冰透镜体生长机制及水热力耦合冻胀特性研究
发布时间：2021-05-16 02:53
冻土冻胀是冰透镜体生长的宏观表象,人工冻土及天然冻土在冻结后均会引发一定范围内的冻胀变形,过量的冻胀变形将导致矿山井筒工程、隧道工程、民用工程等基础设施的破坏。冻胀过程中冰透镜体生长及其背后潜在物理化学机制所涵盖的界面接触处分子间相互作用是理解成核、结晶、相变和矿物置换等物理过程的基础。掌握冻结土体基本物理特性,揭示冰透镜体生长过程中冻土水热力耦合物理行为,完善冻结土体物理力学理论体系,对资源高效开发及人工地层冻结工程与寒区冻土工程的高效构建具有十分重要的科学意义。本文围绕特定环境影响下的冰透镜体生长机制及冻土水热力耦合行为与机理为关键科学问题,综合采用室内试验、理论分析与建模、数值模拟等技术手段,对冻结过程中冻胀敏感性、水热力耦合作用下的冻胀机理及理论、冻胀稳定控制等科学问题进行研究。主要获得以下创新性成果:（1）采用微观结构扫描与分子结构分析的方法揭示了蒙脱土及高岭土的水物理特性,指出蒙脱土矿物相较高岭土具有更好的亲水能力进而使得冻胀较小。此外,研究了颗粒介质粒径影响下的冰透镜体生长机制,综合考虑自然界不同含量砂-粉-粘颗粒组成土体粒径的差异,对给定土体的冻胀敏感性进行了评价。研究...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：182 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 拟解决科学问题
1.4 研究内容与技术路线
2 不同粒径土体冻胀敏感性
2.1 粘土矿物电镜扫描及微观结构分析
2.2 粘土矿物分子结构分析
2.3 土体冻结特性与颗粒几何特性关系
2.4 冰透镜体生长机制与粒径的关系
2.5 土体冻胀敏感性的数值分析
2.6 本章小结
3 力学约束影响下土体水热力耦合行为研究
3.1 冻土冻胀试验系统的构成及功能
3.2 冻结土体水热力耦合行为的分析
3.3 冻胀力差异机理分析
3.4 冻胀力的跌落行为分析
3.5 本章总结
4 基于水活性的冰透镜体生长演化模型
4.1 单透镜体生长的分凝势模型
4.2 晶体相变及相界面水膜热力学理论
4.3 土体冻结特性曲线的确定
4.4 水活性诱导冰透镜体生长演化过程
4.5 冰透镜体生长的数值模拟结果与讨论
4.6 本章总结
5 基于分离冰理论的水热力耦合冻胀模型
5.1 冻土体的有效应力
5.2 水热力三场耦合的分离冰冻胀模型
5.3 冻胀及冰透镜体形态的数值模拟
5.4 基于分离冰冻胀理论的冻胀力模拟
5.5 力学约束结构对冻胀影响分析
5.6 本章总结
6 自动控制冻深的冰透镜体生长抑制方法
6.1 透镜体生长的决定因素及特征
6.2 冻结缘依赖的冰透镜体生长机制
6.3 自动控制冻深的冻胀试验(
6.4 透镜体生长及冻胀抑制效果的试验分析
6.5 本章总结
7 主要结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
参考文献
附录A
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]管幕冻结特殊布管形式稳态温度场解析解[J]. 胡向东,洪泽群. 中国公路学报. 2018(08)
[2]全球天然气水合物勘查试采研究现状及发展趋势[J]. 王淑玲,孙张涛. 海洋地质前沿. 2018(07)
[3]超浅埋暗挖隧道管幕冻结法积极冻结方案试验研究[J]. 任辉,胡向东,洪泽群,张军. 岩土工程学报. 2019(02)
[4]各向均匀与单向冻结条件下饱和岩石冻胀变形特性对比试验研究[J]. 夏才初,李强,吕志涛,王岳嵩,黄曼. 岩石力学与工程学报. 2018(02)
[5]基于孔扩张理论的裂隙岩体冻胀力特性研究[J]. 汪平生,周国庆. 煤炭科学技术. 2017(11)
[6]基于数字图像技术的土冻胀试验系统研究[J]. 王永涛,王大雁,马巍,温智,徐湘田,杜海民. 冰川冻土. 2017(05)
[7]冻结作用对含裂隙岩体的影响分析[J]. 汪平生,周国庆. 煤矿安全. 2017(09)
[8]港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线钢管幕管节连接技术[J]. 刘应亮. 铁道建筑. 2016(11)
[9]考虑围岩不均匀冻胀的寒区隧道冻胀力解析解[J]. 黄继辉,夏才初,韩常领,黄曼. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[10]施工热扰动对管幕冻结止水帷幕影响研究[J]. 李志宏,王文州,胡向东. 土木工程学报. 2015(S2)
博士论文
[1]软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理研究[D]. 吴谦.吉林大学 2015
