基于多孔介質(zhì)理論以及連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理,建立了溫度梯度作用下非飽和鹽漬土水-熱-鹽-力多場(chǎng)全耦合數(shù)學(xué)模型。該模型從固、液、氣三相系統(tǒng)的質(zhì)量、能量和動(dòng)量三大守恒定律出發(fā),考慮孔隙率演化、水體滲流、氣體傳輸、鹽分解吸-吸附效應(yīng)、固體顆粒和孔隙流體可壓縮性等因素的影響,更為準(zhǔn)確地描述了非飽和鹽漬土熱質(zhì)傳輸過(guò)程及其變形特性。此外,通過(guò)選取孔隙率、孔隙水壓力、孔隙氣壓力、溫度、含鹽量和位移等基本未知量,并利用Comsol Multiphysics多物理場(chǎng)仿真軟件對(duì)上述多場(chǎng)耦合過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)數(shù)學(xué)模型及模擬結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明,該模型可以較好地揭示非飽和鹽漬土在溫度梯度作用下的水、鹽遷移機(jī)制和變形機(jī)制。同時(shí),數(shù)值分析過(guò)程也進(jìn)一步深化了對(duì)鹽漬土水鹽遷移及其變形特性的認(rèn)識(shí)。對(duì)鹽分吸附作用的研究也為進(jìn)一步研究鹽漬土的鹽脹作用提供了理論準(zhǔn)備。 

【文章來(lái)源】：巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2020,39(10)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：16 頁(yè)

【部分圖文】：

非飽和多孔介質(zhì)示意圖Fig.1Schematicdiagramofunsaturatedporousmedia土顆粒

捎彌廝芡粒?匝橥裂?∽愿仕嗍±?州市的粉質(zhì)黏土，該土樣干密度為1.51g/cm3，風(fēng)干后含水率為0.17%。4.1.1試驗(yàn)設(shè)備及所需器材該土壤水、鹽、熱、位移多場(chǎng)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括試驗(yàn)土柱、測(cè)量設(shè)備、控溫設(shè)備(恒溫冷浴)以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備等，如圖2所示。(1)試驗(yàn)土柱及其制備(a)試驗(yàn)設(shè)備實(shí)物圖控溫系統(tǒng)CKDC3006ˉ型程序控溫低溫恒溫槽控溫系統(tǒng)YCDC3006Eˉ型程序控溫低溫恒溫槽溫度、水分、位移傳感器測(cè)量系統(tǒng)EY221型動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀電源設(shè)備EY221動(dòng)靜態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(b)試驗(yàn)設(shè)備示意圖圖2試驗(yàn)設(shè)備實(shí)物圖及其示意圖Fig.2Physicaldrawingandschematicdiagramoftestequipment在室內(nèi)進(jìn)行Na2SO4鹽漬土的配置，考慮到洗鹽處理使土顆粒細(xì)化，黏性土顆粒增多，結(jié)構(gòu)性發(fā)生變化[35]。因此，本試驗(yàn)直接在素土的基礎(chǔ)上配置Na2SO4鹽漬土。在制樣過(guò)程中首先將風(fēng)干后的土過(guò)2mm篩，并測(cè)量其含水率大校然后將土與配置好的Na2SO4溶液充分拌和，并放置在密閉容器中靜置48h。隨后在高度為35cm，內(nèi)徑為20cm的有機(jī)玻璃筒內(nèi)分五次進(jìn)行壓樣，通過(guò)SB手板式制樣機(jī)將試驗(yàn)土樣壓制成高30cm，直徑20cm的土柱。土柱下表面距離桶底2cm，上表面距離桶頂3cm。土柱側(cè)壁預(yù)留有孔洞，用于埋設(shè)溫度傳感器、水分傳感器以及為測(cè)量土壤總含鹽量取少量土樣，距冷端位置分別為4.5，14.5，24.5cm，如圖3(b)所示。為了避免傳感器之間因距離過(guò)短而相互影響，故土柱側(cè)壁預(yù)留的孔洞沿徑向方向上互成120°夾角，如圖3(a)所示。(2)測(cè)量設(shè)備

