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硫酸盐渍土热-质迁移试验与耦合模型

西南交通大学学报 2023年第2期58卷 470-478页

作者：罗崇亮余云燕张璟崔文豪杜乾中丁小刚兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 河西学院土木工程学院甘肃张掖734000 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

为研究西部寒旱区盐渍土传热传质行为,首先,在无压补给条件下进行非饱和硫酸盐渍土的单向冻结试验;其次,考虑结晶潜热、结晶阻抗及结晶消耗等因素,建立非饱和硫酸盐渍土水-热-盐三场耦合模型;最后,采用COMSOL Multi-physics对耦合模型... 详细信息

为研究西部寒旱区盐渍土传热传质行为,首先,在无压补给条件下进行非饱和硫酸盐渍土的单向冻结试验;其次,考虑结晶潜热、结晶阻抗及结晶消耗等因素,建立非饱和硫酸盐渍土水-热-盐三场耦合模型;最后,采用COMSOL Multi-physics对耦合模型进行数值模拟,将模拟结果与试验数据进行对比分析.研究结果表明:盐渍土内温度随冻结时长呈三阶段发展,逐步形成上冷下暖的温度梯度;在温度梯度和基质吸力双重驱动下,水、盐向冻结锋位置迁移,冻结锋位置水、盐含量出现峰值,峰值含水率、含盐量相较初始值分别增加2.16%和0.28%;冻结锋沿冻结温度线移动,形成冻结锋面;土柱最大冻结深度约为15.5 cm.

关键词：非饱和盐渍土单向冻结试验传热传质耦合模型数值模拟

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单向冻结黏性土水热特性冻胀试验研究

土木工程 2021年第3期10卷 227-234页

作者：曾腾飞杨保存李宏伟塔里木大学水利与建筑工程学院新疆阿拉尔

冻结过程中对其水–热分布特性及冻胀的研究一直是冻土学研究的热点。本文以新疆南疆阿拉尔市周边黏性土为研究对象,进行土体单向冻结作用下的冻胀试验,设置冷端温度−1℃、−5℃和−10℃,暖端温度、环境温度为3℃,研究土体在单向冻结作用... 详细信息

冻结过程中对其水–热分布特性及冻胀的研究一直是冻土学研究的热点。本文以新疆南疆阿拉尔市周边黏性土为研究对象,进行土体单向冻结作用下的冻胀试验,设置冷端温度−1℃、−5℃和−10℃,暖端温度、环境温度为3℃,研究土体在单向冻结作用下水–热变化及土体的变形。试验结果表明;土体中水分迁移过程受土体降温的影响,冷端温度越低水分随冻结时间向冷端迁移速度越快。试样冻胀量随冻结时间的增加而增加,且冷端温度越低冻胀量越大。研究结果能够很好的反映在不同温度变化条件下新疆南疆地区黏性土在冻结过程中的温度分布、水分分布及变形规律,从而为后期深入研究路基盐–冻胀变形机理提供一定的理论参考。

关键词：冻土单向冻结试验水分场温度场冻胀变形

单向冻结条件下粗颗粒级配土的水热分布及冻胀特性研究

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岩石力学与工程学报 2023年第9期42卷 2329-2340页

作者：刘倩倩蔡国庆秦宇腾尹凤杰李舰赵成刚北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

随着寒旱区高速铁路工程的增多和工程服役时间的增长,气态水迁移引发的路基冻害问题被广泛关注。为深入探究寒区粗颗粒填料的冻胀机制,研制一套考虑水–热–力耦合的土柱试验装置,开展不同补水类型、细颗粒含量、细颗粒类型的单向冻结... 详细信息

随着寒旱区高速铁路工程的增多和工程服役时间的增长,气态水迁移引发的路基冻害问题被广泛关注。为深入探究寒区粗颗粒填料的冻胀机制,研制一套考虑水–热–力耦合的土柱试验装置,开展不同补水类型、细颗粒含量、细颗粒类型的单向冻结试验。结果表明:(1)冻结锋面位置受补水方式、细粒土含量的影响较为显著,细粒土类型的影响相对较小。(2)随冻结时间的增长,液–气组合补水和气态水补水均会导致试样含水率不断升高,而前者含水率变化较快。细粒土含量和类型会显著影响气态水迁移量,造成土柱水分分布的明显差异。(3)粗颗粒级配土中液态水很难通过冻胀–抽吸力直接上升至冻结锋面,气态水迁移是造成冻胀发展的重要因素。在高速铁路的长期运营过程中,气态水迁移引发的路基水分积聚和冻胀问题不可忽视。

