粘土的热物理参数和冻结过程中的温度场演变研究
多年冻土块石路基蠕变变形研究
多年冻土块石路基蠕变变形研究张存根【摘要】由于全球气候变化,以及大规模的寒区工程建设,打破了多年冻土地区原有的地表能量平衡,导致地温升高,冻土上限逐年下降,高温冻土层厚度不断扩大,冻土蠕变变形愈加剧烈.本文通过结合青藏铁路典型多年冻土块石路基路段特征,采用变换等效导热系数法来综合考虑块石通风区的换热性质,数值模拟多年冻土路基多年蠕变变形,进行其10年、20年和30年的温度场和变形场预测,分析其蠕变情况.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2019(016)001【总页数】12页(P70-81)【关键词】冻土蠕变;块石路基;数值模拟【作者】张存根【作者单位】中交公路规划设计院有限公司,北京100088【正文语种】中文【中图分类】TU4450 引言冻土是指含冰且温度在0℃或0℃以下的各种岩石和土体，按照土处于冻结状态的持续时间可以划分为季节冻土和多年冻土[1]。
全球约有25%的陆地属于多年冻土地区，全球除澳洲外各大洲均有分布。
主要分布在纬度较高和地势较高的国家和地区，我国的多年冻土主要集中于西北和东北高海拔高纬度地区[2]。
在多年冻土地区修筑道路工程,不仅改变了路基下多年冻土的温度场,而且也改变了地基土的受力状态。
随着冻土路基温度及受力的改变,必然引起路基的力学稳定性发生变化,从而导致路基产生沉降变形。
在此情况下，在多年冻土地区，尤其在高温高含冰量地区，通常采用“主动降温”措施[3-6]的方式保证路基的热稳定性。
在青藏铁路中，块石路基是最为典型的一种冷却路基形式[7]。
喻文兵等进行了块石层降温效果的室内模拟试验，共进行6个周期的试验，每个周期8天，试验结果表明一定厚度和空隙的块石层能够有效的降低其底部的温度[8]。
张建明等模拟测试铁路碎石道渣在夏季和冬季两种情况下热传导试验，试验结果表明当碎石道渣顶部和底部温差不大时，其导热系数基本相同；温差很大时，底部导热系数明显大于顶部导热系数[9]。
多圈管冻结壁冻结温度场数值计算研究
崔建军 ： 多圈管冻结壁冻结温度场数值 计算研究
８ ｌ
面点 ， 开展温度 随时间变化 的分析 ， 各特征点 的具体 布
置见 图 ２ 特征点随冻结时 间的变化见图 ３ ， 。
图 １ 降温 曲线 图
尺寸较水平方 向大得 多 ， 在竖直 方 向的热传导 相对水
平方 向弱 的多 ， 故冻结温度场可简化为平面导热问题 ， 按平 面问题建模 、 划分 网格 ； ③地层冻结降温影响 区仅
限于冻结壁外 锋面半径 的三倍范 围内 ； ④不 考虑冻 土
２ 数值计算结 果分析 （ ） 特征点温度随 Ｈ ｆ 的变化 。选 取井帮 控制 １ ／￣ ＇ｑ
算结果为多圈管冻结工程的设计 和施工提供参考 。
【 关键词 】 多圈管 ； 数值计算 ； 温度场 【 中图分 类号】 Ｔ ４５２ Ｕ ７． 【 文献标识码 】 Ｂ 【 文章编号】 １０ 一 ８４ ２ １）１ ０８ — ２ ０ｌ ６６ （ １ １ — ００ ０ ０
随着浅埋深煤层 的充分开发 ， ０ ４ ｍ以内表 土覆盖 ０ 下的煤炭 资源渐趋 枯竭 ， 于 ４ ０ 大 ０ ｍ表 土覆盖 下 的煤
１ ４ 边界条件及载荷 ． ２ ； ５ 冻结管外壁温度按 图 ｌ 的降温曲线 赋值 。
ｌ
Ｉ
＼
５ １ ｎ ０ ２ ０ ２ ０ ３ ３ ０ ４ ０ ０ １ ０ ５ ｍ ５ ｌ
（ ） 冻结壁设计参数 。井筒表■段最大掘进荒径 ３ １．５ 。积极冻结期盐水 温度为 一 ４～一 ６ ２５ｍ ３ ３ 。冻结壁
、 ～
３ ９
冻结时间， ｄ 图３ 特征测点温度随冻结时间变化 图５ 不同时刻路径上的温度
粘土层冻结法施工温度及位移场监测分析
粘土层冻结法施工温度及位移场监测分析发布时间：2021-07-26T09:56:58.093Z 来源：《科学与技术》2021年3月8期（中）作者：高扬[导读] 随着冻结法施工应用的逐步广泛，针对传统监测方法存在的误差率较高的问题，高扬江苏省公共工程建设中心有限公司，江苏南京 210009摘要: 随着冻结法施工应用的逐步广泛，针对传统监测方法存在的误差率较高的问题，以下开展了基于粘土层冻结法施工的施工温度及位移场监测方法设计。
根据冻结法施工的流程。
设计施工温度及位移场监测模型，采用建立井筒三维坐标的方式，将检测区域划分为不同面积大小的单元格。
计算粘土层散热及导温系数，实现基于冻结法的粘土层施工温度的监测。
采用自定义一阶函数关系式的方式，进行位移长度与相变点的分析，进行粘土层施工位移场的监测。
采用设计对比实验的方式验证检测方法可有效的降低检测数值的误报率。