第39卷第10期周鳳璽等：溫度梯度作用下非飽和鹽漬土水鹽遷移及變形特性研究21250.10.0－0.10.30.20.10.0x/mz/my/m0.10.0－0.1yxz圖4數(shù)值模擬的有限元網(wǎng)格Fig.4Finiteelementmeshfornumericalsimulation根據(jù)試驗(yàn)條件，試樣初始溫度為20℃，初始含水率為7.00%，初始含鹽量3.64%，初始孔隙率為0.42，初始孔隙氣壓力為101.325kPa。忽略水分、鹽分以及溫度在側(cè)壁的通量，其他邊界條件如表2所示。表2邊界條件Table2Boundaryconditions變量名稱孔隙水壓力lP/kPa孔隙氣壓力gp/kPa溶解的鹽分lpw/%溫度T/℃頂端0101.325–15底端llwnSgh–3.0835如前所述，溫度梯度作用下非飽和鹽漬土水–熱–鹽–力多場(chǎng)耦合模型涉及大量的本構(gòu)關(guān)系和計(jì)算參數(shù)。本文致力于能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并且較好地揭示非飽和鹽漬土在溫度梯度作用下的水、鹽遷移機(jī)制和變形機(jī)制。因此，在此過(guò)程中對(duì)數(shù)學(xué)模型中所涉及到的部分參數(shù)利用室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行確定，主要包括土水特征曲線、試樣密度等相關(guān)的參數(shù)；另一部分參數(shù)由于試驗(yàn)設(shè)備的限制，通過(guò)查閱A.A.Abed等[10，15-17，19，26，30，35]進(jìn)行確定。模型中各計(jì)算參數(shù)如表3所示。5成果分析與討論在本文所研究的問(wèn)題中，涉及到溫度嘗水分嘗鹽分嘗位移場(chǎng)等多場(chǎng)的相互耦合作用。圖5繪出了各場(chǎng)在不同時(shí)刻的空間分布狀況。正是由于這種相互耦合作用，導(dǎo)致水分和鹽分產(chǎn)生明顯的遷移現(xiàn)象。水鹽遷移過(guò)程中，也會(huì)攜帶著熱量，在熱對(duì)流、蒸發(fā)–凝結(jié)等作用下，?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非飽和土中熱濕鹽多場(chǎng)耦合過(guò)程分析[J]. 周鳳璽,高國(guó)耀.  巖土工程學(xué)報(bào). 2019(05)
[2]固化硫酸鹽漬土水鹽遷移的試驗(yàn)研究[J]. 呂擎峰,常承睿,馬博,王生新,姜璐莎,趙本海.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2018(S2)
[3]粗粒鹽漬土凍融作用下水鹽遷移及力學(xué)性能研究[J]. 張磊.  當(dāng)代化工. 2018(06)
[4]飽和度對(duì)多孔介質(zhì)中熱–水–力耦合響應(yīng)的影響[J]. 郭志光,白冰.  巖土工程學(xué)報(bào). 2018(06)
[5]考慮吸附-解吸效應(yīng)的多孔介質(zhì)中顆粒加速遷移問(wèn)題解析解[J]. 陳星欣,白冰,蔡奇鵬.  巖土力學(xué). 2015(06)
[6]黃土狀鹽漬土洗鹽前后物理力學(xué)性質(zhì)的變化[J]. 邴慧,武俊杰,鄧津.  冰川凍土. 2011(04)
[7]多相流傳輸THM全耦合數(shù)值模型及程序驗(yàn)證[J]. 陳益峰,周創(chuàng)兵,童富果,井蘭如.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2009(04)
[8]鹽漬土的熱力構(gòu)型對(duì)水鹽運(yùn)移的影響研究[J]. 羅金明,許林書(shū),鄧偉,張曉平,楊帆,李秀軍.  干旱區(qū)資源與環(huán)境. 2008(09)
[9]變熱源強(qiáng)度溫度荷載作用下非飽和土中的水分遷移規(guī)律研究[J]. 白冰,劉大鵬.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2006(S2)
[10]含鹽量及含水量對(duì)氯鹽鹽漬土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響[J]. 陳煒韜,王明年,王鷹,李姝,王玉鎖.  中國(guó)鐵道科學(xué). 2006(04)

博士論文
[1]非飽和土水力全耦合模型與數(shù)值模擬方法研究[D]. 胡冉.武漢大學(xué) 2013

碩士論文
[1]硫酸鹽漬土地區(qū)路基路面鹽脹特性的室內(nèi)大型試槽試驗(yàn)研究[D]. 萇亮.長(zhǎng)安大學(xué) 2010
[2]硫酸鹽漬土地區(qū)路基水、熱、鹽、力四場(chǎng)耦合機(jī)理及數(shù)值模擬研究[D]. 牛璽榮.長(zhǎng)安大學(xué) 2006



本文編號(hào)：2961034