的热胀冷缩。这些因素都会在挡土墙中产生温度应力。 此外，由于冻土的存在，挡土墙还会受到冻融循环的影响，这进一步增加了温度 应力的复杂性。
非线性温度场分析需要考虑到材料的热膨胀系数、热传导系数以及外部环境 温度的变化。通过数值模拟方法，可以更准确地预测挡土墙在各种温度条件下的 响应。
二、渗流场分析
渗流是指流体在多孔介质中的流动。在挡土墙的情况下，这通常涉及到水在 土壤或岩石中的流动。渗流不仅会影响挡土墙的稳定性，还可能引发冰塞、冰丘 等问题。
非线性渗流场分析需要考虑土壤的渗透系数、孔隙率以及水的流动压力。同 样，数值模拟方法在这里非常有用，因为它可以帮助我们理解水流在挡土墙中的 运动，并预测可能的渗流问题。
季节冻土区边坡冻融稳定性分析
季节冻土区边坡冻融稳定性分析作者：贾春玲陈冬良来源：《南水北调与水利科技》2015年第08期摘要：随着西部大开发和振兴东北战略的实施，季节冻土区的基础设施建设将得到很大的发展，然而，季节冻土区边坡的冻融灾害是制约季节冻土去工程建设的主要问题之一。
基于有限单元法，建立了季节冻土区边坡冻融稳定性的数值模拟途径，以东北某一路堑边坡为背景，对初始含水量和冻结负温对融化过程中季节冻土区边坡稳定性的影响进行定量分析。
研究表明，土的初始含水量越大、冻结温度越低，边坡冻融稳定性越差。
分析成果可进一步充实季节冻土区边坡冻融稳定性的研究内容，对工程实践提供一定指导作用。
关键词：季节冻土区；边坡稳定性；数值模拟中图分类号：TU475文献标志码：A文章编号：16721683（2015）002018903我国是世界第三冻土大国，季节冻土面积约占国土面积的535%，多年冻土面积约占国土面积的215%[1]。
由于经济与国防建设的需要，我国在季节冻土区的开展了一大批基础设施建设，主要包括东北地区的中俄输油管道工程、哈尔滨至大连的高速铁路工程、301国道等。
目前，我国现有三分之二以上干线交通位于季节冻土区。
随着西部大开发和振兴东北战略的实施，季节冻土区的基础设施建设将得到更大的发展，然而，季节冻土区边坡的冻融灾害是制约季节冻土去工程建设的主要问题之一。
目前，我国的科研工作者对常温地区的边坡稳定性问题进行了深入的研究，取得了丰硕的成果，但是针对季节冻土区边坡的研究很少且资料分散，致使理论研究严重滞后于工程实践[25]。
因此，季节冻土区边坡冻融稳定性研究迫在眉睫。
鉴于上述，本文根据季节冻土区边坡春融期易发生滑坡的现象，基于有限单元法建立了季节冻土区边坡冻融稳定性的数值模拟途径，以哈同公路某一路堑边坡为背景，对初始含水量和冻结负温对融化过程中季节冻土区边坡稳定性的影响进行定量分析，并对计算结果进行了讨论。
本文的研究对有效解决寒区筑路技术的棘手难题、避免或减轻道路冻融病害无疑具有极其重要的现实意义。
冻融循环作用对土体性质的影响研究现状
冻融循环作用对土体性质的影响研究现状摘要：冻融作用对于冻土地区的实际工程建设有很大的影响，所以冻融作用也是工程建设中十分重要的研究课题。
本文首先简要介绍了冻融引起的灾害，冻融循环试验的仪器方法和冻融循环改变土的物理力学性质等方面。
关键词：冻土，冻融循环试验，冻融作用0.引言冻融作用是实际建设工程中十分重要的影响，所以研究土冻融作用后的物理力学性质尤为重要。
冻融灾害是季冻区工程建设的重要问题之一。
已川藏铁路为例，土体经过冻融作用使得边坡发生失稳滑动，冻土边坡表层土体强度降低，是以川藏铁路为例季节性冻土边坡破坏的主要因素[1]。
因此，为减少冻融循环引发的工程灾害，研究冻融循环作用对土体性质的影响是十分必要的。
1.研究冻融循环试验的仪器与方法室内土的冻融试验一般将试件放置于圆筒模型内，根据试验要求会在内部装上温度探测器来监测土样内部的温度变化，将土样放入恒温箱中，可以用位移器来监测试样在冻融过程中的产生位移变化。
此外，在冻融过程中有开放式的，完全封闭式的，半封闭式，对于冻融试件有加围压和轴压两种加压方式。
冻结方式对各个研究者而言也各不相同，可以按照施加冷源的位置来分类，一般有单向冻结，单向融化，偶尔有双向冻结，单向融化等。
