每年冬春季節,中國北方地區的土體表層都會經歷凍融作用,如果工程保護措施不當,會對其上覆的基礎設施造成損害。其中,凍脹現象涉及復雜的水熱耦合機理及相變作用,凍土中的溫度分布和水分條件,對巖土工程、水文、農業等方面具有重要意義。在分析非飽和凍土耦合機理時,通常忽略水分遷移和蒸汽流動作用。然而,最近在中國的西北等寒冷和干旱地區的結構產生凍脹破壞,在該地區地下水位約為20m深,經典的凍脹理論無法解釋這種凍脹破壞。此外,最近的試驗數據也證明了凍土中的蒸汽可能會導致大量的冰晶形成。因此,本研究提出了一個非飽和凍土水汽熱多場耦合數學模型,并考慮了凍土中蒸汽的蒸發和凝結的相變作用。非飽和凍土中水汽熱耦合模型的求解是采用COMSOL Multiphysics中的數學PDE模塊,傳熱邊界考慮了具有特定溫度的Dirichlet邊界條件。然后,采用已有試驗數據對模型的有效性進行驗證,參考試驗為60cm的單向凍結土柱,試驗中土柱的初始條件和邊界溫度是變化的。計算結果表明:提出的模型能夠有效的預測非飽和土的凍結過程;水汽的遷移依賴于土體內溫度梯度和初始含水量;總體積含水量在凍結鋒面處達到最大;當暖端溫度固定時,冷...

【文章頁數】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖4-2水分控制方程

第四章凍結作用下粗粒土中水汽遷移數值模擬及分析-50-基于第三章的對非飽和凍土水-熱-力數值計算模型的理論推導，通過多物理場耦合軟件COMSOLMultiphysics建立土體有限元模型。凍結土體的溫度嘗水分嘗應力場耦合復雜，數學模塊的優點可以自主定義所需偏微分方程，并自主定義物....

本文編號：3991800