软黏土三维水-热-力耦合冻融模型及应用

人工地层冻结法是沿海地区软黏土进行地层加固的一种常见绿色工法,地下空间开挖的大型及复杂化使目前冻结法面临更加复杂的渗流环境.为此,通过分凝冻胀理论刚性冰模型的三维化推广,建立能考虑水分迁移的热-水-力耦合作用冻胀融沉模型,以模拟复杂渗流环境下的人工冻结工程.基于模型使用COMSOL有限元进行模拟,与同尺寸室内模型试验数据进行对比,验证该模型在复杂渗流环境组合地层(软黏土、粉细砂)冻结中的适用性.模拟结果表明:在组合地层条件下,渗流会削减冻结稳定时冻结帷幕的厚度;当速度大于1.2 m/d时,冻结帷幕将不能达到设计厚度;冻结帷幕靠近渗流边界的一侧冻胀力增长缓慢、冻胀力的最大值较低;渗流致使地表产生不均匀沉降,下游区域的沉降量更大.利用已验证模型对组合地层渗流作用下的冻结法施工进行模拟预测,提出结合组合地层渗流因素的隧道安全冻结法分级标准,为冻结法在沿海更复杂渗流环境下的施工安全与预警提供依据.