封闭不补水条件下粉土冻胀特性试验研究

为量化初始含水率、干密度和冷端温度对路基粉土冻胀特性的影响,在封闭不补水条件下,采取改变初始含水率、干密度及冷端温度的方法,进行7组室内粉土冻胀特性试验.研究结果表明:初始含水率、干密度和冷端温度三个因素都对粉土冻结深度有影响;粉土的冻胀率与初始含水率、干密度有较好的线性关系;粉土的初始含水率每增加2%,水分迁移量增加1%左右.基于试验结果,从理论上分析冰透镜体的形成与分层,指出冻土中冰透镜体成层分布的现象是由冻结缘在移动过程中速度不匀导致的.研究结论对粉土路基设计和防治粉土路基冻胀灾害有一定的指导意义.     

考虑温控模式对非饱和土冻结规律研究

为探讨不同温控模式、干密度、含水率对水分迁移与冻结过程影响,以哈尔滨某灌区低液限黏土为研究对象,使用常规冻胀监测试验仪器,进行冻结作用下该黏土水分迁移和冻胀过程试验.试验结果表明:在相同冻结指数条件下,不同温控模式的土样温度场冻结锋面位置、温度梯度发展等差异性显著; a1(规范模式控温)水分迁移量大于a2(冻结指数等效模式控温),水分迁移量大小与冻结锋面发展快慢有较强响应关系;在相同温控模式下,土样干密度、含水率对土层含水量变化趋势影响较小,其趋势受温控影响较大,且土样极值含水率产生位置受温控模式影响;在相同土样干密度和含水率下,a1温控模式产生土样冻胀变形大于a2温控模式,冻胀、冻缩现象更加显著.     

土体冻结过程中相变导热的光滑粒子法分析

相变导热在矿山工程、城市地铁、河底隧道等领域有着广泛的应用.由于该问题模型方程独特的数学性质及网格背景数值方法的局限性,引入光滑粒子算法求解相变导热问题.给出基于Fortran语言开发的数值分析程序,并通过推导得到的半无限域凝固问题的解析解验证了其精度和可靠性.最后针对低温冻结管作用下土体冻结过程进行了分析,计算结果表明:土体冻结过程中冻结锋面的移动速度随时间逐渐减小,温度场曲线上的"折线"变化是相变时潜热释放引起的;冻结温度对土层冻结的发展影响显著,冻结管的温度越低冻结锋面的移动速度越快;冻土导热系数k_s的取值大小对冻结锋面的移动速度没有显著影响;然而未冻土导热系数k_l取值越大,土层中冻结锋面的移动速度越快.     

黏质粉土冻胀特性及微观机理研究

基于4个不同顶板温度条件下黏质粉土的单向冻结试验,研究了冻胀敏感性黏质粉土的冻胀特性及微观机理.对冻结锋面、冻胀量和补水量随冻结时间的发展变化情况,试后试样中水分的重分布情况和不同位置的孔隙的变化情况进行了定量分析.结果表明:试样的剧烈冻结发生在试验开始后的25h以内,且冻结深度与顶板温度之间存在着线性关系.试样冻结完成后,冻胀量与补水量均与顶板温度成指数关系.电镜扫描所得的微观结构反映出试样的冻胀机理是未冻水膜在负温梯度下从未冻区向已冻区迁移后发生分凝所导致的结果,试样单向冻结增加了试样沿冻结梯度方向上的各向异性.     

黏质粉土冻胀过程中水分重分布和密度变化规律

为了探究黏质粉土冻胀过程中水分重分布和密度变化规律,通过4个不同顶板温度条件下黏质粉土的单向冻结试验,采用切层法和计算机断层扫描(CT)对试样冻结前后的分层含水率数据和分层密度数据进行了分析。结果表明:试样冻胀是由水分迁移和初始土样中的水分重分布后在已冻区和冻结缘区域发生相变后体积膨胀所控制的;试样冻胀后已冻区密度减小,未冻区密度增大,与含水率的变化规律相反。整体试样的宏观冻胀包含了已冻区的冻胀作用和未冻区的固结作用。     

非饱和黏土冻结过程中水热变化特性模型试验研究

为研究正冻土水热变化特性,对非饱和黏土进行单向冻结模型实验。结果表明:土在冻结温度附近降温速率最小、持续时间较长;靠近上表面土层降温快,较其下层土提前进入冻结;且冻结历时短;靠近顶面的测点温度曲线重合度不如其下层,可能是受外界次要因素干扰,深层土壤受此影响较小;正冻土温度分布曲线沿深度大致分为两段,冻结区线段斜率大于未冻结区,随冻结时间增长,非冻结区线段斜率先增大后减小,最终两段折线趋近为一段斜直线,此时温度沿模型高度呈直线形分布;未冻水含量变化拐点大致在冻结锋面处,距冻结锋面越近,吸力越大,水分迁移量越大,随冻结时间的增长,非冻结区水分迁移速度变大;未冻区土水势梯度最小,正冻区及冻结区土水势梯度大小关系并不明确;未冻水含量变化与温度变化一致,未冻水含量变化分为三个阶段:缓慢下降阶段、快速下降阶段、指数下降阶段。     

土冻结过程中水热变化特性的模型试验研究

为研究正冻土水热变化特征及它们之间联系,对非饱和黏土进行单向冻结模型实验,结果表明：土在冻结温度附近降温速率最小,持续时间较长;靠近表面土降温快,较其下部土提前进入冻结,且冻结历时短;靠近顶面的测点温度曲线重合度不如其下层,可能因为受外界次要因素干扰时深层土壤受影响小;正冻土温度分布大致分为两段,冻结区线段斜率大于未冻区,随冻结时间增加,非冻结险段线段斜率会先增大后减小,最终两段线变为一段线,此时温度沿土柱高度线形分布;未冻水含量变化拐点大致在冻结锋面处,距冻结锋面越近,吸力越大,水分迁移量越大,随冻结时间的增加,非冻结区水分迁移速度变大;未冻区土水势梯度最小,正冻区及冻结区土水势梯度大小关系并不明确;未冻水含量变化与温度变化一致,未冻水含量变化分为三个阶段：缓慢下降阶段、快速下降阶段、指数下降阶段。     

土体单向冻结对土中水分迁移的影响

以江苏南京、苏州、无锡等地区典型的浅表土为研究对象,对非饱和土进行了单向冻结试验,研究了不同含水率、干密度以及冻结时间对土中水分迁移特性的影响。结果表明:试样冻结锋面的位置与冻结时间有关,冻结2 h后的发展速度(1.20 cm/h)略小于前2 h的发展速度(1.55 cm/h);土中水分迁移量及迁移范围与干密度成反比,试样顶端含水率减小值及底端含水率增加值与干密度大小有关;处于非饱和状态的淤泥质黏土初始含水率越大,经单向冻结后造成的水分迁移效果越明显;粉砂中易形成快速冻结,初始含水率对水分迁移能力影响不大;相同冻结条件下淤泥质粉质黏土冻结后各冻土段含水率增量基本相同。     

冻融过程中重塑土水盐迁移试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结,双向融化试验。结果表明：试样温度的改变存在滞后性,离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小,只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

冻融过程中重塑土水盐迁移的试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结、双向融化试验。结果表明:试样温度的改变存在滞后性;离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小;只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。