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季节冻土水分迁移模型研究

李杨  
【摘要】: 本文结合国家自然科学基金项目“东北季冻区路基水分迁移的微观机理研究”(NO. 40672180)和交通部西部项目“季节性冰冻地区路基路面稳定技术研究”,以长春地区季节冻土为研究对象,从土体基本的物理化学性质出发,结合季冻土的热力学参数和水力学特征,介绍了土性对水分迁移过程的影响。并利用扫描电子显微镜对东北地区季节冻土在不同温度下冻中和冻后的微观结构进行了研究。最后主要以室内实验数据为基础,建立了基于非饱和土多孔介质理论的水迁移热耦合模型,采用有限元法分别对长春1和长松线土样进行数值方程的求解,并分别与室内实验和野外监测结果相比较,得到了较好的结果。 本文首先对长春地区季节冻土的粒度成分、矿物成分、易溶盐含量、比表面积、阳离子交换容量等性质进行了分析,并研究了冻土的热交换参数和水力参数。其次利用扫描电子显微镜对东北地区季节冻土在不同温度下冻中和冻后的微观结构进行了研究。然后根据地温及监测数据确定了本区季节活动层在地表以下1.7m,并根据监测资料将本区季节冻土冻结期分为四个阶段,即:不稳定冻结阶段、单向快速冻结阶段、稳定冻结阶段、双向融化阶段。根据冻结状态下的毛细水上升实验得出了在压实度较小的情况下,毛细水上升高度随土的压实度增加而减小。最后建立了基于多孔介质理论和非饱和土水动力学的的水热耦合迁移模型,采用有限元法分别对长春1和长松线土样进行求解,并分别与实验和监测结果进行比较,得到了较好的结果。 全文分七章,包括绪论、季节冻土的成分结构特征及物理化学特性、季冻土的微观结构特征、季节冻土中的水分迁移、季节冻土水热盐耦合方程的建立、季节冻土耦合模型的解及检验、结论和建议。


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