关键词：土力学粗颗粒级配填料单向冻结试验气态水迁移水热分布冻胀

单向冻结过程中NaCl盐渍土水盐运移及变形机理研究

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岩土工程学报 2017年第11期39卷 1992-2001页

作者：肖泽岸赖远明尤哲敏中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

冻结过程中的水盐迁移机理一直是冻土学研究的热点。通过单向冻结试验,研究了冻结过程中的水盐运移过程及土体变形。研究表明,在土体初始含盐量为0.8%的条件下,土体的冻胀变形显著减小,盐分的存在强烈影响着冻结缘处水分的集聚,盐对土... 详细信息

冻结过程中的水盐迁移机理一直是冻土学研究的热点。通过单向冻结试验,研究了冻结过程中的水盐运移过程及土体变形。研究表明,在土体初始含盐量为0.8%的条件下,土体的冻胀变形显著减小,盐分的存在强烈影响着冻结缘处水分的集聚,盐对土体的冻胀具有抑制作用。在补给不同浓度NaCl溶液的条件下,土体初期的冻胀变形规律一致,随着盐分在冻结锋面处的累积,土体在后续冻结过程中水分迁移动力不足,从而使得土体冻胀过程中冻胀明显减小。基于溶液的性质并考虑盐分对土体冻结温度和未冻水含量的影响,建立了冻结过程中NaCl盐渍土水盐迁移规律及变形的计算模型,计算结果显示,计算模型能够很好地反映含盐土体在冻结过程中的温度、水分、盐分及变形的规律,从而为深入了解盐渍土在冻结过程中的变形机理提供理论参考。

关键词：盐渍土单向冻结试验水盐迁移变形

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季冻区路基填土冻胀特性试验研究

中外公路 2021年第1期41卷 21-25页

作者：崔宏环王伟浩闫子麟邢辰孙利成河北建筑工程学院土木工程学院河北张家口075000

为研究开放系统下顶端温度对季冻区路基填土冻胀变形特性的影响,以张家口地区的路基填土为研究对象进行单向冻结试验,通过自制冻胀试验机采集大尺寸试样内部的水分、温度和冻胀量数据并分析其变化过程。结果表明:(1)-10℃时对应的冻胀... 详细信息

为研究开放系统下顶端温度对季冻区路基填土冻胀变形特性的影响,以张家口地区的路基填土为研究对象进行单向冻结试验,通过自制冻胀试验机采集大尺寸试样内部的水分、温度和冻胀量数据并分析其变化过程。结果表明:(1)-10℃时对应的冻胀量最大,-5℃次之,-15℃最小;(2)快增状态冻胀率在-10℃时最大,慢增状态和稳态对应的冻胀率随顶端温度的降低有下降的趋势;(3)内部温度沿高度分布逐渐由非线性向线性发展;(4)顶端温度作用对试样内水分分布影响最大深度不超过40 cm。

关键词：季冻区路基单向冻结试验冻胀量冻胀率温度分布水分分布

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碎石换填槽技术对于改善渠基冻胀特性研究

碎石换填槽技术对于改善渠基冻胀特性研究

作者：张春洋兰州大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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,比较了不同粒径对于温度场的改变效果以及降温速率,并比较了补水条件对于碎石试样的温度场的影响。试样整体温度随着颗粒直径的增加先升高后降低,在某一粒径时温度达到最大。水分补给条件对于碎石样温度改变影响不大,同一试样在不同补水条件下上部温度基本一致。（3）通过水热耦合理论建立了碎石换填槽的渠道有限元模型,对不同温度梯度以及不同粒径下的温度场进行模拟。结果表明:在同一粒径下,温度梯度越大,碎石换填槽对渠道冻深的改善越大;在同一温度梯度下,换填粒径越大,冻深减小越明显。

关键词：渠基冻胀单向冻结试验温度场水分场碎石数值模拟