关于冻区盐渍土水热耦合效应及对力学性能的影

　　关键词　盐渍土　水份迁移　温度场　水热耦合　冻结强度

　　论文摘要　水份迁移和温度场变化是引起路基冻胀融沉的直接因素。针对冻区高氯盐渍土,经水热场耦合作用后水份迁移和温度场分布规律进行了室内动态试验,研究了水热耦合作用对力学性能的影响。结果表明:单向冻结过程中,水份向温度较低的地方迁移,迁移量随土体深度的增加而增加;水热耦合作用后的土体冻结强度有不同程度上升,提升后的强度随土体深度增加而降低,远离冻区端因盐晶析出导致土冻结强度有所回升。

　　土的冻结,引起水份向正冻区运动,并试图以冰的形式充填这个区域。由于土体表面温度的降低,未冻结之前的土体中的能量平衡被打破,除引起水分的迁移外,也引起土中温度的重新分布[1]。在盐渍土中,还伴随产生土中盐分的浓度梯度,同时盐分也重新分布,从而导致空间全新的固、液、气组合状态。水热耦合效应变化是冻土工程中引起冻胀融沉最重要的因素之一。

　　近30年来,国内外冻土学者从单一场影响因素的研究发展到水、热两方面的综合统一研究,去认识冻胀机理。1973年, Harlan R·L·提出了土体冻结过程中水-热迁移耦合模型[2],从此进入多场耦合问题的研究阶段。Harlan ( 1973 )、Sheppard(1978)[3]提出冻土中热质迁移与水分迁移相互作用的流体动力学模型。苗天德等(1999 )[4], [5]在连续流体力学混合论框架下研究了冻土力学-热学性质,建立起固、液两相介质伴有相变的水、热二场耦合模型。毛雪松[6]对室内小型试件进行了水分迁移过程的水分场和温度场动态观测,并应用水热耦合模型对模型试件温度场、水分场进行数值模拟。考虑到盐渍土尤其是高氯盐渍土土体本身的复杂性,本文通过室内动态试验,分析高氯盐渍土水热耦合规律,并研究水热变化对土体力学性能的影响。

　　1　试样、试验设备和试验方法

　　(1)试样取自青藏高原那曲河地区,该区地基土系由洪积、湖积和湖泊化学沉积的盐层及超氯盐渍土组成。土样天然含水量为10·61 %,易溶盐含量为12·01%,主要成分为氯化钠和氯化钾。颗粒分析结果如表1。

　　(2)试验设备采用西南交大自行研制的封闭式单向冻结特性测试系统(见图1、图2),在土样无破损的条件下,对土柱中的点位进行温度和含水量的动态观测。设备主要由三个系统组成:温度、水份及变形检测系统(温度传感器、水份传感器和百分表等);温度场建立系统(制冷压缩机及控制系统);绝热样品室系统(尼龙试样套管、聚氨酯泡沫绝热层和石棉保温套)。土柱高25 cm,直径10 cm。

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