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准饱和正冻土水热力耦合模型的扩展有限元程序研发

发布时间:2018-10-05 20:35
【摘要】:针对冻土冻融过程中存在移动相变界面及材料分区不断变化的特点,基于已建立的能全面地描述冻土的水、热、力与变形实际状态的准饱和冻土耦合模型,推导土颗粒、水和冰颗粒的温度场、变形场及水分场的扩展有限元解析格式,构建水热力相互作用在程序中实现的具体方法,开发一款能够为实际冻土工程服务的耦合分析平台3GEXFEM,利用程序对Fukuda系列试验进行数值模拟,分析得到的温度场、水分场与变形场与试验结果较一致,验证了程序的合理性和先进性。此外,基于程序系统地研究不同环境条件:上覆压力、温度梯度、变温模式、温变速率对冻土冻结过程中水热力耦合的影响,为模型及程序的工程应用奠定了基础。
[Abstract]:In view of the characteristics of moving phase transition interface and changing material partition during freezing and thawing process of frozen soil, based on the established quasi-saturated frozen soil coupling model which can describe the actual state of frozen soil, such as water, heat, force and deformation, the soil particle is deduced. The expanded finite element analytic format of the temperature field, deformation field and water field of water and ice particles, and the concrete method of realizing the hydrothermal interaction in the program are constructed. A coupling analysis platform 3GEXFEMwas developed for practical frozen soil engineering. The numerical simulation of Fukuda series tests was carried out by using the program. The temperature field, water field and deformation field obtained from the analysis were in good agreement with the experimental results. The rationality and advanced nature of the program are verified. In addition, the effects of different environmental conditions, such as overburden pressure, temperature gradient, temperature change model and temperature change rate, on the coupling of water and heat in freezing process of frozen soil are systematically studied based on the program, which lays a foundation for the engineering application of the model and program.
【作者单位】: 西安理工大学岩土工程研究所;中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(51179153) 陕西省教育厅专项科研计划资助项目(17JK0557)~~
【分类号】:TU445

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本文编号:2254788

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