本文關(guān)鍵詞： 短時(shí)凍土 殘積土邊坡 水熱場(chǎng) 耦合 二維差分　出處：《福州大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：福建省閩北等地地處短時(shí)凍土區(qū),區(qū)域內(nèi)的短時(shí)凍土在冬季具有形成凍融周期短、凍融次數(shù)頻繁、凍土層深度較淺、冰雪融化后邊坡淺層含水率升高等特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明,短時(shí)凍土區(qū)殘積土邊坡淺層凍融垮塌頻發(fā),給當(dāng)?shù)毓返酿B(yǎng)護(hù)造成了較大的困難,但相關(guān)基礎(chǔ)理論研究一直未得到重視�；谝陨�,本文采用文獻(xiàn)與工程調(diào)研、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的技術(shù)手段,獲得了福建典型殘積土水熱參數(shù)以及凍結(jié)特性,編制了短時(shí)凍土區(qū)殘積土邊坡水熱耦合的計(jì)算程序,分析了短時(shí)凍土地區(qū)氣候特點(diǎn)以及邊坡土壤墑情特點(diǎn),得出了閩北地區(qū)凍土邊坡水熱變化規(guī)律。研究的主要結(jié)論如下：(1)針對(duì)典型的兩類殘積土凍結(jié)試驗(yàn)表明,黃壤凍結(jié)溫度范圍為-1℃-2℃,紅壤凍結(jié)溫度范圍為-6.5℃-7.5℃；并且含水率越高、含鹽率越低,土壤凍結(jié)溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。(2)綜合運(yùn)用函數(shù)擬合及取均值確定初值條件,外邊界條件主要考慮蒸發(fā)、太陽(yáng)輻射、凈輻射、對(duì)流換熱及蒸發(fā)潛熱,基于Harlan模型,通過(guò)抓MATLAB編程得到了適用于短時(shí)凍區(qū)殘積土邊坡水熱耦合的計(jì)算程序。(3)試驗(yàn)段凍期集中在2013.12至2014.2間,期間最低氣溫可達(dá)-4.4℃；凍期內(nèi)的天氣以多云及陰天為主,輻射一般低于850W/m2,日輻射峰值最低為21W/m2；各月的低溫天數(shù)分別為8d、10d、14d,凍期內(nèi)凍融頻繁,共存在18次凍融周期,其中16次一天凍融,1次兩天凍融,1次六天凍融；閩北極低氣溫可達(dá)-7℃～-8℃,氣溫隨緯度或海拔增大而降低；降溫對(duì)邊坡溫度的影響深度為25cm左右；邊坡土壤溫度隨時(shí)間變化呈現(xiàn)正余弦規(guī)律并滯后氣溫變化2-3h；土壤含水率日蒸發(fā)量的范圍為0.001/d～0.003/d。(4)由模型計(jì)算結(jié)果可得：閩北地區(qū)邊坡凍深范圍為0-15cm,土坡發(fā)生5h以上凍融時(shí),邊坡表層容易形成穩(wěn)定冰層；試驗(yàn)段內(nèi)一天凍融下,土壤凍時(shí)可達(dá)5h,六天凍融下,土壤凍時(shí)可達(dá)32h；氣溫在土壤凍結(jié)溫度以下的持續(xù)時(shí)間低于1.5h時(shí),土壤不易凍結(jié)；空氣濕度越高,蒸發(fā)量越小,邊坡土層的凍深以及凍融持續(xù)時(shí)間越大。(5)土質(zhì)因素對(duì)土壤凍結(jié)深度的影響因素敏感性排序?yàn)椋汉}量初始含水率干密度土骨料比熱；外邊界因素對(duì)土壤凍結(jié)深度的影響因素敏感性排序?yàn)椋喝兆畹蜌鉁靥?yáng)輻射空氣濕度。
[Abstract]:Fujian Province, located in short permafrost areas, permafrost area has formed short freeze-thaw cycle is short in winter, freezing and thawing permafrost in frequent shallow ice melts of the shallow layer of high moisture content. The field survey showed that short-time permafrost Residual Soil Slope Shallow freeze-thaw the collapse happened frequently, caused great difficulties to the local highway maintenance, but the related basic theory research has not been paid attention to. Based on the above, this article uses the literature and engineering investigation, laboratory test, field test and theoretical analysis method combining the obtained Fujian typical Residual Soil Hydrothermal parameters and freezing characteristics, short-term preparation of permafrost residual soil slope calculation program of water heat coupling, analysis of climate characteristics in permafrost regions and short slope soil moisture characteristics, the permafrost slope hydrothermal changes in North Fujian. The main research. The theory is as follows: (1) according to the two typical residual soil freezing experiment showed that soil freezing temperature range of -1 DEG -2 DEG, soil freezing temperature range of -6.5 -7.5 DEG C; and the higher water content, salt content is low, soil freezing temperature rise. (2) the comprehensive use of function the fitting and the average value is determined, the boundary conditions are considered evaporation, solar radiation, net radiation, heat convection and evaporation, based on the Harlan model, through grasping the MATLAB programming calculation program for short-term frozen area of residual soil slope water heat coupling. (3) the test section of frozen period in 2013.12 to 2014.2, the lowest temperature is -4.4 DEG C during the freezing period; the weather with cloudy and cloudy days, radiation is generally lower than 850W/m2, the lowest 21W/m2 emission peak; low temperature days of each month were 8D, 10d, 14d, frozen period of freezing and thawing frequently, there were 18 times of freeze-thaw cycle Among them, 16 times a day 1 times two days of freezing and thawing, freezing and thawing, 1 times six days in freezing and thawing; very low temperature can reach -7 to -8 DEG C, the temperature decreases with the increase of latitude or elevation of temperature; cooling effect on the slope depth of about 25cm; the slope soil temperature changes with time showed a positive cosine law the temperature change and lag 2-3H; range of daily evaporation of soil moisture is 0.001/d ~ 0.003/d. (4) results can be calculated by the model: Northern Slope freezing depth range of 0-15cm, the slope 5h above freezing and thawing, the slope surface is easy to form stable ice; test period of a day of freezing and thawing, frozen soil up to 5h, six days of freezing and thawing, soil freezing up to 32H; the temperature in soil freezing duration under the temperature below 1.5h, the soil is not easy to freeze; the air humidity is high, evaporation is small, the soil slope deep freeze and freeze thawing duration is large (5) soil factors. The sensitivity of influencing factors on soil freezing depth is: salt content, initial moisture content, dry density and soil aggregate specific heat. The sensitivity of influencing factors on soil freezing depth is: daily minimum temperature, solar radiation, air humidity.

【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU445

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本文編號(hào)：1468575