收藏本站
收藏 | 论文排版

土体冻结水热力耦合理论研究及应用

雷大伟  
【摘要】:冻土工程中土体冻结往往会导致寒区路基的破坏以及深部立井冻结管断裂等问题。在冻结过程中土体发生了热量传递、孔隙水迁移相变、变形破坏等现象,而水分的迁移受到土体孔隙结构特性的影响。因此,结合土体结构特性建立土体冻结的多场耦合理论模型,准确揭示冻结过程中水分的迁移规律,具有重要科学意义和工程价值。为此,本文针对土体冻结问题,综合运用了实验测试、理论分析、数值模拟研究方法,深入探讨了土体冻结过程中的水热力耦合机理,建立了基于分凝冰准则的水热力耦合模型和双重孔隙介质水热力耦合模型,旨在为冻土工程提供更好的理论指导,通过本文的研究取得了以下成果:(1)对土样进行了不同冻结温度下的冻结实验,并对冻结后的土样进行压汞实验测试和扫描电子显微镜测试。实验结果显示:冻结温度越低,冻结后黏土的孔隙度越高;冻结黏土的孔隙结构呈现出双重孔隙分布的特点,并且冻结温度的降低,对黏土的这一孔隙特征有促进作用,同时孔隙分形维数也越大;冻结温度的降低使得黏土团聚体内部相互胶结的微颗粒相互分离,团聚体内部孔隙更加丰富。(2)依据孔隙冰压力准则建立了新的分凝冰的形成判据,构建了基于土体分凝冰判据的水热力耦合冻结理论模型,并通过对比实验结果和计算结果对模型进行了验证。利用该模型研究了土体特性参数(初始孔隙度、渗透系数、土颗粒导热系数)对冻结过程的影响规律,结果显示:土体冻结时的冻胀量随渗透性和导热性的增强而增大,最终冻结深度主要受土体两端温度影响;土体冻结速度越慢、渗透性越高,孔隙水越容易积聚,更容易导致冰透镜体的形成。(3)基于土体微观孔隙结构特性,建立了土体冻结双重孔隙介质水热力耦合模型,并通过实验结果和计算结果对比对模型进行了验证。利用该模型对立井冻结壁冻结过程进行模拟,结果显示:冻结管布置相对密集的中圈冻结管区域最先形成闭合的冻结圈,但由于没有足够的孔隙水供给,冻结后该处的含水量要低于内圈管和外圈管区域。在冻结壁形成之后随着冻结的进行其以均匀的速度增厚。冻结过程中由于水分的迁移和相变导致土体发生冻胀,冻结管发生了向外的径向位移,并且在冻结壁形成之后以缓慢的速度持续增加。(4)研究了地层参数、冻结管布置和冻结温度对冻结管受到地层剪切作用的影响规律,结果表明:冻结管剪应力随地层之间渗透率和导热系数差值的线性增加分别呈现线性增长和指数型增长规律;同时减少单圈冻结管的个数和增加布置圈径均能降低由于土层差异导致的冻结管横向剪应力。该论文有图48幅,表16个,参考文献113篇。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前15条
1 晏兴文;;利用土体自重治理全风化泥岩滑坡[J];四川建筑;2017年02期
2 孙凯强;唐朝生;刘昌黎;李昊达;王鹏;冷挺;;土体龟裂研究方法[J];岩土力学;2017年S1期
3 刘爱平,崔春龙;岩土体显微组构与力学性能关系研究现状与展望[J];西南科技大学学报;2003年02期
4 李晓莲;杨静;魏秦生;吕向明;;极限平衡条件在土体剪切平衡状态中的应用[J];天水师范学院学报;2020年05期
5 姚弈博;;土体水分蒸发测量装置现状综述[J];农村实用技术;2020年03期
6 盛明强;乾增珍;田开平;;土体固化/稳定技术与固化土性质研究综述[J];江西水利科技;2017年05期
7 江帆;;影响土体冻胀的主要因素及冻胀防治[J];四川建材;2015年06期
8 吴珺华;袁俊平;何利军;卢廷浩;;蒸发条件下土体内部水分分布及变化规律研究[J];防灾减灾工程学报;2013年03期
9 孙宏波;黄英;任磊;张丽;;土体结构性研究现状分析[J];云南水力发电;2006年05期
10 杨震;李超;冀鸿兰;孙超;石兆丰;;冻融期黄河堤岸土体温湿度变化特征及影响因素研究[J];干旱区资源与环境;2021年01期
11 郭安宁;段博儒;俞莉;;中国土体动力学研究进展概述[J];科学技术与工程;2019年36期
12 陈施雨;邢云林;;土体振动二维仿真分析的建模问题[J];建筑结构;2020年S1期
13 奚小波;张瑞宏;单翔;叶伟伟;史扬杰;马国梁;陶德清;;基于土体裂隙迹线方程和土体扰动模型的气爆松土参数优化[J];农业工程学报;2018年06期
14 赵艳;胡云明;;坪头水电站首部枢纽变形土体处理设计[J];水电站设计;2016年04期
