土体冻胀过程中的物理化学效应
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:41572293
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:D0705.工程地质环境与灾害
- 结题年份:2019
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:陈盼; 马田田; 田慧会; 周家作; 李文涛; 陈合龙; 况辉; 夏晓龙;
- 关键词:
项目摘要
Frost heave has been infesting for long the infrastructure and its development in the cold regions. Although extensive research efforts have been made to gain insights into the problem, many issues related to the ice lens formation and moisture migration during the frost heave remain to be unresolved. Current research results indicate that the microscale physiochemical interactions in the soil pores can exert important controls on the ice lens formation and moisture migration in a freezing soil. The current theories of frozen soils, however, fail to address these complicated physicochemical interactions to a sufficient extent. This research is proposed to investigate the effects of the physicochemical interactions on the ice lens formation and moisture migration during soil freezing processes. Experiments are carefully designed and performed to characterize the effects of the physicochemical interactions on the frost heave under various thermal gradients and freezing rates. Based on the continuum theory of porous media, a chemo-mechanical coupling theory is developed, which can be used to describe effectively the freezing and thawing processes of soils. In this context, explicit mathematical formulations are developed for flagging the initiation of ice lens and describing the moisture migrating process. The proposed formulations are then calibrated and validated using the experimental data. Based on the proposed theory, a FEM-based numerical procedure is developed for analyzing the initial and boundary value problems related to frost heave and soil freezing and thawing processes. A series of model tests are conducted to simulate the frost heave under various conditions, and the results are used to validate the proposed numerical procedure. Expectably, the proposed research will have strong theoretical and practical bearings on resolving the issues related to frozen soils.
土冻胀问题长期困扰着我国寒区工程建设活动。尽管人类对土冻胀机理有了较为深入系统的认识,但有关土冻胀过程中冰透镜体的形成条件以及水份的迁移机制问题仍然悬而未决。最新研究表明,正冻土中微观物理化学作用对冰透镜体形成与水份迁移有着决定性的影响,然而目前的冻土理论仍无法充分描述这些物理化学效应。本项目重点研究土体在冻胀过程中物理化学作用对冰透镜体形成以及水份迁移过程的影响机制与规律。在前人研究基础上,基于室内试验,研究不同温度梯度和冻胀速率下物理化学作用对土冻胀过程的影响机理与规律;基于多相多组份岩土介质力学理论,建立能描述土体冻融过程的多过程耦合理论模型,提出反映冰透镜体形成条件以及描述水份迁移过程的数学表达式,并对所建的理论模型进行校正和验证;建立有关土冻胀问题的数值模型与分析方法,并基于模拟土冻胀过程的小型模型试验,验证所建的模型和方法。为我国寒区工程建设以及地下环境保护提供理论依据。
结项摘要
随着我国西部大开发战略的实施,在青藏高原的多年冻土区,许多重大工程正在不断地实施。而困扰这些工程建设的主要问题之一就是在扰动下地下永久冻土层的破坏以及地表土的冻胀-融沉问题。因此阐明冻胀机理及其过程机制是解决寒区有关土体胀融问题的关键。本研究通过开展室内试验和理论分析,阐明了土颗粒与孔隙水之间的物理化学作用对土体冻胀过程的影响机制及规律,研究了温度梯度、冻结速率、土样高度和压力对冻胀的影响并识别出影响冻土中冰透镜体形成及其空间分布的关键影响因素;在此基础上建立了能描述土体冻融过程的多过程耦合理论模型,提出反映冰透镜体形成条件以及描述水份迁移过程的数学表达式;推导出冻土的有效应力或粒间平均应力的数学表达式,建立反映冻土平衡状态的温度、压力、含冰量、未冻水盐浓度等参量间的数学关系;并提出有关土冻胀问题的数值分析方法,为解决寒区的土体冻胀融沉问题提供理论依据与技术支持。
项目成果
期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
线热源法测量冻土热参数的适用性分析
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:岩土工程学报
- 影响因子:--
- 作者:周家作;韦昌富;魏厚振;陈盼
- 通讯作者:陈盼
Physicochemical approach to evaluating the swelling pressure of soils
评价膨胀土膨胀压力的物理化学方法
- DOI:10.1016/j.clay.2019.02.011
- 发表时间:2019-05-01
- 期刊:APPLIED CLAY SCIENCE
- 影响因子:5.6
- 作者:Ma, Tiantian;Yao, Chuanqin;Wei, Changfu
- 通讯作者:Wei, Changfu
NaCl溶液饱和膨胀土的压缩特性及其微观机理
- DOI:10.16285/j.rsm.2019.0826
- 发表时间:2019
- 期刊:岩土力学
- 影响因子:--
- 作者:梁维云;韦昌富;颜荣涛;杨德欢
- 通讯作者:杨德欢
Effect of freezing-thawing cycles on the microstructure of soils: A two-dimensional NMR relaxation analysis
冻融循环对土壤微观结构的影响:二维核磁共振弛豫分析
- DOI:10.1016/j.coldregions.2018.11.014
- 发表时间:2019-02
- 期刊:Cold Regions Science and Technology
- 影响因子:4.1
- 作者:Huihui Tian;Changfu Wei;Long Tan
- 通讯作者:Long Tan
脱湿过程中红黏土热导率的变化试验研究
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:长江科学院院报
- 影响因子:--
- 作者:陈波;颜荣涛;梁维云;田慧会;韦昌富
- 通讯作者:韦昌富
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其他文献
宁明膨胀土持水性研究
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:桂林理工大学学报
- 影响因子:--
- 作者:于明波;颜荣涛;韦昌富;牛庚;何锦堂;张芹
- 通讯作者:张芹
风化花岗岩土的持水特性研究
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:岩土工程学报
- 影响因子:--
- 作者:卢有谦;韦昌富;蔡国庆;赵成刚
- 通讯作者:赵成刚
一种应用微电子流效应测定土壤含水量的新方法
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:桂林理工大学学报
- 影响因子:--
- 作者:欧传景;韦昌富;颜荣涛;朱莹
- 通讯作者:朱莹
水合物赋存模式对含水合物土力学特性的影响
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:岩石力学与工程学报
- 影响因子:--
- 作者:颜荣涛;韦昌富;傅鑫晖;钟晓斌;肖桂元
- 通讯作者:肖桂元
含天然气水合物土水-力特性联合测试装置及应用
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:工程地质学报
- 影响因子:--
- 作者:杨德欢;颜梦秋;陆地;颜荣涛;韦昌富;田慧会
- 通讯作者:田慧会
其他文献
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