季冻区渠基土冻胀及边坡冻融试验研究
发布时间：2021-06-22 19:49
黑龙江省作为中国重要的商品粮基地之一,且地处季冻区分布带。受低温环境影响,渠基土温度场、水分场变化频繁,输水渠道冻融变形破坏时长发生。为更好的揭示冻胀机理及冻融作用对渠道边坡破坏试验。本文主要研究了以下内容:以灌区低液限黏土为研究对象,采用了冻融循环试验箱、数据采集仪器、位移传感器、热敏电阻等冻胀监测仪器,进行冻结作用下该黏土水分迁移和冻胀过程试验,探讨不同温控模式、干密度、含水率对冻结过程影响;根据冻土相似试验理论对模型进行时间、几何尺寸相似分析,以北引输水灌渠低液限黏土为边坡材料,研究铰接混凝土块护坡在冻融作用下冻胀及水分迁移规律,采用铰接混凝土进行护坡,开展室内冻土边坡模型试验研究。试验结果表明:首先,通过冻胀试验得出在相同冻结指数条件下,不同温控模式的土样温度场冻结锋面位置、温度梯度发展等差异性显著;a1（规范模式控温）水分迁移量大于a2（冻结指数等效模式控温）,水分迁移量大小与冻结锋面发展快慢有较强响应关系;在相同温控模式下,土样干密度、含水率对土层含水量变化趋势影响较小,其趋势受温控影响较大,且土样极值含水率产生位置受温控模式影响;在相同土样干密度和含水率下,a1温控模式产...
【文章来源】：东北农业大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国冻土划分Fig.1-1Permafrostdistributioninchina黑龙江省处在我国东北最北端部，总面积47.3×104km2，受高纬度（北纬约
东北农业大学工学硕士学位论文侵食了肥沃的沃土。在广袤的松嫩和三江流域等分布着大量的引水和排水灌区。大量的灌溉和排水渠道的护坡还不足 10 %，岸坡大多处于勉强维持运行的状态。运输渠道受常年冻融破坏影响，出现隆起、滑坡、破裂等不同程度的破坏，常见的破坏形式见下图 1-2 所示。
同初始含水率、干密度的渠基土进行土柱冻胀试验，进行不同温控模式的温度场、温度梯度对比，进行不同温控模式、含水率、干密度条件下的冻深、冻胀量、水分迁移量对比分析，通过对两温控、四种初始含水率、三种干密度中的 24 组试验最终冻胀量数据统计与分析，运用 SAS 软件进行非线性回归，建立了冻胀量回归预测模型。（3）室内冻融边坡模型对比试验研究。根据积分类比法进行相似模型分析，在低温实验室，模拟外界气候条件和工程实际工况，对比土质边坡与铰接混凝土护坡两种边坡形式下的温度场、冻深变化规律，比较两边坡最大冻深处冻胀和冻融循环结束时冻融变形，分析坡脚处、1/3、1/7 三位置的水分场变化，并为模拟两种边坡条件下冻融模型参数。（4）数值模拟计算。在进行冻融试验前期，通过热特性分析仪测定土不同低温下的导热系数、热容，并查阅相关未冻水含量等相关文献，为试验模拟提供参考。对实际室内冻融试验的初始条件和边界条件进行简化，作为模拟时的初始条件和边界条件，最后运用Comsol Mutiphysics 有限软模拟软件，主要包含参数输入、几何绘图、物理场选择、网格划分、模拟计算几部分，最终模拟两渠道边坡温度场、水分场变化规律，并用实验数据进行校核。1.3.2 研究技术路线技术路线如下所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]饱和粉土冻胀过程试验研究及数值模拟[J]. 周家作,韦昌富,李东庆,魏厚振,裴万胜. 岩石力学与工程学报. 2017(02)
[2]青藏粉质黏土单向冻结冷生构造发育及冻胀发展过程试验研究[J]. 王永涛,王大雁,马巍,穆彦虎,关辉,顾同欣. 岩土力学. 2016(05)
[3]青藏粉土单向冻结冻胀率变化特性研究[J]. 王永涛,王大雁,郭妍,雷乐乐,顾同欣. 冰川冻土. 2016(02)
[4]青藏高原季冻区砂砾土冻胀特性试验[J]. 岑国平,龙小勇,洪刚,刘垍荧,王新忠,贾勇. 哈尔滨工业大学学报. 2016(03)
[5]单向冻结条件下饱和粉质黏土的冻胀试验研究[J]. 马宏岩,张锋,冯德成,唐康为. 建筑材料学报. 2016(05)
[6]饱和正冻土水分迁移及冻胀模型研究[J]. 曾桂军,张明义,李振萍,裴万胜. 岩土力学. 2015(04)
[7]粗颗粒土冻胀特性和防治措施研究现状[J]. 李安原,牛永红,牛富俊,刘华. 冰川冻土. 2015(01)
[8]地下换热管冻胀变形实验研究[J]. 王有镗,高青,朱晓林,于鸣,赵晓文,郭洪庆. 应用基础与工程科学学报. 2014(04)
[9]季冻区粉质黏土冻胀特性分析[J]. 程培峰,尹传军. 公路交通科技. 2014(01)
[10]严寒地区铁路路基冻融沉降数值模拟研究[J]. 赵欢,李东升. 铁道标准设计. 2013(12)
博士论文
[1]土的冻胀力学模型及冻胀变形数值模拟[D]. 耿琳.哈尔滨工业大学 2016
[2]吉林省西部地区盐渍土水分迁移及冻胀特性研究[D]. 王文华.吉林大学 2011
[3]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
[4]季节冻土水分迁移模型研究[D]. 李杨.吉林大学 2008
[5]季节冻土水分迁移的机理及数值模拟[D]. 原国红.吉林大学 2006