15 何仲太;马保起;卢海峰;;衡水市岩土体剪切波速与土层深度的关系[J];科学技术与工程;2014年35期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 王文顺;王建平;史天生;;影响人工冻结土体冻胀因素的分析[A];矿井建设与岩土工程技术新发展[C];1997年
2 冯德銮;房营光;侯明勋;;土体力学特性颗粒尺度效应的理论与试验研究[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
3 陈宾;潘泽忠;刘正才;董辉;罗春雷;张亮;周乐意;;坡前堆填四边形有限土体被动土压力计算[A];《工业建筑》2016年增刊Ⅱ[C];2016年
4 刘敏;陈兵;林峰;闫辉峰;顾祥林;;冷却塔倒塌致地面振动影响因素研究——土体类型[A];中国核科学技术进展报告(第四卷)——中国核学会2015年学术年会论文集第10册(核安全分卷)[C];2015年
5 冯苍旭;赵学亮;张磊;;热脉冲式岩土体热导率仪研制[A];地温资源与地源热泵技术应用论文集(第三集)[C];2009年
6 李明;张联洲;刘士进;;静压灌浆提高土体承载力探讨[A];地基基础工程与锚固注浆技术:2009年地基基础工程与锚固注浆技术研讨会论文集[C];2009年
7 李博;张丹;王嘉诚;刘少林;施斌;;基于传感光缆应变分布的土体剪切变形计算方法[A];2015年全国工程地质学术年会论文集[C];2015年
8 武治安;;矿区水位下降对土体特性影响的分析[A];第二十五届粤鲁冀晋川辽陕京赣闽十省市金属学会矿业学术交流会论文集(下册)[C];2018年
9 余文龙;;有限填土体主动土压力的理论解析[A];石油天然气勘察技术中心站第二十二次技术交流会论文集[C];2016年
10 黄文雄;沈建;;基于应力响应包络的土体典型本构模型比较[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
11 朱寿增;周健红;;酸雨对土体工程性质影响的试验研究[A];中国土木工程学会第八届土力学及岩土工程学术会议论文集[C];1999年
12 吴健华;钱会;;高填方土体大尺度渗透系数的确定[A];中国地质学会2015学术年会论文摘要汇编(下册)[C];2015年
13 谢立全;郑永来;牛永昌;;切向水流对土体渗流的影响试验与数值模拟[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下册)[C];2009年
14 孙钧;周健;龚晓南;张弥;;受施工扰动影响土体环境稳定理论与变形控制[A];盛世岁月——祝贺孙钧院士八秩华诞论文选集[C];2006年
15 庄欠伟;吕建中;;大型土体模拟组合式加载系统研制与试验[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年
16 袁晓铭;孙锐;孟上九;;土体地震变形分析中有效循环次数方法的可行性研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
17 刘兴;王媛;;基于形态学理论的土体裂隙边缘分形维数计算[A];第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C];2012年
18 邹趋;姜玉松;;注浆对土体力学性能的影响[A];第四届中国岩石锚固与注浆学术会议论文集[C];2007年
19 陈康;张丽佳;刘昭;;河北省典型土体水盐运移机理浅析[A];水科学前沿与中国水问题对策——第十三届中国水论坛论文集[C];2015年
20 孙玉进;宋二祥;;土体滑裂面上正应力函数理论分析[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 冯德銮;土体介质多尺度耦合力学特性的理论与试验研究[D];华南理工大学;2016年
2 王明珉;支护桩桩间临空土体破坏机理与稳定性分析方法[D];重庆大学;2015年
3 王翔南;土体裂缝演化过程的扩展有限元法模拟[D];清华大学;2018年
4 夏琼;基于水—汽—热耦合作用的裸露地表土体蒸发过程研究[D];兰州交通大学;2020年
5 马文旭;土体介质尺度效应的试验及数值模拟分析[D];华南理工大学;2011年
