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声电效应在未冻水含量估计应用中的模型实验研究

宋浪  
【摘要】: 超声波在冻土中的传播特性反映了冻土材料的动力学特征,利用超声波速度测试技术可以直接测试声波在冻土中的运动学参数。冻土的未冻水含量明显影响着冻土中超声波的传播速度,但实验结果却显示,超声波速度与在冻土模型中传播的运动学参数有明显关系(运动学参数影响超声波的振幅、频率),本论文从事试验的目的正是要试图找到超声波速度与未冻水含量之间可能存在的关系,从而为超声波速度用于未冻水含量测试的工程应用提供试验依据。 冻土中自由未冻水含量不同,声波在冻土中的波速也不一样。因此在制作冻土模型的时候,按模型材料的不同将冻土含水率控制在一定温度范围内(成都地区砂土25.32%~32.52%;成都地区黏土35.22%~42.42%),再根据未冻水含量计算公式就可以测定所做声电测试时所对应的冻土中的未冻水含量。这样,试验过程中温度的测定尤为重要。设计制作冻融层可以变化的冻土模型,其底部为加热系统,上部完全冻结,周围及上端包有保温材料,在底部缓慢加热的过程中,冻融界面会发生变化,冻土内会形成一个温度场。在模型中分层埋设电极,并在其对应位置埋入热敏电阻进行温度实时监控。这样通过计算相邻电极段的电信号传播速度可以得出不同温度对应的波速。这种方法可以实现足够多的温度记录采集。该试验还可以通过改变冻土模型参数(介质成分、含水率),研究电信号同冻土其它因素的关系。试验选用了3种模型来进行分析:青藏地区黏土模型,成都地区砂土模型,成都地区黏土模型。为与已有理论相对比,温度取负温。 研究结果表明:从温度检测数据来看,对于不同介质的模型,在-10℃~0℃这一温度区间升高相同的温度,需要吸收的热量相对较多,尤以青藏冻土模型最为明显,其它冻土模型(成都砂土、成都黏土)其温度—时间变化曲线在-10℃~0℃范围内斜率也有明显变化。最后文章根据不同模型介质试验所得数据,给出了声波传播速度与未冻水含量之间的关系函数。


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