寒區(qū)油頁巖廢渣-粉煤灰土路基的水-水汽-熱-力(HVTM)耦合數(shù)值模擬研究在我國,大約70%的地表被寒區(qū)多年凍土層和季節(jié)性凍土覆蓋。在多年凍土和季節(jié)性凍土地區(qū),路基必須經(jīng)歷凍融循環(huán),導(dǎo)致路基病害嚴重,縮短路基和路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。路基多為非飽和土,在非鹽漬土地區(qū),其病害是由水分場、溫度場、應(yīng)力場共同作用的結(jié)果,其中水分場顯現(xiàn)為液態(tài)水、固態(tài)水及汽態(tài)水的分布及變化,溫度場顯現(xiàn)為溫度分布及變化,而應(yīng)力場顯現(xiàn)為應(yīng)力和應(yīng)變的分布及變化。目前,缺乏既考慮凍融,又考慮汽態(tài)水遷移的非飽和土水-水汽-熱-應(yīng)力耦合方程的數(shù)值計算理論與實施案例,無法為刻畫寒區(qū)路基中存在的水、冰、水汽、溫度、應(yīng)力及應(yīng)變分布提供數(shù)值計算基礎(chǔ),導(dǎo)致在分析寒區(qū)路基凍融破壞機制時缺乏凍融環(huán)境下的水、冰、水汽、溫度、應(yīng)力及應(yīng)變相互影響的理論及定量分析手段。隨著油頁巖開發(fā)和國家能源需求量的增加,油頁巖廢渣及粉煤灰堆積產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境污染,且有大量的油頁巖廢渣及粉煤灰需要處理。為了減少凍融對凍土路基和季節(jié)性凍土的不利影響,已有研究采用了降低地下水位、使用防凍路基材料、設(shè)置冷阻、隔熱或保溫層等方法,都取得了一定的有益效果。目前,鮮見將油頁巖...

【文章頁數(shù)】：181 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景
    1.2 研究意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 寒區(qū)凍融循環(huán)對土的影響
        1.3.2 寒區(qū)路基凍害防治措施
        1.3.3 巖土多場耦合
        1.3.4 存在問題
    1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.4.1 主要研究內(nèi)容
        1.4.2 技術(shù)路線
第2章 寒區(qū)路基水-水汽-熱-力(HVTM)耦合數(shù)學(xué)模型
    2.1 引言
    2.2 路基土水分場控制方程(非飽和土水-水汽流動方程)
        2.2.1 水分場描述基礎(chǔ)
        2.2.2 水分場瞬態(tài)飽和流
        2.2.3 水分場瞬態(tài)非飽和流
        2.2.4 考慮溫度場、凍融作用、應(yīng)力場的滲流微分方程構(gòu)建
    2.3 路基土溫度場控制方程
        2.3.1 溫度場描述基礎(chǔ)
        2.3.2 溫度場方程(導(dǎo)熱微分方程式)
        2.3.3 考慮水分場、凍融作用、應(yīng)力場的導(dǎo)熱微分方程構(gòu)建
    2.4 路基土的應(yīng)力應(yīng)變控制方程
        2.4.1 飽和土總應(yīng)力平衡微分方程
        2.4.2 飽和土及非飽和土的土骨架受力分析
        2.4.3 非飽和土的土骨架受力平衡微分方程
        2.4.4 有效應(yīng)力方程
        2.4.5 土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
        2.4.6 考慮水分場、溫度場、凍融作用的應(yīng)力應(yīng)變微分方程
    2.5 本構(gòu)關(guān)系
        2.5.1 水力特性
        2.5.2 土凍結(jié)特征
        2.5.3 土體的力學(xué)特征
    2.6 定解條件
        2.6.1 初始條件
        2.6.2 邊界條件
    2.7 路基土水-水汽-熱-力耦合數(shù)學(xué)模型
    2.8 本章小結(jié)
第3章 油頁巖廢渣-粉煤灰土(改良土)的傳熱參數(shù)計算模型
    3.1 引言
    3.2 油頁巖廢渣-粉煤灰土原材料的物理化學(xué)性質(zhì)
        3.2.1 原材料來源及基本物理性能
        3.2.2 原材料的顆粒分析
        3.2.3 原材料的液塑限指標
        3.2.4 原材料的化學(xué)組成
        3.2.5 原材料的微觀結(jié)構(gòu)
    3.3 油頁巖廢渣-粉煤灰土的混合料制備及傳熱參數(shù)測試方法
        3.3.1 油頁巖廢渣-粉煤灰土的配合比
        3.3.2 油頁巖廢渣-粉煤灰土混合的前處理
        3.3.3 油頁巖廢渣-粉煤灰土的試樣制備
