每年冬春季節(jié),中國北方地區(qū)的土體表層都會經(jīng)歷凍融作用,如果工程保護措施不當(dāng),會對其上覆的基礎(chǔ)設(shè)施造成損害。其中,凍脹現(xiàn)象涉及復(fù)雜的水熱耦合機理及相變作用,凍土中的溫度分布和水分條件,對巖土工程、水文、農(nóng)業(yè)等方面具有重要意義。在分析非飽和凍土耦合機理時,通常忽略水分遷移和蒸汽流動作用。然而,最近在中國的西北等寒冷和干旱地區(qū)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生凍脹破壞,在該地區(qū)地下水位約為20m深,經(jīng)典的凍脹理論無法解釋這種凍脹破壞。此外,最近的試驗數(shù)據(jù)也證明了凍土中的蒸汽可能會導(dǎo)致大量的冰晶形成。因此,本研究提出了一個非飽和凍土水汽熱多場耦合數(shù)學(xué)模型,并考慮了凍土中蒸汽的蒸發(fā)和凝結(jié)的相變作用。非飽和凍土中水汽熱耦合模型的求解是采用COMSOL Multiphysics中的數(shù)學(xué)PDE模塊,傳熱邊界考慮了具有特定溫度的Dirichlet邊界條件。然后,采用已有試驗數(shù)據(jù)對模型的有效性進行驗證,參考試驗為60cm的單向凍結(jié)土柱,試驗中土柱的初始條件和邊界溫度是變化的。計算結(jié)果表明:提出的模型能夠有效的預(yù)測非飽和土的凍結(jié)過程;水汽的遷移依賴于土體內(nèi)溫度梯度和初始含水量;總體積含水量在凍結(jié)鋒面處達(dá)到最大;當(dāng)暖端溫度固定時,冷...

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【學(xué)位級別】：碩士

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圖4-2水分控制方程

第四章凍結(jié)作用下粗粒土中水汽遷移數(shù)值模擬及分析-50-基于第三章的對非飽和凍土水-熱-力數(shù)值計算模型的理論推導(dǎo)，通過多物理場耦合軟件COMSOLMultiphysics建立土體有限元模型。凍結(jié)土體的溫度嘗水分嘗應(yīng)力場耦合復(fù)雜，數(shù)學(xué)模塊的優(yōu)點可以自主定義所需偏微分方程，并自主定義物....

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