6 丁彦杰;高压富水砂层土压平衡盾构的土体改良技术研究[D];中国矿业大学(北京);2020年
7 王鑫;东部草原区典型露天矿不同重构土体水分动态特征与模拟[D];中国矿业大学(北京);2020年
8 杨颜志;土体-复杂结构耦合系统地震响应数值模拟方法及应用[D];上海交通大学;2012年
9 王浩;饱和岩土体多尺度多场耦合热力学本构研究与有限元分析[D];清华大学;2018年
10 盛志强;与基坑开挖过程有关的土体工程特性试验研究[D];中国建筑科学研究院;2016年
11 楼云锋;流体—结构—土体动力耦合系统数值模拟方法及应用[D];上海交通大学;2015年
12 张志超;饱和岩土体多场耦合热力学本构理论及模型研究[D];清华大学;2013年
13 郭晓霞;热力学方法在土体本构模型中的应用研究[D];大连理工大学;2009年
14 陈龙伟;土体弱化与地震动关联性理论及相互作用规律研究[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
15 高磊;南京城区浅层土体热岛效应观测与分析[D];南京大学;2011年
16 牛志荣;土体动力压密问题及其工程应用[D];太原理工大学;2003年
17 庄心善;深基坑开挖土体的卸荷试验研究及有限元分析[D];武汉理工大学;2005年
18 汪国锋;北京砂卵石地层土压平衡盾构土体改良技术试验研究[D];中国地质大学(北京);2011年
19 朱剑锋;考虑扰动影响的土体性状研究[D];浙江大学;2011年
20 李仁平;软土地基中被动桩与土体的相互作用及其工程应用[D];浙江大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 雷大伟;土体冻结水热力耦合理论研究及应用[D];中国矿业大学;2021年
2 徐良奎;土压平衡盾构中土体改良评价体系研究[D];中国地质大学(北京);2010年
3 孔令坤;土体水分迁移试验及数值模拟[D];长安大学;2009年
4 李冠奇;致密土体劈裂注浆的力学机理及试验研究[D];铁道部科学研究院;2006年
5 李兴迪;应用探地雷达测定浅表土体含水率的机理与实验研究[D];西南科技大学;2016年
6 张婷;有限土体宽度对支护结构变形特性影响研究[D];华东交通大学;2021年
7 钟政;西南典型干旱河谷区松散土体坍滑起动泥石流试验研究[D];昆明理工大学;2021年
8 马珍珍;坑内预留土体对桩锚支护结构的作用效应研究[D];郑州大学;2016年
9 刘昌黎;土体收缩力学特性及龟裂边界效应研究[D];南京大学;2018年
10 马士举;城市区域土体环境效应[D];昆明理工大学;2008年
11 李斌;软弱土体对工程桩的侧向作用分析[D];中国海洋大学;2006年
12 崔凯;交河故城台地危险土体研究[D];兰州大学;2006年
13 王俊翔;分层土体在导管下入过程中承载力演化机理研究[D];中国石油大学(北京);2020年
14 摄宇;超重力模型试验土体动力特性参数监测与表征[D];浙江大学;2019年
15 冯延云;崩岗土体抗拉力学特性及对崩岗稳定性影响研究[D];华中农业大学;2020年
16 钟声;降雨下滑坡土体渗透性的研究[D];成都理工大学;2015年
17 王育刚;基于分形理论的土体物理力学性能试验研究[D];长沙理工大学;2011年
18 于勇;周边约束土体对地下室抗震影响的研究[D];武汉理工大学;2007年
19 张本一;基于结构性的土体本构模型[D];大连理工大学;2006年
20 万青;微生物产物对土体性能影响的试验探究[D];武汉轻工大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 记者 杨阳腾;滑坡土体基本趋于稳定[N];经济日报;2015年
2 特约记者 杨焕星 记者 刘如春;雷州两村地表突然开裂系土体涨缩所致[N];地质勘查导报;2007年
3 记者 邢云鹏 通讯员 李阔;山西:部门会商预测年度地灾趋势[N];中国国土资源报;2014年
4 本报记者 薛亮 通讯员 朱春健 李汶芮;土地工程治污的陕西样本[N];中国国土资源报;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978