[2]饱和蒙脱土高压力学特性基本机制多尺度研究[D]. 况联飞.中国矿业大学 2013
[3]冻土水热耦合分离冰冻胀模型的发展[D]. 胡坤.中国矿业大学 2011
[4]冻土冻胀理论模型及冻胀控制研究[D]. 周扬.中国矿业大学 2009
[5]深厚冲积层冻结壁与井壁的力学特性及其共同作用机理研究[D]. 荣传新.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]兰州地区黄土的比表面积分析[D]. 孙美玲.兰州大学 2014
本文编号：3188828
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：182 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 拟解决科学问题
1.4 研究内容与技术路线
2 不同粒径土体冻胀敏感性
2.1 粘土矿物电镜扫描及微观结构分析
2.2 粘土矿物分子结构分析
2.3 土体冻结特性与颗粒几何特性关系
2.4 冰透镜体生长机制与粒径的关系
2.5 土体冻胀敏感性的数值分析
2.6 本章小结
3 力学约束影响下土体水热力耦合行为研究
3.1 冻土冻胀试验系统的构成及功能
3.2 冻结土体水热力耦合行为的分析
3.3 冻胀力差异机理分析
3.4 冻胀力的跌落行为分析
3.5 本章总结
4 基于水活性的冰透镜体生长演化模型
4.1 单透镜体生长的分凝势模型
4.2 晶体相变及相界面水膜热力学理论
4.3 土体冻结特性曲线的确定
4.4 水活性诱导冰透镜体生长演化过程
4.5 冰透镜体生长的数值模拟结果与讨论
4.6 本章总结
5 基于分离冰理论的水热力耦合冻胀模型
5.1 冻土体的有效应力
5.2 水热力三场耦合的分离冰冻胀模型
5.3 冻胀及冰透镜体形态的数值模拟
5.4 基于分离冰冻胀理论的冻胀力模拟
5.5 力学约束结构对冻胀影响分析
5.6 本章总结
6 自动控制冻深的冰透镜体生长抑制方法
6.1 透镜体生长的决定因素及特征
6.2 冻结缘依赖的冰透镜体生长机制
6.3 自动控制冻深的冻胀试验(
6.4 透镜体生长及冻胀抑制效果的试验分析
6.5 本章总结
7 主要结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
参考文献
附录A
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]管幕冻结特殊布管形式稳态温度场解析解[J]. 胡向东,洪泽群. 中国公路学报. 2018(08)
[2]全球天然气水合物勘查试采研究现状及发展趋势[J]. 王淑玲,孙张涛. 海洋地质前沿. 2018(07)
[3]超浅埋暗挖隧道管幕冻结法积极冻结方案试验研究[J]. 任辉,胡向东,洪泽群,张军. 岩土工程学报. 2019(02)
[4]各向均匀与单向冻结条件下饱和岩石冻胀变形特性对比试验研究[J]. 夏才初,李强,吕志涛,王岳嵩,黄曼. 岩石力学与工程学报. 2018(02)
[5]基于孔扩张理论的裂隙岩体冻胀力特性研究[J]. 汪平生,周国庆. 煤炭科学技术. 2017(11)
[6]基于数字图像技术的土冻胀试验系统研究[J]. 王永涛,王大雁,马巍,温智,徐湘田,杜海民. 冰川冻土. 2017(05)
[7]冻结作用对含裂隙岩体的影响分析[J]. 汪平生,周国庆. 煤矿安全. 2017(09)
[8]港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线钢管幕管节连接技术[J]. 刘应亮. 铁道建筑. 2016(11)
[9]考虑围岩不均匀冻胀的寒区隧道冻胀力解析解[J]. 黄继辉,夏才初,韩常领,黄曼. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[10]施工热扰动对管幕冻结止水帷幕影响研究[J]. 李志宏,王文州,胡向东. 土木工程学报. 2015(S2)
博士论文
[1]软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理研究[D]. 吴谦.吉林大学 2015
[2]饱和蒙脱土高压力学特性基本机制多尺度研究[D]. 况联飞.中国矿业大学 2013
[3]冻土水热耦合分离冰冻胀模型的发展[D]. 胡坤.中国矿业大学 2011
[4]冻土冻胀理论模型及冻胀控制研究[D]. 周扬.中国矿业大学 2009
[5]深厚冲积层冻结壁与井壁的力学特性及其共同作用机理研究[D]. 荣传新.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]兰州地区黄土的比表面积分析[D]. 孙美玲.兰州大学 2014
本文编号：3188828
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