夏洛特岩土所冻胀理论商量获进展,冻胀理论商量获进展

冻胀爆发进程中的水分迁移

多年来,中国中国科学技术大学学台中岩土力学商讨所探究员韦昌富公司在不相同压力、边界温度、初阶土样高度标准化下,对饱和粉土进行了冻胀试验,研商了温度梯度、冻结速率、土样高度和压力对冻胀的震慑。该研究工作赢得国家自然科学基金珍视及面上等项目标援助。

舆论信息:周家作,韦昌富,魏厚振, 李东庆,
等.饱和粉土冻胀进度试验研商及数值模拟[J]. 岩石力学与工程学报,2017, 36
: 485-495.

(原载于《中国科学报》 2018-05-14 第5版 创新周刊)

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在该项钻探中,当土中温度变化很缓慢时温度场可身为准稳态,冻胀速率与温度梯度成正比例增进关系,其比重周详随着压力叠合而线性减小;冻土中温度变化不慢时,冻胀速率还与冷冻速率有关,总冻胀速率能够表达为准稳态冻胀速率与须臾态冻胀速率。准稳态冻胀速率与压力和温度梯度有关,弹指态冻胀速率与压力和冷冻速率有关;冻结速率与土样尺寸有关,将冷冻速率与土样中度的比率定义为比冻结速率。

细粒土在冰冻进度中,未冻土中的水分在“冻吸力”效率下向冻土中迁移并冻结,导致冻土容积膨胀即冻胀。冻胀可能会潜移默化季节性冻土区的征程、管道等工程的变形,也恐怕使得应用人工冻结法施工的隧道、矿井的冻结壁爆发变形。近些日子关于冻胀的说理模型多有大要意义不清、参数难以度量等主题材料,对于抓实冻胀机理的认识和推进工程选取仍有十分的大局限。

依照预融重力学理论,研讨职员推导了怀想冰透镜体分界面水力阻抗的冻胀理论模型。“守旧冻胀理论模型平日在展望冻胀速率时偏大,这是因为在测算时未思考冰透镜体分界面处水分从缝隙处流到未冻水膜内受到水力阻碍。”
韦昌富说。

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韦昌富介绍道,细粒土在冰冻进程中,未冻土中的水分在“冻吸力”功用下向冻土中迁移并冻结,导致冻土体量膨胀。冻胀恐怕会潜移默化季节性冻土区的征程、管道等工程的变形,也也许使得应用人造冻结法施工的隧道、矿井的冻结壁产生变形。近些日子关于冻胀的论战模型多有物理意义不清、参数难以度量等难题,对于增加冻胀机理的认知和推进工程接纳仍有一点都不小局限。

中国科高校台中岩土力学斟酌所钻探员韦昌富公司在差别压力、边界温度、开端土样高度规范化下,对饱和粉土举行了冻胀试验,商讨了温度梯度、冻结速率、土样高度和压力对冻胀的影响。当土中温度变化很缓慢时温度场可视为准稳态,冻胀速率与温度梯度成正比例增加关系,其比重周全随着压力叠合而线性减小;冻土中温度变化极快时,冻胀速率还与冷冻速率有关。将总冻胀速率分解为准稳态冻胀速率与须臾态冻胀速率。准稳态冻胀速率与压力和温度梯度有关,瞬态冻胀速率与压力和冷凝速率有关;冻结速率与土样尺寸有关,将冷冻速率与土样高度的比率定义为比冻结速率。当压力必然时,瞬态冻胀速率与比冻结速率呈幂函数拉长关系,增加率随着比冻结速率增大而变小;当比冻结速率一按期,刹那态冻胀速率随着压力增大而呈双曲线情势衰减。通过数值方法求解温度场,可得比冻结速率和温度梯度,再组成压力条件就能够测算任性时刻的冻胀速率,从开首冻胀时间起先将冻胀速率对时间积分能够测算出冻胀量。

当压力断定期,瞬态冻胀速率与比冻结速率呈幂函数增进关系,增加率随着比冻结速率增大而变小;当比冻结速率一定期,须臾态冻胀速率随着压力叠合而呈双曲线格局衰减。通过数值方法求解温度场,可得比冻结速率和温度梯度,再结合压力条件就能够测算任性时刻的冻胀速率,从开头冻胀时间初叶将冻胀速率对时间积分能够测算出冻胀量。

依靠预融重力学理论,研商人口推导了想念冰透镜体分界面水力阻抗的冻胀理论模型。守旧冻胀理论模型经常在前瞻冻胀速率时偏大,那是因为在计算时未思虑冰透镜体界面处水分从缝隙处流到未冻水膜内面临水力阻碍。膜内的水压力梯度,驱使着膜内水分的移位,冻胀产生时孔隙处水分流进冰透镜身体表面面未冻水膜内部,膜内的水分活动则表示有水压力下降,那有个别水流产生的水力阻抗即冰透镜体分界面水力阻抗。分界面阻反抗暴力发的情理前提是冰透镜体具备一定抗剪强度,保险分界面处冰透镜体在外表压力不均匀发生剪应力的景色下还能够保持平静。然则在观念冻胀模型中,当先四分之二情形下忽略了冰的抗剪强度,将冰视作一种黏度相当大的流体,冰能够被看成流体多少个因素:1、冰的强度-平均主应力曲线是抛物线,在平均主应力十分的大时冻土抗剪强度下跌;2、冻土的流变性使得长时间强度远小于眨眼间时强度。但是在相似的冻胀进度中,上部荷载并不非常大,冻胀产生的性状时间十分的短,因而须将冰当做能承受剪切力的固体并透过推导出冰透镜体分界面阻抗。

上述职业获得国家自然科学基金入眼及面上等项目(41572293,11372078)的帮助。