正凍土水熱力耦合的數(shù)值機(jī)理研究.pdf

1、在土體的凍結(jié)與融化過程中，土體中溫度、水分和應(yīng)力之間相互耦合機(jī)理是一個涉及到熱傳質(zhì)學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)和物理化學(xué)的極其復(fù)雜的綜合問題。由于凍土的特殊性質(zhì)，尤其是凍土中冰透鏡體的出現(xiàn)，使得對凍土的研究與一般土體相比更為復(fù)雜，要有效的預(yù)防和抑制土體在凍結(jié)與融化過程中的凍脹與融沉現(xiàn)象，就必須充分考慮溫度、水分和應(yīng)力的三場耦合作用機(jī)理。 本文在Harlan模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮了剛性冰假定和水動力學(xué)模型，將土體視為空間彈性體，以等效含水

2、量代替冰含量簡化水分遷移方程，并采用冰阻抗因子求解凍結(jié)區(qū)的各計算參數(shù)，運(yùn)用顯熱容法處理冰水相變潛熱，進(jìn)一步考慮了土體應(yīng)變對含水量的影響，建立了土體凍結(jié)過程中水-熱-力的三場耦合模型。 運(yùn)用有限元法和差分法對飽和土凍結(jié)過程中水-熱-力的耦合機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值離散，給出了離散后的有限元方程，并在論文最后模擬了土柱和凍土路基的凍結(jié)過程，給出了凍土中含水量分布、應(yīng)力分布規(guī)律，以及凍結(jié)時間、溫度邊界條件對凍土中含水量分布、應(yīng)力分布的影響，經(jīng)過