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深厚表土层冻结外层井壁受力状况的监测及分析
一、前言
随着经济的发展，地下工程的建设越来越多，如地下铁路、道路、隧道和地下室等。这些地下工程的建设大多数需要在深厚的表土层下进行，其中涉及到的很多问题与表土层的冻融受力关系密切相关。因此，本文关注深厚表土层冻结外层井壁受力状况的监测及分析，旨在为实际工程提供可行的解决方案。
二、表土层冻结对井壁的影响
表土层冻结是指在土体中温度达到一定阈值下，导致其中水分结成冰的现象。在表土层中，这种现象会产生明显的体积变化和热力影响，在井壁上会进一步影响其受力状况。具体机理如下：
1、体积变化
在表土层中，因为水分结冰出现的体积变化对井壁上承受的压力和应力分配产生了影响。结冰时，水扩大了约10%的体积。这导致了表土层中的中心土体承受压力的变化以及存在于井壁周围的轻微的位移和迅速压力解除。此外，由于表土层冻结过程是逐渐发生的，因此整个过程中存在冻融循环产生的重复变化。
2、热力影响
表土层冻结还会产生热力影响。由于土体与自然界的热量交换条件相互作用，因此在表土层中形成的冷区可以扩展到较大范围。这可能对井壁周围的冻融循环而言，产生长期的、多种危害性的影响。例如，高速冻结过程中，存在巨大的温度梯度，这会导致井壁及周围土体的不均匀膨胀和收缩，甚至导致井壁发生撕裂。此外，表土层冻结中产生的碎冰和出现洼地等变形特征甚至会使井壁旁边的土柱失去支撑而发生倒塌；或影响井壁周围低强度部位的稳定性，导致短期和长期的变形。
三、深厚表土层冻结外层井壁受力状况的监测及分析
为了更好地理解表土层冻结的影响，并提供有效的解决方案，需要对深厚表土层冻结外层井壁受力状况进行监测及分析。具体做法如下：
1、监测深度和位置的选择
监测的深度和位置应该选取具体的工程情况来确定，以保证所提供的数据和分析结果尽可能贴近实际。对于涉及深层冻结的井壁，监测深度一般选取在10m以内。
2、监测设备的选择
由于涉及到表土层冻融的瞬间变化与一系列的动态过程，因此需要选用高精度、高防护和高时效性的监测设备。例如，要选择介电系数计、应变计、位移计、温度计、湿度计等合适的监测设备。
3、监测过程的数据分析
数据分析过程中，首要的步骤是对所收集到的数据进行筛选和处理，取得有效的监测数据并对其进行精细的分析和处理。要对同一工期中的数据进行比较，以了解不同阶段的井壁沉降和变形情况。同时，应对不同阶段的数据进行多次曲线比较，以分析进入建筑原型的深度等井筒变形趋势，及井筒应力、应变状态和变化规律。此外，对多次数据的长期比较和评价，可以更好地了解井筒的结构性能，从而为解决深层井筒冻融问题提供技术支持。
四、结语
深厚表土层的冻结对井壁的影响时常需要在工程中考虑，本文从理论分析与实际工程的角度出发，阐述了深厚表土层冻结外层井壁受力状况的监测及分析方法，提供了一定的借鉴与参考。在实际工程中，应综合考虑工程结构设计、建设进度和环境变化等实际情况，有效的解决工程中出现的各类冻融问题，实现工程质量的稳定与可靠。