硕士论文
[1]粉质粘土中粘土矿物对冻胀影响试验研究[D]. 林超.中国矿业大学 2017
[2]温度对重塑黄土水分迁移的影响规律研究[D]. 赵志鹏.西安科技大学 2016
[3]北部引嫩干渠边坡稳定分析与处理措施研究[D]. 刘丽佳.清华大学 2014
[4]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
[5]冻土未冻水室内综合试验研究[D]. 冷毅飞.吉林大学 2006
本文编号：3243435
【文章来源】：东北农业大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国冻土划分Fig.1-1Permafrostdistributioninchina黑龙江省处在我国东北最北端部，总面积47.3×104km2，受高纬度（北纬约
东北农业大学工学硕士学位论文侵食了肥沃的沃土。在广袤的松嫩和三江流域等分布着大量的引水和排水灌区。大量的灌溉和排水渠道的护坡还不足 10 %，岸坡大多处于勉强维持运行的状态。运输渠道受常年冻融破坏影响，出现隆起、滑坡、破裂等不同程度的破坏，常见的破坏形式见下图 1-2 所示。
同初始含水率、干密度的渠基土进行土柱冻胀试验，进行不同温控模式的温度场、温度梯度对比，进行不同温控模式、含水率、干密度条件下的冻深、冻胀量、水分迁移量对比分析，通过对两温控、四种初始含水率、三种干密度中的 24 组试验最终冻胀量数据统计与分析，运用 SAS 软件进行非线性回归，建立了冻胀量回归预测模型。（3）室内冻融边坡模型对比试验研究。根据积分类比法进行相似模型分析，在低温实验室，模拟外界气候条件和工程实际工况，对比土质边坡与铰接混凝土护坡两种边坡形式下的温度场、冻深变化规律，比较两边坡最大冻深处冻胀和冻融循环结束时冻融变形，分析坡脚处、1/3、1/7 三位置的水分场变化，并为模拟两种边坡条件下冻融模型参数。（4）数值模拟计算。在进行冻融试验前期，通过热特性分析仪测定土不同低温下的导热系数、热容，并查阅相关未冻水含量等相关文献，为试验模拟提供参考。对实际室内冻融试验的初始条件和边界条件进行简化，作为模拟时的初始条件和边界条件，最后运用Comsol Mutiphysics 有限软模拟软件，主要包含参数输入、几何绘图、物理场选择、网格划分、模拟计算几部分，最终模拟两渠道边坡温度场、水分场变化规律，并用实验数据进行校核。1.3.2 研究技术路线技术路线如下所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]饱和粉土冻胀过程试验研究及数值模拟[J]. 周家作,韦昌富,李东庆,魏厚振,裴万胜. 岩石力学与工程学报. 2017(02)
[2]青藏粉质黏土单向冻结冷生构造发育及冻胀发展过程试验研究[J]. 王永涛,王大雁,马巍,穆彦虎,关辉,顾同欣. 岩土力学. 2016(05)
[3]青藏粉土单向冻结冻胀率变化特性研究[J]. 王永涛,王大雁,郭妍,雷乐乐,顾同欣. 冰川冻土. 2016(02)
[4]青藏高原季冻区砂砾土冻胀特性试验[J]. 岑国平,龙小勇,洪刚,刘垍荧,王新忠,贾勇. 哈尔滨工业大学学报. 2016(03)
[5]单向冻结条件下饱和粉质黏土的冻胀试验研究[J]. 马宏岩,张锋,冯德成,唐康为. 建筑材料学报. 2016(05)
[6]饱和正冻土水分迁移及冻胀模型研究[J]. 曾桂军,张明义,李振萍,裴万胜. 岩土力学. 2015(04)
[7]粗颗粒土冻胀特性和防治措施研究现状[J]. 李安原,牛永红,牛富俊,刘华. 冰川冻土. 2015(01)
[8]地下换热管冻胀变形实验研究[J]. 王有镗,高青,朱晓林,于鸣,赵晓文,郭洪庆. 应用基础与工程科学学报. 2014(04)
[9]季冻区粉质黏土冻胀特性分析[J]. 程培峰,尹传军. 公路交通科技. 2014(01)
[10]严寒地区铁路路基冻融沉降数值模拟研究[J]. 赵欢,李东升. 铁道标准设计. 2013(12)
博士论文
[1]土的冻胀力学模型及冻胀变形数值模拟[D]. 耿琳.哈尔滨工业大学 2016
[2]吉林省西部地区盐渍土水分迁移及冻胀特性研究[D]. 王文华.吉林大学 2011
[3]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
[4]季节冻土水分迁移模型研究[D]. 李杨.吉林大学 2008
[5]季节冻土水分迁移的机理及数值模拟[D]. 原国红.吉林大学 2006
硕士论文
[1]粉质粘土中粘土矿物对冻胀影响试验研究[D]. 林超.中国矿业大学 2017
[2]温度对重塑黄土水分迁移的影响规律研究[D]. 赵志鹏.西安科技大学 2016
[3]北部引嫩干渠边坡稳定分析与处理措施研究[D]. 刘丽佳.清华大学 2014
[4]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
[5]冻土未冻水室内综合试验研究[D]. 冷毅飞.吉林大学 2006
本文编号：3243435
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