冻土的水热变化特征及水热气迁移机理研究
发布时间：2021-10-18 12:12
在寒区,随着温度下降地表的土体会经历冻结过程,改变土体的水热特征,产生水热气迁移,由此引起的冻胀以及在融化过程中产生的融沉,使得寒区工程构筑物产生各类病害,影响寒区工程的长期服役性能。为此,充分认识土体在冻结过程中的水热变化和水热气迁移机理对修复已有寒区工程中的病害和预防拟建寒区工程中可能产生的病害具有积极的作用。本文通过室内试验测试、理论推导和数值模拟对这些科学问题进行了研究。主要研究内容和结论如下:（1）综合分析了已有的未冻水模型并选取了其中6种有代表性的模型。研究了模型参数对未冻水模型的影响,分析了未冻水模型对负温范围的敏感性。在这6种模型中,Blanchard和Frémond模型,McKenzie等模型和Kozlowski模型包含极限未冻水,表明了当温度低于某一值,继续降低温度计算未冻水含量不再改变。FX-Clapeyron模型和FX（C（T）=1）-Clapeyron模型不含残余未冻水含量,其计算值随温度减小而减小。VG-Clapeyron模型在-50℃到0℃的温度范围内兼具以上模型的特点。Kozlowski模型和FX-Clapeyron模型对负温范围的敏感性最小。在各个负温...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
未冻水含量和温度之间的关系曲线[74]
兰州大学博士学位论文冻土的水热变化特征及水热气迁移机理研究771]。除此之外，Azmatch等[72]测试了土在三种固结压力下未冻水含量随温度的变化规律，提出了一种基于冻结吸力求解冻结温度的新方法。该方法首先将测得的未冻水含量与温度的变化关系通过克拉伯龙方程转化为未冻水含量和冻结吸力的关系曲线，然后在未冻水含量和冻结吸力的关系曲线上分别找出两条近似直线的曲线段，分别作两条直线，直线的交点即可得到一冻结吸力，最后用克拉伯龙方程将这一冻结吸力转化为温度，即为冻结温度。Zhang等[73]提出了一种类似的简化方法，在封闭不补水单向冻结的条件下，测量了土层各高度处的未冻水含量随温度变化的规律，然后在未冻水含量和温度的关系曲线上找出两条近似直线的曲线段，分别作两条直线，直线的交点即为冻结温度。这两种确定冻结温度的方法原理都比较简单，但在应用上Zhang等[73]提出的方法更加简便。图1-1未冻水含量和温度之间的关系曲线[74]图1-2土体冻结时的温度与时间的关系曲线[65]
兰州大学博士学位论文冻土的水热变化特征及水热气迁移机理研究13含水率、水分补给状态、冷端温度、暖端温度以及第二层膜的位置等因素对上覆不透水不透气保鲜膜的土样在冻结过程中水热气迁移的影响。系统测量了冻结过程中，土样不同高度处的温度随时间的变化规律。在试验结束后沿试样高度，分层测量了不同高度处的最终含水率，明确了水热气迁移的影响机理。（4）基于粗粒土试样在冻结过程中水热气的迁移机理，采用有限元法，选用前文推导得出的水热特征参数，模拟粗粒土的水热气迁移。通过与试验结果对比，验证该模型的可靠性。1.3.2技术路线本文旨在通过理论推导、试验测试以及数值模拟相结合的方法，对冻土的水热变化特征及水热气迁移机理进行研究，为修复已建寒区工程中的病害和预防拟建寒区工程中可能产生的病害提供建议。主要技术路线如图1-3所示。图1-3论文技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻融循环作用下非饱和粗颗粒填料水热汽迁移追踪及规律研究[J]. 张玉芝,马巍,赵维刚,温安,李裴,王保宪. 岩石力学与工程学报. 2020(01)
[2]季节冻土区高铁路基冻胀研究进展及展望[J]. 苗祺,牛富俊,林战举,罗京. 冰川冻土. 2019(03)
[3]北京新机场“锅盖效应”一维现场试验[J]. 罗汀,曲啸,姚仰平,王乃东,陈经伟. 土木工程学报. 2019(S1)
[4]季节冻土区高速铁路防冻胀路基保温强化特性研究[J]. 宋宏芳,岳祖润,李佰林,张松. 岩土力学. 2019(10)
[5]盐渍土与盐溶液冻结温度关系的试验研究[J]. 吴刚,邴慧,卜东升. 冰川冻土. 2019(03)
[6]冻土水力传导系数的理论模型研究[J]. 汤瑞,周国庆,王建州,赵光思,焦威. 农业工程学报. 2019(04)
[7]俄罗斯莫喀高铁抗冻胀基床结构研究[J]. 张东卿,薛元,罗强,阳恩慧. 铁道工程学报. 2018(04)
