凍融作用下粉質(zhì)粘土導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)研究.pdf

1、凍土是一類非常特殊的巖土工程材料，它與常規(guī)融土的典型特點(diǎn)不同的是有冰的大量存在。凍土由土顆粒、土中的水、氣體和冰組成的，其性質(zhì)不但與含冰量有關(guān)，更與溫度有緊密的聯(lián)系，具有更為復(fù)雜的物理力學(xué)性質(zhì)和熱物理。凍土溫度場的測定與模擬是分析工程構(gòu)筑物與凍土之間的相互作用關(guān)系的重要指標(biāo)，它反映了在環(huán)境溫度變化時(shí)，土體內(nèi)部從較熱部分向較冷部分傳遞熱量的能力。如何合理的分析和評價(jià)土體在凍結(jié)和融化狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)對于模擬土體非穩(wěn)態(tài)溫度場已經(jīng)成為工程建設(shè)和

2、理論研究中的一個(gè)重要問題。
　　本文以松嫩平原地區(qū)季凍區(qū)的粉質(zhì)粘土為研究對象，在試驗(yàn)室通過瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法準(zhǔn)確測定土體的導(dǎo)熱系數(shù)。同時(shí)，由于土體溫度場的影響因素眾多，如何正確建立數(shù)值模擬模型也是本文研究的關(guān)鍵問題之一。本文首先對粉質(zhì)粘土的物理性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要包括天然及界限含水量試驗(yàn)、凍土密度試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)等，明確其基本的本構(gòu)關(guān)系;然后，采用瞬態(tài)熱線法和穩(wěn)態(tài)熱流計(jì)法分別測定該地區(qū)粉質(zhì)粘土的導(dǎo)熱系數(shù)，及其主要的影響因

3、素，并對這兩種方法的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較;最后，采用ABAQUS有限元軟件，并基于瞬態(tài)熱線法對粉質(zhì)粘土的溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬。通過建立基本模型，劃分網(wǎng)格，施加荷載以及運(yùn)行熱分析模塊等步驟，對土體試樣的瞬態(tài)溫度隨時(shí)間及其距熱源中心的距離進(jìn)行研究。
　　通過本文的試驗(yàn)研究可以看出，粉質(zhì)粘土的未凍土與凍土的導(dǎo)熱系數(shù)均隨著干密度和含水率的增大而逐漸增大，呈現(xiàn)出正相關(guān)的變化規(guī)律，相關(guān)度較高。有限單元法的模擬結(jié)果表明，凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)大于未凍