冻融对土的物理力学性质的影响一般用剪切、压缩固结、静三轴、动三轴等试验考察土工程性质在冻融循环作用下的改变。
2.冻融作用引起土物理性质的变化学者研究发现冻融循环可以使土的液塑限发生一定的变化[2]，也可以使土的颗粒级配发生变化[3]。
通过大量试验表明土样在冻融过程中内部会出现细小裂隙，而土样中的冰晶也会发生融化导致土样内部大孔隙的形成，因此土样的孔隙比减小，但渗透系数一般会有所增大[4]。
通过学者研究表明渗透性是土样在冻融过程中变化最为显著的。
Chamberlain等[5]研究表明，冻融后渗透性与孔隙比变化有一定的关系。
后来学者齐吉琳[6]等通过大量研究表明不同密实度的土的在冻融试验中渗透性会有不同的变化趋势，但整体呈现增大趋势。
温度循环下能量群桩的热-力学特性数值分析
较之单能量桩，能量桩群桩的工作机理要复杂 得多，它受到群桩规模、能量桩数和布设方式、桩端 约束、地基土种类等众多因素的影响。显然，现有的
研究还仅仅是初步的，特别是饱和黏土地基中能量 桩 －筏基础热 －力学特性的研究相对较少。有鉴于 此，本文采用热 －渗流 －力三场耦合有限元法，模拟 饱和黏土地基中悬浮 ７×７能量桩 －筏基础中能量 群桩的热 －力学响应，研究力学荷载与长期冷 －热 循环共同作用下桩头沉降、桩身应力、地基土温度和 地基土中超静孔压的变化和分布，为黏土地基能量 桩 －筏基础设计提供参考。
析不同，饱和软土地基中能量桩 －筏基础的热 －力
学响应是三维热 －渗流 －力（ＴＨＭ）三场耦合问题，
采用三维三场耦合有限元分析非常复杂，数值计算
也非常耗时。由于本文研究重点在于能量桩 －筏基
础的热 －力学特性，将上述复杂的三维 ＴＨＭ耦合问
季节性冻土区铁路路基冻害研究现状
运营管理季节性冻土区铁路路基冻害研究现状朱志有，王磊，刘振奇，李雄锐（中国建筑土木建设有限公司西南分公司，重庆404100）摘要：近年来，我国季节性冻土区铁路路基冻害研究积累了诸多经验，也取得了良好的工程实践效果。
但是，在地质、气候、冻融循环等诸多因素共同影响下，季节性冻土区铁路路基冻害问题仍然突出。
在交通强国、东北老工业基地振兴、西部大开发等新时代战略驱动下，越来越多的铁路工程向季节性冻土区推进，我国铁路网也将进一步完善。
基于现有研究基础及成果，分别从土体路基、涵顶及桥涵过渡段路基、石质路基等方面，讨论季节性冻土区引发路基冻害的主要因素，对在建铁路和既有铁路的路基冻害治理措施研究现状进行分析与总结，并提出有针对性的深化研究建议。
关键词：季节性冻土区；铁路路基；冻害；填料；排水；注浆；地温控制中图分类号：U213.1文献标识码：A文章编号：1001-683X（2022）03-0124-07 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.09.09.0010引言我国多年冻土面积约2.060×106km2，占陆地面积的21.5％；季节性冻土面积约5.137×106km2，占陆地面积的53.5％［1-2］。
在冻结状态下，冻土强度较大、压缩模量高，具有弹性体的工程性质特征；当温度升高时，其冻结状态逐渐消失，土体强度急剧下降，并产生冻土蠕变和流变现象［3］。
在“交通强国”“东北老工业基地振兴”“西部大开发”等新时代战略驱动下，我国冻土区铁路网进一步完善。
但是，冻土地区特有的地理位置、气候特征及地质条件等因素，导致了基础设施建设过程中的诸多问题，铁路路基冻害就是其中一项较严重的问题。
由于季节性冻土区冬季温度低、夏季温度高，土体常年处于冻融循环过程中，导致该类土体在不同季节其结构受力存在极大差异。
同时，土体冻融循环还可能造成土体出现塌陷及鼓包现象，导致季节性冻土区常出现路基冻害。