[8]非饱和粗颗粒土体的冻结试验研究[J]. 高建强,白瑞强,马勤国. 冰川冻土. 2018(01)
[9]季节性冻土地区高速铁路设计施工技术[J]. 刘辉. 铁道工程学报. 2017(10)
[10]参数m的形式和最大基质吸力点对Van Genuchten方程各参数的影响[J]. 毕骏,谌文武. 岩土力学. 2017(12)
博士论文
[1]冻融循环作用下土体水热变化特性及滞回机理研究[D]. 王冲.兰州大学 2018
本文编号：3442778
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
未冻水含量和温度之间的关系曲线[74]
兰州大学博士学位论文冻土的水热变化特征及水热气迁移机理研究771]。除此之外，Azmatch等[72]测试了土在三种固结压力下未冻水含量随温度的变化规律，提出了一种基于冻结吸力求解冻结温度的新方法。该方法首先将测得的未冻水含量与温度的变化关系通过克拉伯龙方程转化为未冻水含量和冻结吸力的关系曲线，然后在未冻水含量和冻结吸力的关系曲线上分别找出两条近似直线的曲线段，分别作两条直线，直线的交点即可得到一冻结吸力，最后用克拉伯龙方程将这一冻结吸力转化为温度，即为冻结温度。Zhang等[73]提出了一种类似的简化方法，在封闭不补水单向冻结的条件下，测量了土层各高度处的未冻水含量随温度变化的规律，然后在未冻水含量和温度的关系曲线上找出两条近似直线的曲线段，分别作两条直线，直线的交点即为冻结温度。这两种确定冻结温度的方法原理都比较简单，但在应用上Zhang等[73]提出的方法更加简便。图1-1未冻水含量和温度之间的关系曲线[74]图1-2土体冻结时的温度与时间的关系曲线[65]
兰州大学博士学位论文冻土的水热变化特征及水热气迁移机理研究13含水率、水分补给状态、冷端温度、暖端温度以及第二层膜的位置等因素对上覆不透水不透气保鲜膜的土样在冻结过程中水热气迁移的影响。系统测量了冻结过程中，土样不同高度处的温度随时间的变化规律。在试验结束后沿试样高度，分层测量了不同高度处的最终含水率，明确了水热气迁移的影响机理。（4）基于粗粒土试样在冻结过程中水热气的迁移机理，采用有限元法，选用前文推导得出的水热特征参数，模拟粗粒土的水热气迁移。通过与试验结果对比，验证该模型的可靠性。1.3.2技术路线本文旨在通过理论推导、试验测试以及数值模拟相结合的方法，对冻土的水热变化特征及水热气迁移机理进行研究，为修复已建寒区工程中的病害和预防拟建寒区工程中可能产生的病害提供建议。主要技术路线如图1-3所示。图1-3论文技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻融循环作用下非饱和粗颗粒填料水热汽迁移追踪及规律研究[J]. 张玉芝,马巍,赵维刚,温安,李裴,王保宪. 岩石力学与工程学报. 2020(01)
[2]季节冻土区高铁路基冻胀研究进展及展望[J]. 苗祺,牛富俊,林战举,罗京. 冰川冻土. 2019(03)
[3]北京新机场“锅盖效应”一维现场试验[J]. 罗汀,曲啸,姚仰平,王乃东,陈经伟. 土木工程学报. 2019(S1)
[4]季节冻土区高速铁路防冻胀路基保温强化特性研究[J]. 宋宏芳,岳祖润,李佰林,张松. 岩土力学. 2019(10)
[5]盐渍土与盐溶液冻结温度关系的试验研究[J]. 吴刚,邴慧,卜东升. 冰川冻土. 2019(03)
[6]冻土水力传导系数的理论模型研究[J]. 汤瑞,周国庆,王建州,赵光思,焦威. 农业工程学报. 2019(04)
[7]俄罗斯莫喀高铁抗冻胀基床结构研究[J]. 张东卿,薛元,罗强,阳恩慧. 铁道工程学报. 2018(04)
[8]非饱和粗颗粒土体的冻结试验研究[J]. 高建强,白瑞强,马勤国. 冰川冻土. 2018(01)
[9]季节性冻土地区高速铁路设计施工技术[J]. 刘辉. 铁道工程学报. 2017(10)
[10]参数m的形式和最大基质吸力点对Van Genuchten方程各参数的影响[J]. 毕骏,谌文武. 岩土力学. 2017(12)
博士论文
[1]冻融循环作用下土体水热变化特性及滞回机理研究[D]. 王冲.兰州大学 2018
本文编号：3442778
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