熱流固作用下軟土靜動(dòng)力學(xué)特性及應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，隨著核廢料填埋、地源熱泵、垃圾填埋、熱排水固結(jié)軟基處理等工程技術(shù)的興起，以及大型災(zāi)難性爆炸事故產(chǎn)生的高溫、高熱爆炸產(chǎn)物在巖土體中的傳播、擴(kuò)散及其對(duì)地下建構(gòu)筑物的損傷破壞，使得巖土體中熱流固(THM)耦合問(wèn)題引起廣泛的關(guān)注，相應(yīng)的研究也得以迅速發(fā)展。由于巖土體熱流固耦合效應(yīng)涉及滲流力學(xué)、土（動(dòng)）力學(xué)、傳熱學(xué)等多個(gè)學(xué)科，影響因素多而復(fù)雜，現(xiàn)有研究難以全面、系統(tǒng)地揭示巖土體中熱流固耦合作用機(jī)理。為此，本文從理論、實(shí)驗(yàn)與計(jì)算模擬三方面出

2、發(fā)對(duì)飽和軟土在溫度影響下的特性變化從固結(jié)到動(dòng)力進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)從Biot固結(jié)理論與傅里葉傳熱理論出發(fā)，推導(dǎo)建立了多孔介質(zhì)熱彈性非線性耦合固結(jié)方程，并將其退化求解了無(wú)限空間中無(wú)限長(zhǎng)柱形孔洞與有限長(zhǎng)圓柱形熱源熱固結(jié)問(wèn)題，以及各向等壓下不排水加熱飽和土樣熱響應(yīng)問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，分析了各耦合項(xiàng)（水土壓縮項(xiàng)、固液相熱沉等）與非線性項(xiàng)（熱對(duì)流）對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
　　(2)在多孔介質(zhì)熱彈性理論基礎(chǔ)上，針對(duì)各向等

3、壓不排水和排水加熱情況，采用彈性、非線性彈性、考慮溫度影響的修正劍橋模型，結(jié)合溫度對(duì)水的熱膨脹系數(shù)的影響，采用COMSOL有限元軟件對(duì)三軸試樣熱固結(jié)問(wèn)題進(jìn)行了求解。同時(shí)開(kāi)展了相應(yīng)的溫控三軸試驗(yàn)，將解析、數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，討論了泊松比、彈性模量、水的體膨脹系數(shù)等參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響。利用COMSOL有限元軟件，研究熱固結(jié)技術(shù)在豎井地基加固中的作用機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，建立了熱固結(jié)本構(gòu)關(guān)系并自主開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的豎井熱固結(jié)有限元程序T

4、SDSS，彌補(bǔ)了THM耦合理論中采用不考慮溫度影響的本構(gòu)關(guān)系無(wú)法計(jì)算加溫排水豎井地基沉降量增大問(wèn)題，進(jìn)而通過(guò)相應(yīng)的模型實(shí)驗(yàn)，對(duì)程序與本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)對(duì)寧波軟粘土開(kāi)展了先固結(jié)后不排水加溫、先排水加熱固結(jié)后剪切、先固結(jié)再剪切到一定程度變形然后不排水加熱、先排水加熱固結(jié)后不排水動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)四類溫控三軸試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，研究了溫度對(duì)軟土的抗剪強(qiáng)度、孔壓與變形的影響。其次，在THM耦合理論的基礎(chǔ)上，引入考慮溫度影

5、響的修正劍橋模型和邊界面模型，并在ABAQUS中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的有限元計(jì)算方法，對(duì)開(kāi)展的溫控三軸試驗(yàn)進(jìn)行了模擬。
　　(4)基于廣義熱彈性理論及Biot動(dòng)力方程，建立了飽和多孔介質(zhì)熱流固耦合動(dòng)力響應(yīng)(THMD)控制方程，首先對(duì)無(wú)限土柱的熱動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了求解，并探討了各因素變化對(duì)結(jié)果的影響。其次，在COMSOL中建立了無(wú)限空間柱形孔洞模型，研究了熱流固耦合動(dòng)力響應(yīng)(THMD)控制方程中非線性項(xiàng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。最后，利用所建立的THM