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第17卷第17期2017年6月 1671—1815(2017)017-0325-05科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 17 No. 17 Jun. 2017©2017 Sci. Tech. Engrg.冻土区桩恻水热效应对桩基稳定性影响的模型试验研究胡海东1吴亚平“孙永宁2王进昌2刘亚尊1(兰州交通大学土木工程学院1 ,兰州730070;青藏铁路公司2,西宁810007)摘要为了研究冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性的影响，采用电阻热源模拟桩侧水热效应，并利用高低温试验箱进行单 桩模型试验，通过设定有、无桩侧水两种环境因素，对比分析了桩侧水热效应对桩身应变、桩侧冻结应力、桩土相对位移、桩基 的极限承载力和桩侧冻结应力与桩顶位移的流变特性的影响。
试验表明，冻土区桩侧水热效应能使桩侧冻结应力减弱，造成 桩身应变与桩顶位移增大，桩-土相对位移增加，同时加速桩基沉降，导致桩基极限承载力降幅达16%，且上述影响随着荷载 等级的提高而增强，造成桩基承载力严重下降。
关键词冻土桩基 桩侧水热效应 稳定性 模型试验中图法分类号TU753.3; 文献标志码B桩基因其优异的力学特性在冻土区桥梁建设中 被广泛应用。
桩基础承受的荷载形式复杂，除了有 桥梁的自重静荷载外还受到车辆循环动荷载的作 用，并且冻土区地下水资源丰富，地下水会对桩基力 学特性产生显著影响，同时冻土由于存在冻结水而 具有流变特性，其对桩基承载力和稳定性有较大影 响[1’2]，因此对冻土区地下水对桩基稳定性的研究 有重要的现实意义。
目前，对桩基的试验研究多运用模型试验，数值 分析等手段进行了研究。
在模型试验方面多集中在 非冻土区，朱斌等[3]在钱塘江粉砂土中对有竖向下 压循环荷载作用时单桩承载力及累积沉降特征进行 了模型试验研究。
律文田[4]基于京沪高铁软土地 区桩基的动静载试验，对铁路桥梁桩基的动力特征 进行了研究。
舒春生等[5’6]通过静载试验研究了冻 土中木桩及钢管桩荷载传递函数曲线以及在荷载传 递中冻土流变效应产生的影响。
章敏等[7]通过在 红黏土中单桩轴向循环振动模型试验，从机理上对 *2016年12月22日收到 中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2015 G005 -C)资助 第一作者简介:胡海东（1990—），男，硕士研究生。
研究方向：冻土 地区桩基和路基。
E-mail :820982566@ qq. c o m。
*通信作者简介:吴亚平（1958—），博士，教授，博士研究生导师。
研 究方向：土木工程，E - mail:wypsw@ 163. c o m。
引用格式:胡海东，吴亚平，孙永宁，等.冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性影响的模型试验研究[J].科学技术与工程，2017, 17(17) ： 325—329H u Haidong, W u Yaping, Sun Yongning, et a l.Model test study of pile- side hydrothermal effect on pile s tability in permafrost region[ J].Science Technology and Engineering, 2017, 17(17) ： 325—329循环荷载作用下两个桩-土界面循环特性进行了分 析。
在数值分析方面，贾艳敏等[8]借助A N S Y S有限 元软件，实现了桩与冻土相互作用的三维弹塑性有 限元模拟，讨论了计算参数的取值和影响。
吴亚 平[9]通过引入桩土相互作用的界面单元，建立冻土 区桩土共同作用的粘弹塑性非线性有限元分析计算 模式，揭示和研究了冻结过程中桩土间应力场和位 移场随时间的变化过程。
冻土区地下水随着季节冻融等气候变化，呈现 动态变化状态[KM1]。
