本文關鍵詞： 凍土 分凝冰 末透鏡體 凍脹量 三場耦合 降溫模式　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：對分凝冰現象的研究是理解凍土中各類復雜現象的關鍵。分凝冰是土凍結過程中水分遷移的結果,是凍脹量的內在體現,分凝冰量的多少決定著土體凍脹量的大小。為研究土體凍結過程中分凝冰的形成規(guī)律,本文在實驗室內通過高低溫交變箱試驗模擬了試樣在不同邊界條件下的單向一維凍結過程,根據對凍結過程中試樣的溫度場、位移場以及試驗結束后測得的含水率分布規(guī)律所進行得分析,得到了分凝冰的形成規(guī)律。本文的主要研究內容包括:(1)進行了試樣在水分場、溫度場及應力場三場耦合條件下的一維連續(xù)凍結試驗,根據試驗過程中溫度傳感器、位移傳感器所采集的數據和實驗結束后對末透鏡體的測量數據,得出了末透鏡體形成的時間及厚度,通過對末透鏡體的形成過程以及實拍圖片進行分析,得到在三場耦合作用下分凝冰的形成規(guī)律。(2)為研究在上覆荷載作用下,線性降溫模式對分凝冰形成規(guī)律的影響,選取了三個冷端初始溫度,三個上覆荷載進行正交試驗,比較分析了每個試驗條件下試樣內部溫度場的變化規(guī)律、凍結鋒面隨時間的推進規(guī)律、凍脹量的變化規(guī)律以及水分的遷移情況,得到了在線性降溫條件下分凝冰的形成規(guī)律。(3)對比研究了試樣在恒溫凍結模式下、線性降溫模式下以及間歇降溫模式下試樣內部的溫度場、位移場以及水分場的重分布規(guī)律,通過分析三種凍結模式下的分凝冰厚度及實拍分凝冰圖片,得到了不同凍結模式下分凝冰的形成規(guī)律。本文研究表明,在連續(xù)凍結模式下,分凝冰的演化過程分為三階段:第一階段由于凍結鋒面推進太快,孔隙水原位凍結,不形成分凝冰;第二階段,凍結鋒面向下移動變慢,產生不連續(xù)的微量分凝冰;第三階段,由于凍結鋒面向下發(fā)展趨于穩(wěn)定,補給水有充足的時間運動到凍結鋒面后方,在負溫度作用下形成分凝冰,稱之為末透鏡體。末透鏡體的形成規(guī)律是:含水率相同時,上覆荷載越小,溫度梯度越大,末透鏡體的厚度越厚,形成時間越早。試樣在三種模式凍結條件下產生的分凝冰均為分層分凝,且從上往下分凝冰層越來越厚,越靠近凍結鋒面附近分凝冰層數越多。在施加上覆荷載的對比試樣中,上覆荷載越大,分凝冰量與凍脹量越小,最底一層分凝冰離試樣底部距離越大,這是由于上覆荷載的增加使得分凝冰的生長與發(fā)育比較困難,需要同時克服內部土壓力和上覆荷載,導致分凝冰量減少。對恒溫凍結模式、線性降溫模式及間歇降溫模式,從試樣頂端至底端,含水率呈先增大再減小的趨勢,最大含水率出現在凍結鋒面穩(wěn)定后末透鏡體出現的位置。通過對三種凍結模式完成后試樣的內部溫度變化曲線、凍結鋒面推移曲線、凍脹量變化曲線、含水率變化曲線以及末透鏡體厚度的分析,可得間歇降溫凍結試樣的末透鏡體厚度與凍脹量最小,凍深最淺,含水率分布范圍也最小,故間歇降溫方式是最有效的控制分凝冰厚度及凍脹量的凍結模式。
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【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU445

【參考文獻】

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