多年冻土边坡的水热力耦合分析及软件开发

发布时间：2021-07-30 01:11

　　为了快速准确掌握多年冻土边坡的冻融反应规律,基于水热力耦合理论,依托MATLAB编制了能反应土体多场耦合机制的有限元程序,与经典试验对比吻合较好,验证了程序的可靠性。据此开发了一套可独立运行、操作简便的多年冻土边坡水热力耦合分析软件,介绍了软件的功能和开发过程。结合算例分析了冻融作用下冻土边坡的反应特性,结果表明:不同时刻边坡的温度、水分、应力和位移有明显差别,在坡面冻融交界面出现剪应力最大值条带,边坡水平位移在冻结完成时,沿坡面大小基本相同,融化期结束时为上小、下大,融化时边坡的水平位移、未冻水含量均比冻结时大,而剪应力最大值却小;暖季多年冻土稳定性较差,开发的软件对冻土边坡工程冻融计算有重要应用价值。 

【文章来源】：中国地质灾害与防治学报. 2020,31(04)CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

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2.1 文献程序验证为了检验编制的水热力耦合程序的正确性,采用PENNER[17]研究冻土冰透镜体形成过程实验和MU等[18]对该实验数值计算,验证本文水热力耦合程序的正确性。土体热学、力学参数和边界条件均与文献相同,分析模型见图1,温度边界见图2。利用开发的程序计算,选取冻结深度和冻胀量进行对比分析,结果如图3和图4所示。

温度初始和边界条件:土体顶部为暖端;底部为冷端,进行由下向上冻结。边界条件如图2所示[17-18]。为了模拟冻结前试样的初始状态,将t=0时刻的上边界和下边界温度作为初始温度,利用初始温度条件和土体的热参数及其它特性参数求解Laplace方程,求得计算区域温度场的估计值,修正参数,再继续计算直至稳定温度场作为初始温度场。水分边界条件:土体内为饱和土体,冻结时从底部边界(从暖端)进行水分补给。

【参考文献】：
期刊论文
[1]冻土水热力耦合作用的数学模型及数值模拟[J]. 李洪升,刘增利,梁承姬.  力学学报. 2001(05)

博士论文
[1]多年冻土区新型框架热锚管边坡支护结构的工作机理及试验研究[D]. 董旭光.兰州理工大学 2017
[2]青藏高原多年冻土区斜坡稳定性研究[D]. 靳德武.长安大学 2004



本文编号：3310377