地下水的热效应及渗透效应 对桩基的承载力存在缓慢复杂的影响，目前该领域 相关研究很少，吴亚平等[12]通过自行设计的冻土单 桩模型试验，开展了桩底水热效应对冻土桩-土流变 特性的影响研究。
本文主要依托于室内混凝土单桩-冻土模型试 验，开展冻土区桩侧水对单桩力学特性影响的模型 试验研究。
采用试验对比方法，在加载的情况下，利 用在桩侧埋置热源的方式模拟桩侧水的热效应，对 比分析桩侧水热效应对冻土区桩身应变、桩侧冻结 应力、桩土相对位移的影响，总结流变效应与桩侧冻 结应力、桩顶位移之间的关系。
1单粧模型试验1.1模型试验设计模型试验在高低温模型试验箱中进行，如图1所示，桩基长40c m,直径4.5c m,埋置于试验桶中 (直径与桶高均为28c m),桩底土层厚5 c m,桩周土 半径为14c m。
模型桩的粗骨料最大粒径不超过1. 2c m,细骨料用级配均勻的中砂，水泥标号为425号，浇筑完成后在标准条件下养护28d 。
326科学技术与工程17卷Z应变片 粧土分界、7土单粧•0 ：：\粧侧热源 ：表2试验加载方案Table 2 Loading plan of test试验组别桩顶荷载P/kN有无桩侧水粧侧水温/〇C1.2无有0.52.4无4i0.54.0无有0.5无有无有0.50.5图3单粧应变片布置示意图Fig. 3 Schematic diagram of single pile strain gauge移数据使用G H S I 750—U )20 mA位移传感器采集，以保证数据的精确、连续。
对粧顶分5级进行加载， 每级荷载分有无粧侧水两种情况，试验加载方案如 表2所示。
图4为试验装置实物图。
圈2粧侧热源电路模拟元件Fig. 2 Pile side heat source circuit analog element图4试验装置实物图Fig. 4 Physical diagram of the test device图1粧-冻土模型Fig. 1 Model of pile and frozen soil1.2材料参数粧周土采用兰州黄土，含水率控制在20%左 右，相对密度为1. 7，液限为24. 6%，塑限为17. 7%，土体颗粒级配见表1。
土体拌和均匀后，分多次均 匀填入试验桶并夯实，每层土的夯实度均按冻土试 验规范的相关要求进行。
表1黄土中不同粒径土体颗粒所占比例Table 1 Proportion of different particlesin tested lanzhou toess粒径/m m 含量/%>0. 1 1.70. 1 ~0. 05 5.40.05 ~ 0.00558.6<0.00534.31.3地下水热源及传感器的布置依据冻土区地下水的存在特性，分析发现可通 过在粧侧土体中埋设电阻热源的方式模拟粧侧地下 水的存在。
通过对青藏高原冻土区地下水的实地勘测发现，地下水温略高于〇 °c ，因此本试验采用0. 5 °C 作为地下水对粧土影响的控制温度P 为了确定发 热温度，依据电力学的相关理论，多次调节测试电压 与电阻大小，最终确定在电路电压为80 V ，电阻为 150的电路方式时能达到粧侧热源的发热温度为0. 5 °C 0图2所示为粧侧热源电路模拟元件@为了准确测定模型粧不同部位的应变，制作浇 筑模型粧时在钢筋骨架上每隔40 c m 粘贴一组应变 片，共贴6组，对每组分别编号，便于后续分析采取 数据，如图3所示。
1.4工况设定根据现场实测数据，粧周冻土温度设定为-1. 5 °C 。
粧土模型在低温试验箱中按要求冷冻完成后， 用M TS —810材料试验机进行加载，粧体应变数据 采用D H 3817动态应变测试系统进行采集，粧顶位U I U ICNI17期胡海东，等:冻土 K粧侧水热效应对粧基稳定性影响的模型试验研究3271.52.02.5图7粧土相对位移随埋深变化曲线Fig. 7 The curve of pile-soil relative displacement with depth2.3桩基极限承载力结合该模型试验的研究对象和试验方法，本试 验采用静载试验法对单粧极限承载力进行分析。
