碎石换填槽技术对于改善渠基冻胀特性研究
发布时间：2022-04-23 11:20
近年来,我国新疆地区建设了大量的输水渠道。但是新疆大部分地区属于季节性冻土区域,导致渠道发生严重的冻胀破坏,这影响了下游供水侧人民的生产生活。新疆地区海拔较低,地温偏高,所以可利用碎石层的“热半导体”效应,将渠底下部高温进行利用,从而提高渠道两邦的渠基温度,减小渠基冻深,改善冻胀破坏情况。据此,本文对渠基土质填料以及碎石填料进行了单向冻结试验:应用不同的补水条件,对不同的地下水位进行模拟,分析了温度场和水分场的变化,讨论了颗粒填料的粒径大小对温度提升效果的影响,并基于水热耦合理论,建立了含有碎石换填槽的渠道的有限元模型,通过对该模型的数值分析,为碎石换热技术的工程应用提出了建设性意见。主要工作成果如下:（1）进行了渠基土的单向冻结试验,通过试验得出在不同补水条件下土体温度场、水分场的变化,结果表明:土体在降温过程中,开始降温速率较大,土体快速降温,随后降温速率降低,土体温度趋于稳定。土体在补水条件下冻深明显增大,并且顶部温度明显下降。土壤水分迁移受冻结锋面影响,冻结锋面到达前水分迁移明显,冻结锋面过后未冻水含量基本保持不变。（2）完成了不同粒径碎石填料在不同补水条件下的单向冻结试验,比...
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冻土水热迁移研究进展
1.2.2 多孔介质传热以及应用研究进展
1.3 本文主要内容
1.3.1 学术构想与思路:
1.3.2 本文研究的主要内容:
第二章 渠基土室内冻结水热研究
2.1 引言
2.2 影响土壤水分迁移的主要因素
2.3 单向冻结试验装置
2.4 土壤冻结水热试验
2.4.1 土壤填料的参数以及性能指标
2.4.2 土壤冻结水热试验方案
2.5 试验结果与分析
2.5.1 温度场分析
2.5.2 水分场分析
2.5.3 试验现象
2.6 本章小结
第三章 碎石换填料冻结试验水汽热研究
3.1 引言
3.2 试验设计
3.3 试验结果与分析
3.3.1 温度场分析
3.3.2 碎石样试验补水量
3.3.3 补水条件下碎石样内部湿度变化
3.3.4 试验现象
3.5 碎石换填对于温度的改善
3.6 本章小结
第四章 基于Comsol Multiphysics碎石换填渠道的水热数值模拟
4.1 引言
4.2 COMSOL Multiphysics模拟软件介绍
4.3 物理场耦合控制方程及定解条件
4.3.1 土壤水热耦合方程
4.3.2 碎石样内气体流动基本方程
4.3.3 定解条件
4.4 COMSOL Multiphysics模型建立
4.4.1 计算模型及其边界条件
4.4.2 计算参数
4.5 计算结果分析
4.6 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型[J]. 葛建锐,王正中,牛永红,王羿,肖旻,刘铨鸿,江浩源. 农业工程学报. 2020(01)
[2]新疆北疆某供水渠道冻胀融沉变形性状分析[J]. 周富强,吴艳,戴灿伟,朱明远,孟波. 水利水电技术. 2019(12)
[3]川藏铁路季节性粗颗粒冻土边坡水热过程模拟[J]. 梁树,谢强,赵文,叶唐进,蒋良文. 铁道科学与工程学报. 2019(06)
[4]不同润湿性土壤对渗流传热影响的LBM模拟[J]. 张达,李素芬,尚妍,东明. 工程热物理学报. 2019(03)
[5]冻土导热系数测试和计算现状分析[J]. 陈之祥,李顺群,夏锦红,冯彦芳,刘志锋. 建筑科学与工程学报. 2019(02)
[6]寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究[J]. 王羿,王正中,刘铨鸿,肖旻. 岩土工程学报. 2018(10)
[7]路基土体“锅盖效应”的数值模拟分析[J]. 宋二祥,罗爽,孔郁斐,李鹏. 岩土力学. 2017(06)
[8]锅盖效应水分迁移规律分析[J]. 罗汀,陈含,姚仰平,王乃东,韩剑,马梓棋,李成志. 工业建筑. 2016(09)
[9]北疆渠道基土盐-冻胀特性的试验研究[J]. 蔡正银,吴志强,黄英豪,魏雁冰. 水利学报. 2016(07)
[10]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[J]. 滕继东,贺佐跃,张升,盛岱超. 岩土工程学报. 2016(10)
