凍土凍脹是冰透鏡體生長的宏觀表象,人工凍土及天然凍土在凍結后均會引發(fā)一定范圍內的凍脹變形,過量的凍脹變形將導致礦山井筒工程、隧道工程、民用工程等基礎設施的破壞。凍脹過程中冰透鏡體生長及其背后潛在物理化學機制所涵蓋的界面接觸處分子間相互作用是理解成核、結晶、相變和礦物置換等物理過程的基礎。掌握凍結土體基本物理特性,揭示冰透鏡體生長過程中凍土水熱力耦合物理行為,完善凍結土體物理力學理論體系,對資源高效開發(fā)及人工地層凍結工程與寒區(qū)凍土工程的高效構建具有十分重要的科學意義。本文圍繞特定環(huán)境影響下的冰透鏡體生長機制及凍土水熱力耦合行為與機理為關鍵科學問題,綜合采用室內試驗、理論分析與建模、數(shù)值模擬等技術手段,對凍結過程中凍脹敏感性、水熱力耦合作用下的凍脹機理及理論、凍脹穩(wěn)定控制等科學問題進行研究。主要獲得以下創(chuàng)新性成果:（1）采用微觀結構掃描與分子結構分析的方法揭示了蒙脫土及高嶺土的水物理特性,指出蒙脫土礦物相較高嶺土具有更好的親水能力進而使得凍脹較小。此外,研究了顆粒介質粒徑影響下的冰透鏡體生長機制,綜合考慮自然界不同含量砂-粉-粘顆粒組成土體粒徑的差異,對給定土體的凍脹敏感性進行了評價。研究... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：182 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
變量注釋表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
    1.3 擬解決科學問題
    1.4 研究內容與技術路線
2 不同粒徑土體凍脹敏感性
    2.1 粘土礦物電鏡掃描及微觀結構分析
    2.2 粘土礦物分子結構分析
    2.3 土體凍結特性與顆粒幾何特性關系
    2.4 冰透鏡體生長機制與粒徑的關系
    2.5 土體凍脹敏感性的數(shù)值分析
    2.6 本章小結
3 力學約束影響下土體水熱力耦合行為研究
    3.1 凍土凍脹試驗系統(tǒng)的構成及功能
    3.2 凍結土體水熱力耦合行為的分析
    3.3 凍脹力差異機理分析
    3.4 凍脹力的跌落行為分析
    3.5 本章總結
4 基于水活性的冰透鏡體生長演化模型
    4.1 單透鏡體生長的分凝勢模型
    4.2 晶體相變及相界面水膜熱力學理論
    4.3 土體凍結特性曲線的確定
    4.4 水活性誘導冰透鏡體生長演化過程
    4.5 冰透鏡體生長的數(shù)值模擬結果與討論
    4.6 本章總結
5 基于分離冰理論的水熱力耦合凍脹模型
    5.1 凍土體的有效應力
    5.2 水熱力三場耦合的分離冰凍脹模型
    5.3 凍脹及冰透鏡體形態(tài)的數(shù)值模擬
    5.4 基于分離冰凍脹理論的凍脹力模擬
    5.5 力學約束結構對凍脹影響分析
    5.6 本章總結
6 自動控制凍深的冰透鏡體生長抑制方法
    6.1 透鏡體生長的決定因素及特征
    6.2 凍結緣依賴的冰透鏡體生長機制
    6.3 自動控制凍深的凍脹試驗(
    6.4 透鏡體生長及凍脹抑制效果的試驗分析
    6.5 本章總結
7 主要結論與展望
    7.1 主要結論
    7.2 展望
參考文獻
附錄A
作者簡歷
學位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]軟粘土的結合水對其次固結和長期強度的影響及機理研究[D]. 吳謙.吉林大學 2015
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[4]凍土凍脹理論模型及凍脹控制研究[D]. 周揚.中國礦業(yè)大學 2009
[5]深厚沖積層凍結壁與井壁的力學特性及其共同作用機理研究[D]. 榮傳新.中國科學技術大學 2006

碩士論文
[1]蘭州地區(qū)黃土的比表面積分析[D]. 孫美玲.蘭州大學 2014



本文編號：3188828