凍融作用下粉質粘土導熱系數(shù)試驗研究.pdf

1、凍土是一類非常特殊的巖土工程材料，它與常規(guī)融土的典型特點不同的是有冰的大量存在。凍土由土顆粒、土中的水、氣體和冰組成的，其性質不但與含冰量有關，更與溫度有緊密的聯(lián)系，具有更為復雜的物理力學性質和熱物理。凍土溫度場的測定與模擬是分析工程構筑物與凍土之間的相互作用關系的重要指標，它反映了在環(huán)境溫度變化時，土體內部從較熱部分向較冷部分傳遞熱量的能力。如何合理的分析和評價土體在凍結和融化狀態(tài)下的導熱系數(shù)對于模擬土體非穩(wěn)態(tài)溫度場已經成為工程建設和

2、理論研究中的一個重要問題。
　　本文以松嫩平原地區(qū)季凍區(qū)的粉質粘土為研究對象，在試驗室通過瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法準確測定土體的導熱系數(shù)。同時，由于土體溫度場的影響因素眾多，如何正確建立數(shù)值模擬模型也是本文研究的關鍵問題之一。本文首先對粉質粘土的物理性質進行試驗研究，主要包括天然及界限含水量試驗、凍土密度試驗、顆粒分析試驗和擊實試驗等，明確其基本的本構關系;然后，采用瞬態(tài)熱線法和穩(wěn)態(tài)熱流計法分別測定該地區(qū)粉質粘土的導熱系數(shù)，及其主要的影響因

3、素，并對這兩種方法的試驗結果進行分析比較;最后，采用ABAQUS有限元軟件，并基于瞬態(tài)熱線法對粉質粘土的溫度場進行數(shù)值模擬。通過建立基本模型，劃分網格，施加荷載以及運行熱分析模塊等步驟，對土體試樣的瞬態(tài)溫度隨時間及其距熱源中心的距離進行研究。
　　通過本文的試驗研究可以看出，粉質粘土的未凍土與凍土的導熱系數(shù)均隨著干密度和含水率的增大而逐漸增大，呈現(xiàn)出正相關的變化規(guī)律，相關度較高。有限單元法的模擬結果表明，凍土試樣的導熱系數(shù)大于未凍