博士论文
[1]季节冻土水分迁移模型研究[D]. 李杨.吉林大学 2008
[2]利用多孔介质局部非热平衡理论研究透壁式通风管路基的温度特性[D]. 蒋武军.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2005
硕士论文
[1]冬季输水混凝土衬砌渠道防冻胀措施研究[D]. 魏鹏.石河子大学 2019
[2]新疆近50a地温变化特征及其对气候变化的响应[D]. 贾效禄.新疆师范大学 2011
本文编号：3647073
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冻土水热迁移研究进展
1.2.2 多孔介质传热以及应用研究进展
1.3 本文主要内容
1.3.1 学术构想与思路:
1.3.2 本文研究的主要内容:
第二章 渠基土室内冻结水热研究
2.1 引言
2.2 影响土壤水分迁移的主要因素
2.3 单向冻结试验装置
2.4 土壤冻结水热试验
2.4.1 土壤填料的参数以及性能指标
2.4.2 土壤冻结水热试验方案
2.5 试验结果与分析
2.5.1 温度场分析
2.5.2 水分场分析
2.5.3 试验现象
2.6 本章小结
第三章 碎石换填料冻结试验水汽热研究
3.1 引言
3.2 试验设计
3.3 试验结果与分析
3.3.1 温度场分析
3.3.2 碎石样试验补水量
3.3.3 补水条件下碎石样内部湿度变化
3.3.4 试验现象
3.5 碎石换填对于温度的改善
3.6 本章小结
第四章 基于Comsol Multiphysics碎石换填渠道的水热数值模拟
4.1 引言
4.2 COMSOL Multiphysics模拟软件介绍
4.3 物理场耦合控制方程及定解条件
4.3.1 土壤水热耦合方程
4.3.2 碎石样内气体流动基本方程
4.3.3 定解条件
4.4 COMSOL Multiphysics模型建立
4.4.1 计算模型及其边界条件
4.4.2 计算参数
4.5 计算结果分析
4.6 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型[J]. 葛建锐,王正中,牛永红,王羿,肖旻,刘铨鸿,江浩源. 农业工程学报. 2020(01)
[2]新疆北疆某供水渠道冻胀融沉变形性状分析[J]. 周富强,吴艳,戴灿伟,朱明远,孟波. 水利水电技术. 2019(12)
[3]川藏铁路季节性粗颗粒冻土边坡水热过程模拟[J]. 梁树,谢强,赵文,叶唐进,蒋良文. 铁道科学与工程学报. 2019(06)
[4]不同润湿性土壤对渗流传热影响的LBM模拟[J]. 张达,李素芬,尚妍,东明. 工程热物理学报. 2019(03)
[5]冻土导热系数测试和计算现状分析[J]. 陈之祥,李顺群,夏锦红,冯彦芳,刘志锋. 建筑科学与工程学报. 2019(02)
[6]寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究[J]. 王羿,王正中,刘铨鸿,肖旻. 岩土工程学报. 2018(10)
[7]路基土体“锅盖效应”的数值模拟分析[J]. 宋二祥,罗爽,孔郁斐,李鹏. 岩土力学. 2017(06)
[8]锅盖效应水分迁移规律分析[J]. 罗汀,陈含,姚仰平,王乃东,韩剑,马梓棋,李成志. 工业建筑. 2016(09)
[9]北疆渠道基土盐-冻胀特性的试验研究[J]. 蔡正银,吴志强,黄英豪,魏雁冰. 水利学报. 2016(07)
[10]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[J]. 滕继东,贺佐跃,张升,盛岱超. 岩土工程学报. 2016(10)
博士论文
[1]季节冻土水分迁移模型研究[D]. 李杨.吉林大学 2008
[2]利用多孔介质局部非热平衡理论研究透壁式通风管路基的温度特性[D]. 蒋武军.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2005
硕士论文
[1]冬季输水混凝土衬砌渠道防冻胀措施研究[D]. 魏鹏.石河子大学 2019
[2]新疆近50a地温变化特征及其对气候变化的响应[D]. 贾效禄.新疆师范大学 2011
本文编号：3647073
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