        3.3.4 油頁巖廢渣-粉煤灰土的傳熱參數(shù)測試
    3.4 油頁巖廢渣-粉煤灰土及粉質(zhì)黏土的傳熱參數(shù)測試結(jié)果
        3.4.1 油頁巖廢渣-粉煤灰土及粉質(zhì)黏土的導(dǎo)熱系數(shù)
        3.4.2 油頁巖廢渣-粉煤灰土及粉質(zhì)黏土的比熱容
    3.5 油頁巖廢渣-粉煤灰土與粉質(zhì)黏土傳熱參數(shù)的計算函數(shù)
        3.5.1 油頁巖廢渣-粉煤灰土與粉質(zhì)黏土比熱容的計算函數(shù)
        3.5.2 油頁巖廢渣-粉煤灰土與粉質(zhì)黏土的導(dǎo)熱系數(shù)計算函數(shù)
    3.6 本章小結(jié)
第4章 油頁巖廢渣-粉煤灰土導(dǎo)熱系數(shù)變化機理分析
    4.1 引言
    4.2 試驗樣品及方案
    4.3 微觀結(jié)構(gòu)變化分析
        4.3.1 微觀結(jié)構(gòu)測試方法
        4.3.2 凍融循環(huán)后改良土微觀結(jié)構(gòu)的變化
    4.4 細觀結(jié)構(gòu)變化分析
        4.4.1 細觀結(jié)構(gòu)測試方法
        4.4.2 凍融循環(huán)后改良土的細觀結(jié)構(gòu)變化
    4.5 本章小結(jié)
第5章 油頁巖廢渣-粉煤灰土的水-熱-力耦合及水汽遷移試驗
    5.1 引言
    5.2 試驗設(shè)備
        5.2.1 室內(nèi)非飽和土水-熱-力耦合試驗裝置
        5.2.2 室外非飽和土水-熱-力耦合試驗坑
        5.2.3 非飽和土水汽遷移試驗裝置
    5.3 試驗方案
        5.3.1 室內(nèi)非飽和土水-熱-力耦合試驗方案
        5.3.2 室外非飽和土水-熱-力耦合試驗方案
        5.3.3 非飽和土水汽遷移試驗方案
    5.4 試驗土樣制備
        5.4.1 室內(nèi)非飽和土水-熱-力-耦合試驗土樣制備
        5.4.2 室外非飽和土水-熱-力耦合試驗土樣制備
        5.4.3 非飽和土水汽遷移試驗土樣制備
    5.5 試驗步驟
        5.5.1 非飽和土水-熱-力耦合試驗步驟
        5.5.2 非飽和土水汽遷移試驗步驟
    5.6 試驗數(shù)據(jù)分析
        5.6.1 室內(nèi)非飽和土水-熱-力耦合試驗數(shù)據(jù)分析
        5.6.2 室外非飽和土水-熱-力耦合試驗數(shù)據(jù)分析
        5.6.3 非飽和土水汽遷移試驗數(shù)據(jù)分析
    5.7 本章小結(jié)
第6章 寒區(qū)路基水-水汽-熱-力耦合數(shù)學(xué)模型驗證
    6.1 引言
    6.2 COMSOL Multiphysics簡介
    6.3 COMSOL Multiphysics的 PDE接口及求解
        6.3.1 COMSOL Multiphysics的 PDE接口
        6.3.2 COMSOL Multiphysics的 PDE求解
    6.4 室外非飽和土水-熱-力耦合試驗數(shù)據(jù)驗證建模
        6.4.1 前處理
        6.4.2 物理場設(shè)定
        6.4.3 邊界條件
    6.5 室內(nèi)非飽和土水汽遷移試驗數(shù)據(jù)驗證建模
        6.5.1 前處理
        6.5.2 物理場設(shè)定
        6.5.3 邊界條件
    6.6 模型的驗證
        6.6.1 驗證數(shù)據(jù)
        6.6.2 模型求解與試驗結(jié)果對比
    6.7 本章小結(jié)
第7章 油頁巖廢渣-粉煤灰土及水-水汽-熱-力耦合模型的應(yīng)用
    7.1 引言
    7.2 模型初始值的獲取
        7.2.1 實際工程介紹
        7.2.2 傳感器布設(shè)
        7.2.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測
    7.3 試驗路應(yīng)用改良土的環(huán)境影響評價
        7.3.1 采取的試驗土樣
        7.3.2 測試項目
        7.3.3 環(huán)境影響評價
    7.4 試驗路應(yīng)用改良土的水-水汽-熱-力耦合數(shù)值模擬
        7.4.1 幾何模型及材料參數(shù)
        7.4.2 邊界條件
        7.4.3 初始值及求解條件
        7.4.4 結(jié)果分析
    7.5 本章小結(jié)
第8章 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點
    8.3 不足及展望
參考文獻
作者簡介及科研成果
致謝



本文編號：3841261