發(fā)布時間：2020-03-18 05:02

【摘要】：本文試驗所用土樣取自“北引”烏南54 km段試驗段現(xiàn)場,在土體凍融損傷試驗基礎(chǔ)上,以時間比尺1:225的前提下,通過低溫環(huán)境模擬試驗箱內(nèi)邊坡模型試驗,完成重塑土邊坡的規(guī)范在一定溫度模式下凍融循環(huán)試驗。選取邊坡坡頂、坡中、3/4 H坡體、1/3 H坡體在凍前、最大凍深以及融化后溫度以及水分變化進行分析。并利用COMSOL建立相同尺寸邊坡模型進行數(shù)值數(shù)值模擬,通過對季凍區(qū)渠道土質(zhì)邊坡凍融—滲流作用下溫度場水分場耦合分析,得出春融期渠道邊坡凍融-滲流作用下水分場溫度場變化過程。主要取得了以下四個方面的研究成果:(1)通過土體凍融損傷試驗研究,得出導熱系數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)增加呈線性降低趨勢,當達到第7次凍融循環(huán)后,降低趨勢逐漸減緩,導熱系數(shù)由1.389 W/(m~3·k)降低到1.135W/(m~3·k),降低了18%,11循環(huán)以后導熱系數(shù)逐漸會趨向某一穩(wěn)定值。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加滲透系數(shù)逐漸升高,對干密度ρ=1.55 g/cm~3、含水率ω=22%的試樣,6次凍融循環(huán)后,滲透系數(shù)逐漸趨向于穩(wěn)定整體值增加了3~5倍。在相同凍融循環(huán)次數(shù)時,滲透系數(shù)隨著干密度以及含水率的增大而減小。凍融循環(huán)過程中,試樣孔隙率增大,干密度降低。(2)通過邊坡凍融模型試驗研究,邊坡內(nèi)部溫度場水分場變化規(guī)律為:凍融循環(huán)過程中渠道不同部位0℃等溫線發(fā)展過程趨勢相似,坡腳凍深發(fā)展線相對滯后于坡頂;邊坡溫度場在整個凍融循環(huán)過程在均能達到穩(wěn)定狀態(tài)且穩(wěn)定后的溫度場沿邊坡切線方向為線性分布;溫度場變化與土層溫度隨時間變化趨勢基本一致。不同階段的計算結(jié)果均表明隨著土體深度的增加,土溫與氣溫的相關(guān)性越來越小,表明不同深度土溫對氣溫波動的相對滯后性。在凍結(jié)過程中,水分整體向凍結(jié)鋒面遷移,邊坡淺層含水率升高,垂直方向水分重分布;在融化過程中,水分向下遷移,融化層部分含水量升高。對比一整個循環(huán)不同深度水分變化情況,發(fā)現(xiàn)一個凍融循環(huán)完成后,邊坡內(nèi)部水分逐漸達到均衡,說明試樣在凍結(jié)和融化過程中水分遷移量基本相同。(3)利用COMSOL建立原尺寸邊坡模型以及數(shù)值模型試驗,模擬春融期水分入滲對邊坡融化過程的影響結(jié)果表明,邊坡表面滲流加快了融化過程,在凍融循環(huán)開始30.1 h后,出現(xiàn)一個冰水混合帶,由于邊坡表面入滲,此處上表面含水量迅速升高,下表面含水量不發(fā)生變化,證明此處滲透系數(shù)小透水性低。隨著時間增加,邊坡內(nèi)部逐漸出現(xiàn)一個超飽和滲流帶,容易造成季節(jié)凍土區(qū)春季融化時邊坡滑坡的發(fā)生。(4)對實驗室模型與數(shù)值模擬進行對比分析,試驗溫度與模擬溫度能夠較好地吻合;達到最大凍深所需時間,實驗室試驗達到最大凍深時間較晚,最大凍深模擬值大于實測值;對比整個試驗與模擬過程,溫度整體誤差在2℃以內(nèi)。從對氣溫要求的角度來說,因為更重要的是溫度變化的趨勢,這個誤差范圍是可以接受的,因此誤差滿足要求。
【圖文】：

東北農(nóng)業(yè)大學工學碩士學位論文在工程實踐方面，進行渠道抗凍設(shè)計首先應該對施工地點的土質(zhì)、地下水、渠道的受力條件等各個方面進行實測或調(diào)研，計算出渠道破壞的可能體的防凍脹措施。對渠道凍脹破壞嚴重的地區(qū)，采用單一的防治措施，脹效果�，F(xiàn)階段渠道襯砌形式逐漸由單一材料向復合材料，由單一結(jié)構(gòu)，渠道的斷面形式也由梯形向弧形發(fā)展。

東北農(nóng)業(yè)大學工學碩士學位論文分析溫度、含水量及不同凍融循環(huán)次數(shù)識別“融化緣”特性，確定“融化緣”的合理厚度。研究渠道土質(zhì)邊坡凍融后垂直入滲遇阻模型，得到渠床水分場分布。1.3.2 技術(shù)路線本文研究的技術(shù)路線圖如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV672;TV223

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本文編號：2588255