汪恩良 田 雨 刘兴超,†,3) 任志凤 胡胜博 于 俊 刘承前 李宇昂

* (东北农业大学水利与土木工程学院,哈尔滨 150030)

† (黑龙江省寒区水资源与水利工程重点实验室,哈尔滨 150030)

引言

地层冻结技术是城市地下工程、矿山工程和紧急工程事故快速处理的一种新型施工技术.在工程中,多采用氨、干冰等对施工地层进行人工降温.常规的地层冻结方式对于土层各项物理力学性质的影响也得到了专家学者广泛关注[1].近年来,液氮冷却技术逐渐应用在土层稳定工程[2]和煤炭开采工程[3]等各个领域,液氮化学性质稳定,且相对氨、干冰等降温材料,液氮降温速度更快,冻结速度比传统冻结方式可提高10倍[4],温度更低,可达-195 °C 左右.随着前沿科学和新技术不断发展,工程材料与结构在超常规温度等极端服役环境中的力学响应规律成为研究热点[5],超低温状态(温度低于-50 °C)[6-7]各种材料的性质变化逐渐受到更多专家学者关注,而液氮影响下的超低温状态下冻土物理性质及力学性质尚未得到深入探究.

冻土是一种由土骨架、冰、未冻水和气体组成的复杂的复合材料,因其内含有极具流变性的冰而与常规土的力学性质有很大的差异[8].我国多年冻土面积占国土面积的22.4%,典型多年冻土区域当属中低纬度的青藏高原和高纬度的东北大小兴安岭地区[9].要想在冻土地区进行工程建设,就必须深入研究冻土的力学特性,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性[10],而冻土的……