非饱和土水气迁移与相变:两类“锅盖效应”的发生机理及数值再现

发布时间：2018-07-24 11:44

【摘要】：结合非饱和土水气迁移的物理过程和内在机理,将"锅盖效应"分为两种情形。第一类"锅盖效应"定义为非饱和土水气的冷凝过程,而第二类"锅盖效应"定义为水气迁移成冰过程。相较于前者,第二类"锅盖效应"会造成覆盖层下土体含水率大幅度提高,且现有非饱和土水热气迁移理论无法给出合理解释。综合考虑水分的蒸发、冷凝和冻结3个相变过程,建立了非饱和冻土水热气耦合迁移的数学模型,并通过数值模拟求解,再现了第二类"锅盖效应"的形成过程。另外计算结果表明:温度梯度下的气态水迁移并成冰会造成覆盖层下土体接近饱和含水率;一定表层深度范围内,土体含水率增加存在两个陡升段。由于现行工程设计很少考虑防气隔气,在寒旱地区进行工程建设需对第二类"锅盖效应"引起足够重视。
[Abstract]:Combined with the physical process and internal mechanism of water and gas migration in unsaturated soil, the pot cover effect is divided into two cases. The first kind of "pot cover effect" is defined as the condensation process of unsaturated soil water gas, while the second "pot cover effect" is defined as the process of water vapor migration and ice formation. Compared with the former, the second kind of "pot cover effect" will cause the moisture content of the soil under the cover to be greatly increased, and the existing theories of hydrothermal gas migration in unsaturated soil cannot be reasonably explained. A mathematical model for the coupled migration of hydrothermal and gas in unsaturated frozen soil was established by considering three phases of water evaporation, condensation and freezing, and the forming process of the second kind of "pot cover effect" was reappeared by numerical simulation. In addition, the results show that gaseous water migration and ice formation under the temperature gradient will cause the soil under the overburden close to saturated water content, and in a certain surface depth, there are two steep rise sections in the increase of soil moisture content. Since the current engineering design seldom considers the prevention of gas and gas, it is necessary to pay enough attention to the second kind of "pot cover effect" for engineering construction in cold and dry areas.
【作者单位】： 中南大学土木工程学院;中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(“9 7 3”计划)项目(2014CB047001) 国家自然科学基金项目(51508578)
【分类号】：TU43

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2141269