图8为有无粧侧热源两种工况下，粧顶位移随 荷载变化的关系曲线。
由图8可见，在同一荷载等 级下，有粧侧水作用的粧顶位移大于无粧侧水作用 的，且荷载等级越高，两种工况下粧顶位移差异越 大。
根据粧顶位移随荷载的变化特征，取曲线 发生明显陡降起始点作为单粧的极限承载力，可确 定当粧顶位移在3. 2 m m 左右时对应的荷载为极限 承载力，则无粧侧热源时极限承载力约为8. 1 k N ， 有粧侧热源时约为6.8 k N 。
由此可见，粧侧水热效应的存在可使粧基极限承载力下降16%。
式（1)中，表示粧土相对位移;、(>，〇表示桩顶位移^ z ，0表示粧身压缩量0参考试验应变片的布置，将粧分为若干微元体， 则粧身压缩量^ (Z ，0可按式(2)计算：,L .T 11sp(z,t) = s 〇L0 + I I s(z,t)dtdz ^ s 〇L0 +⑵式(2)中，L 。
为露出土体部分;L 为埋入土体部分; ^为露出土体粧段的粧身应变为£时刻埋 深为z 处的粧身应变丄〃分别表示粧身所粘贴应变 片的编号及总段数;分别为埋入土中粧〖段某 时刻的应变值和分段长度。
依式（12)，计算得每种荷载作用9 h 的粧土相 对位移随深度变化的曲线，如图7所示Q 由图可见， 粧土的相对位移随着荷载的增加而增大，在特定荷 载等级下，有粧侧水时粧土相对位移大于无粧侧水 的情况，且随着荷载的增加，这种粧土相对位移差异 逐渐增大，荷载值为1. 2 k N 时，0 m m 处相对位移差 异值为0. 01 m m ，荷载值为6. 8 k N 时，差异值为 0.16 m m 。
这是因为热源的存在使粧周土软化，侧 摩阻力减弱，粧端承载力增大，导致粧基下沉加剧所 致。
该结论同样在上节粧身应变随埋深变化规律中 得到印证。
粧土相对位移/m m2试验结果分析2.1桩身应变与桩侧冻结应力图5为在不同荷载等级下粧侧水热效应对粧身 应变的影响曲线。
；由图5可见，不管粧侧水是否存 在，随着荷载等级的增加，粧身应变均呈增大趋势。
同时沿着粧埋深方向，粧身应变都趋于减小，即粧基 浅层部分的应变比深层部分的大a 在荷载一定时， 可以看出粧侧水热效应对粧身应变有明显的影响， 存在粧侧水时，粧身应变均比无粧侧水时大。
相比 于无粧侧水，有粧侧水时的粧身应变随着粧埋深的 增大呈逐渐变大的趋势，且荷载等级越高，两者之间 的应变差越大。
无论有无粧侧水，在埋深120 mm 以下的部分，粧身应变都趋于平缓。
这是因为粧侧 水的热效应会使粧周围冻土融化，并且从图6可知 水的热效应致使粧侧摩阻力（粧侧冻结应力）减弱， 为了保证粧-土体系稳定，粧端承载力得以发挥，导 致粧端阻力增加，轴力变大，以致粧身应变较无粧侧 水时更大，且荷载等级越局，粧侧水热效应引起的粧 身应变变化越明显，图5粧身应变随埋深变化曲线Fig. 5 Variation of pile strain with depth圈6粧侧冻结应力随埋深变化曲线Fig. 6 The curve of the freezing stress on the pile side2.2桩土相对位移因粧周土层位移可忽略不计，根据粧顶位移及 粧身压缩模量可得粧土相对位移公式：sa(z,t) =s0(z,t) -s p(z,t)(1)S S /E郸328科学技术与工程17卷1.2kN ，有右1.2 kN,^cl4.0 kN,有f 4.0 kN,无f 6.8 kN,有i 6_8 kN,无H0 -----1-----1-----1-----1-----10510 152025时间/h國10粧顶位移随时间变化关系曲线Fig. 10 Relationship curve of pile top displacement with time的热效应使粧侧冻结应力减弱Q(2) 粧土相对位移随荷载等级的提高而增大， 在此基础上，粧侧水热效应的存在加剧了粧土的相 对位移，且荷载等级越高，相对位移的增幅越大。