一种冻土快速挖掘装置的设计文献综述

 2022-11-08 03:11

文 献 综 述

摘要:本文先简要介绍了冻土的相关特性与类别,然后介绍了典型的两类冻土挖掘技术,具体介绍了相关技术的适用情况和特点。最后简述了微波解冻技术的发展,快速挖掘技术的发展以及未来冻土的演变以及冻土施工技术的情况。

关键词:冻土 冻土挖掘 微波解冻

一、冻土的特性与分类

冻土是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。从冻土的物理性质出发,冻土被认为是一种多相体系,包括固相土颗粒、冰相孔隙冰、液相未冻水和气相[1-3]。冻土中的孔隙水因其与土颗粒表面的相互作用以及水中含有某种数量的盐分,其冻结温度低于0℃。当温度降至0℃以下时,土孔隙中的水仅部分相变成冰,由于冰的形成增强了土颗粒间的胶结力从而使得冻土的强度增强[11-12]。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质[7],含有丰富的地下冰。因此,冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征。冻土的机械强度在冻结时会大大提高, 冻土的抗压强度比抗拉强度大2 倍。处于冻结状态的土体具有很高的瞬时强度[13]。因此,低温下的冻土在某些方面具有类似软岩的性质。冻土的瞬时强度远远高于其长期强度。但是由于冻土中未冻的粘滞性水膜的存在,导致了冻土在施加任意附加荷载时都会产生蠕变。与蠕变过程相关的另一个流变过程,即随着荷载作用时间的增加,冻土的长期强度也逐渐降低。此外由于冻土中多相共存的特性,温度的微小改变也会引起未冻水含量的大幅变化,对其相关特性造成很大影响。正由于这些特征,在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险:冻胀和融沉。此外,随着气候变暖,冻土处在不断退化的过程中,其长期强度不断降低,可压缩性不断增强。

二、冻土的分类

根据冻土的形成时间,可将冻土分为短时冻土,季节冻土以及多年冻土。若土层每年散热比吸热多,冻结深度大于融化深度,多年冻土逐渐变厚,称为发展的多年冻土,处于相对稳定状态;若土层每年吸热比散热多,地温逐年升高,多年冻土层逐渐融化变薄以至消失,处于不稳定状态,称为退化的多年冻土。

根据冻土的地理分布,成土过程的差异和诊断特征,可分为冰沼土和冻漠土两个土类。冰沼土又称苔原土,分布于极地苔原气候区和我国黑龙江北部。冰沼土土层浅薄,剖面由泥炭层和潜育层组成,是具有常潮湿土壤水分状况的土壤。

冻漠土包括高山荒漠土、高山寒冻土。该土壤主要发育在我国青藏高原等高山区冰雪活动带的下部。一般在海拔四千米以上。冻漠土是冻土中具有干旱土壤水分状况,具有淡色表层,无盐积层和石膏层的土壤。

三、冻土挖掘技术分类

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