在寒區(qū),隨著溫度下降地表的土體會經(jīng)歷凍結(jié)過程,改變土體的水熱特征,產(chǎn)生水熱氣遷移,由此引起的凍脹以及在融化過程中產(chǎn)生的融沉,使得寒區(qū)工程構(gòu)筑物產(chǎn)生各類病害,影響寒區(qū)工程的長期服役性能。為此,充分認(rèn)識土體在凍結(jié)過程中的水熱變化和水熱氣遷移機(jī)理對修復(fù)已有寒區(qū)工程中的病害和預(yù)防擬建寒區(qū)工程中可能產(chǎn)生的病害具有積極的作用。本文通過室內(nèi)試驗測試、理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬對這些科學(xué)問題進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）綜合分析了已有的未凍水模型并選取了其中6種有代表性的模型。研究了模型參數(shù)對未凍水模型的影響,分析了未凍水模型對負(fù)溫范圍的敏感性。在這6種模型中,Blanchard和Frémond模型,McKenzie等模型和Kozlowski模型包含極限未凍水,表明了當(dāng)溫度低于某一值,繼續(xù)降低溫度計算未凍水含量不再改變。FX-Clapeyron模型和FX（C（T）=1）-Clapeyron模型不含殘余未凍水含量,其計算值隨溫度減小而減小。VG-Clapeyron模型在-50℃到0℃的溫度范圍內(nèi)兼具以上模型的特點。Kozlowski模型和FX-Clapeyron模型對負(fù)溫范圍的敏感性最小。在各個負(fù)溫... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

未凍水含量和溫度之間的關(guān)系曲線[74]

蘭州大學(xué)博士學(xué)位論文凍土的水熱變化特征及水熱氣遷移機(jī)理研究771]。除此之外，Azmatch等[72]測試了土在三種固結(jié)壓力下未凍水含量隨溫度的變化規(guī)律，提出了一種基于凍結(jié)吸力求解凍結(jié)溫度的新方法。該方法首先將測得的未凍水含量與溫度的變化關(guān)系通過克拉伯龍方程轉(zhuǎn)化為未凍水含量和凍結(jié)吸力的關(guān)系曲線，然后在未凍水含量和凍結(jié)吸力的關(guān)系曲線上分別找出兩條近似直線的曲線段，分別作兩條直線，直線的交點即可得到一凍結(jié)吸力，最后用克拉伯龍方程將這一凍結(jié)吸力轉(zhuǎn)化為溫度，即為凍結(jié)溫度。Zhang等[73]提出了一種類似的簡化方法，在封閉不補(bǔ)水單向凍結(jié)的條件下，測量了土層各高度處的未凍水含量隨溫度變化的規(guī)律，然后在未凍水含量和溫度的關(guān)系曲線上找出兩條近似直線的曲線段，分別作兩條直線，直線的交點即為凍結(jié)溫度。這兩種確定凍結(jié)溫度的方法原理都比較簡單，但在應(yīng)用上Zhang等[73]提出的方法更加簡便。圖1-1未凍水含量和溫度之間的關(guān)系曲線[74]圖1-2土體凍結(jié)時的溫度與時間的關(guān)系曲線[65]

蘭州大學(xué)博士學(xué)位論文凍土的水熱變化特征及水熱氣遷移機(jī)理研究13含水率、水分補(bǔ)給狀態(tài)、冷端溫度、暖端溫度以及第二層膜的位置等因素對上覆不透水不透氣保鮮膜的土樣在凍結(jié)過程中水熱氣遷移的影響。系統(tǒng)測量了凍結(jié)過程中，土樣不同高度處的溫度隨時間的變化規(guī)律。在試驗結(jié)束后沿試樣高度，分層測量了不同高度處的最終含水率，明確了水熱氣遷移的影響機(jī)理。（4）基于粗粒土試樣在凍結(jié)過程中水熱氣的遷移機(jī)理，采用有限元法，選用前文推導(dǎo)得出的水熱特征參數(shù)，模擬粗粒土的水熱氣遷移。通過與試驗結(jié)果對比，驗證該模型的可靠性。1.3.2技術(shù)路線本文旨在通過理論推導(dǎo)、試驗測試以及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對凍土的水熱變化特征及水熱氣遷移機(jī)理進(jìn)行研究，為修復(fù)已建寒區(qū)工程中的病害和預(yù)防擬建寒區(qū)工程中可能產(chǎn)生的病害提供建議。主要技術(shù)路線如圖1-3所示。圖1-3論文技術(shù)路線圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]凍融循環(huán)作用下非飽和粗顆粒填料水熱汽遷移追蹤及規(guī)律研究[J]. 張玉芝,馬巍,趙維剛,溫安,李裴,王保憲.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2020(01)
[2]季節(jié)凍土區(qū)高鐵路基凍脹研究進(jìn)展及展望[J]. 苗祺,牛富俊,林戰(zhàn)舉,羅京.  冰川凍土. 2019(03)
[3]北京新機(jī)場“鍋蓋效應(yīng)”一維現(xiàn)場試驗[J]. 羅汀,曲嘯,姚仰平,王乃東,陳經(jīng)偉.  土木工程學(xué)報. 2019(S1)
[4]季節(jié)凍土區(qū)高速鐵路防凍脹路基保溫強(qiáng)化特性研究[J]. 宋宏芳,岳祖潤,李佰林,張松.  巖土力學(xué). 2019(10)
[5]鹽漬土與鹽溶液凍結(jié)溫度關(guān)系的試驗研究[J]. 吳剛,邴慧,卜東升.  冰川凍土. 2019(03)
[6]凍土水力傳導(dǎo)系數(shù)的理論模型研究[J]. 湯瑞,周國慶,王建州,趙光思,焦威.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2019(04)
[7]俄羅斯莫喀高鐵抗凍脹基床結(jié)構(gòu)研究[J]. 張東卿,薛元,羅強(qiáng),陽恩慧.  鐵道工程學(xué)報. 2018(04)
[8]非飽和粗顆粒土體的凍結(jié)試驗研究[J]. 高建強(qiáng),白瑞強(qiáng),馬勤國.  冰川凍土. 2018(01)
[9]季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路設(shè)計施工技術(shù)[J]. 劉輝.  鐵道工程學(xué)報. 2017(10)
[10]參數(shù)m的形式和最大基質(zhì)吸力點對Van Genuchten方程各參數(shù)的影響[J]. 畢駿,諶文武.  巖土力學(xué). 2017(12)

博士論文
[1]凍融循環(huán)作用下土體水熱變化特性及滯回機(jī)理研究[D]. 王沖.蘭州大學(xué) 2018



本文編號：3442778