隨著全球氣候變暖,賦存在東北多年凍土區(qū)的島狀凍土存在嚴(yán)重的退化現(xiàn)象,造成地基承載力下降,引起公路的的不均勻沉降;并且由于凍土退化造成的地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、泥石流等也是屢見不鮮。結(jié)合東北年平均氣溫,保護(hù)凍土的原則不再適用,針對這種情況,有些學(xué)者提出針對高溫凍土,可以用預(yù)先融化凍土的方法來減輕由于凍土退化所帶來的災(zāi)害。凍土是一種對含水率及溫度很敏感的土體,因此預(yù)融過程中對土體內(nèi)部的水分場、溫度場及其之間耦合作用的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。與此同時,在判斷凍土內(nèi)部熱量及水分遷移時常常需要用到土壤的比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)及未凍水含量等參數(shù),基于這種背景下,本文主要研究內(nèi)容如下:（1）提出將DSC（差示掃描量熱儀）運(yùn)用到凍土的熱分析試驗(yàn)中,驗(yàn)證了其可行性,總結(jié)出一套適用于凍土比熱容測試的升降溫速率及制樣方法;研究了干密度及初始含水率對凍土比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)的影響;建立了包含潛熱和顯熱的凍土比熱容計算公式。（2）利用DSC對實(shí)驗(yàn)過程中熱流的精確記錄,提出了一種新型測量未凍水的方法,并將DSC測量未凍水的試驗(yàn)結(jié)果與NMR（低場核磁共振）測量未凍水的試驗(yàn)結(jié)果對比,驗(yàn)證了這種方法的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上建立了融化過程中未凍... 

【文章來源】：東北林業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１ＤＳＣ８０００導(dǎo)熱系數(shù)儀??

需蒸餾水的質(zhì)量，將樣品盒密封完用十萬分之一電子天平進(jìn)行稱重，靜置２４ｈ后供后期??試驗(yàn)使用。第二種方案是分別稱�。飑柀枺邕^完篩的干土，分別將計算好質(zhì)量的水摻入土??中，均勻拌和后用保鮮膜密封好，靜置２４ｈ，在后期試驗(yàn)中從制備完成的土樣中取出一??定質(zhì)量的樣品加入樣品盒中，密封后可以直接供后期試驗(yàn)使用。通過對上述兩種方案制??備的土樣分別進(jìn)行試驗(yàn)研宄，第一種方案制定的樣品在靜置２４ｈ后，再次用電子天平稱??重后發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量損失較多，這部分損失可以看作是水分的蒸發(fā)（樣品盒的密封條件不是??很好），并且在利用第一種方案制備樣品時，所制備的土樣干密度通常較小，與試驗(yàn)?zāi)??標(biāo)要求相差較遠(yuǎn)；反觀用第二種方案制備的土樣在靜置２４ｈ后，水分損失很少且能比較??容易的控制干密度。綜上所述，通過兩種制樣方案的對比分析，本次試驗(yàn)采取第二種方??案進(jìn)行制樣。??２．１．３．３可行性驗(yàn)證??差示掃描量熱儀在材料熱分析領(lǐng)域己經(jīng)得到了普遍的運(yùn)用，但是在巖土工程領(lǐng)域??不常見，而且由于樣品質(zhì)量特別小的緣故，其對土壤熱分析研究結(jié)果的準(zhǔn)確性還有ｌｉ考??證。考慮到以上因素，筆者在進(jìn)行正式試驗(yàn)之前，先對差示掃描量熱儀對土壤比熱測量??結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。??０．８

如圖２．３所示，凍土在整個試驗(yàn)過程中比熱容并不是固定不變的，這與我們固有的??常識有很大區(qū)別。當(dāng)溫度降至〇°Ｃ時，比熱容的數(shù)據(jù)沒有發(fā)生突變，說明土體內(nèi)部的液??態(tài)水還沒有發(fā)生凍結(jié)，這是土顆粒比表面能作用及土壤內(nèi)部存在其他溶質(zhì)共同作用產(chǎn)生??的現(xiàn)象。當(dāng)溫度繼續(xù)降低，比熱容會發(fā)生突變，達(dá)到峰值后又降低至穩(wěn)定值，整個突變??的過程溫度變化范圍很小，這也從側(cè)面說明土壤凍結(jié)是一個迅速的過程，與融化過程有??一定的區(qū)別（在后文中有詳細(xì)介紹）。仔細(xì)觀察，土樣在各個含水率下產(chǎn)生的比熱容峰??值并不遵循隨初始含水率增大而增大的現(xiàn)象，這與凍結(jié)過程中未凍水含量的變化有關(guān)??（在本文的第三章有詳細(xì)介紹）。??２．１．５凍土比熱的計算方法??想要通過數(shù)學(xué)公式來求解凍土的比熱，必須充分了解其內(nèi)部的熱量交換。根據(jù)物質(zhì)??相態(tài)和該物質(zhì)溫度的變化特點(diǎn)，熱量交換可分為顯熱和潛熱兩種形式［１９］。??顯熱：當(dāng)物體吸熱（或放熱）僅使物體分子的熱動能增加（或減少），即只讓物體??溫度升高（或降低），而沒有改變物質(zhì)的形態(tài)，則該物體所吸收（或放出）的熱稱為顯??執(zhí)??潛熱：當(dāng)物體吸熱（或放熱）僅使物質(zhì)分子的熱勢能增加（或減少）時，則物體所??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]凍融作用對大興安嶺多年凍土區(qū)泥炭地土壤有機(jī)碳的影響研究[D]. 王嬌月.中國科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所） 2014
[3]非穩(wěn)態(tài)條件下多相多孔纖維材料熱傳遞性能分析[D]. 田明偉.東華大學(xué) 2012
[4]高海拔寒區(qū)隧道凍脹機(jī)理及其保溫技術(shù)研究[D]. 譚賢君.中國科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所） 2010
[5]北方季節(jié)性凍土的凍融規(guī)律分析及水文特性模擬[D]. 王曉巍.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]凍/融過程中內(nèi)蒙古東北部典型土體導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)研究[D]. 楊宗維.內(nèi)蒙古大學(xué) 2018
[2]土壤凍融過程未凍水滯后效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、模型及機(jī)理分析研究[D]. 石翔友.中國礦業(yè)大學(xué) 2018
[3]基于低場NMR的胡蘿卜干燥過程水分狀態(tài)及其分布的研究[D]. 祝樹森.南昌航空大學(xué) 2012



本文編號：3493640