关键词：粘土层冻结法；施工温度；位移场；监测分析中图分类号:TU755.9文献标识码:AMonitoring and analysis of construction temperature and displacement field of clay layer freezing methodAbstract: With the gradual and widespread application of the freezing method construction, in view of the problem of high error rate of the traditional monitoring method, the design of the construction temperature and displacement field monitoring method based on the clay layer freezing method is developed below. Construction process according to freezing method. The construction temperature and displacement field monitoring model is designed, and the three-dimensional coordinates of the wellbore are established to divide the detection area into cells of different area sizes. Calculate the heat dissipation and temperature coefficient of the clay layer, and realize the monitoring of the construction temperature of the clay layer based on the freezing method. The method of self-defined first-order function relationship is used to analyze the displacement length and phase change point, and monitor the displacement field of clay layer construction. The method of designing and comparing experiments is used to verify that the detection method can effectively reduce the false alarm rate of the detection value.Keywords: freezing method of clay layer; construction temperature; displacement field; monitoring analysis;0引言本人于2016年5月16日-2018年8月12日在安徽省阜阳市颖上县陈桥镇，参与开展项目为刘庄煤矿东回风井井筒及井筒连接处掘砌工程，工程量为552米，井筒冻结段采用钢筋混凝土双层井壁结构。
地层扰动对冻结的影响分析
地层扰动对冻结的影响分析摘要：冻结加固技术因其具有冻结强度高、止水性好、安全性高等优点，并且具有很好的环保性等特点而越来越多的被应用于地下工程建设中，尤其是对环境保护要求高、又处在软土地质条件下的工程，其应用更为广泛。
但冻结在实际施工中受到多种不利因素的影响，特别是地层扰动对冻结的影响，影响冻结效果，并严重影响施工安全。
本文阐述了影响人工冻结效果的因素，以及在地层扰动下各因素的变化，主要分析了冻融土和地下动水对冻结效果的影响。
关键词：冻结法；冻结温度场；地层扰动概述在地层扰动下，冻结壁的形成是一个很复杂的热物理过程。
在冻结壁的形成过程中地层扰动影响冻结温度场的分布，且温度场、渗流场等多个物理场存在相互作用，因此，对于某水平同一地层的冻结壁在各方位厚度发展并不均衡。
（二）冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程倔砌施工的特殊施工技术。
（三）冻结法施工技术适用于松散不稳定的冲击层、裂隙含水层、松散泥岩层和水压特大的岩层，既可作为地质条件复杂的井巷工程施工，又可作为工程抢险和事故处理的手段。
（四）冻结法施工的原理是：沿开挖断面周边布置与通道方向基本平行的冻结孔，然后在冻结孔中循环低温盐水，使冻结孔附近的含水地层结冰，形成强度高、封水性好的冻土帷幕—冻结壁，用以抵抗地压，水压和隔绝地下水与地下工程的联系。
然后在冻结壁的保护下进行隧道、竖井和基础工程的开挖与衬砌施工的特殊工程技术。
其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土性质以固结地层。
二、冻结壁的温度场的形成规律冻结壁是凿井的临时支护结构物，其功能是隔绝井内外地下水的联系和抵抗水土压力。
当冻结壁完全交圈后，封闭的冻结壁即可起到隔绝地下水的作用；但是要起到抵抗水压力的作用，冻结壁必须有足够的强度和稳定性。
1、土壤的冻结实质及其特性变化土壤冻结前后，土体的强度、水分、以及热物理参数等基本性质发生较大变化：(1) 强度提高。
冻结法深层位温度场数值模拟与分析
４水 位均 已溢水 ； 共布置 ５ 个 测温孔 ， 其 中测 １ 、 测 ３位于外排 孔外侧 主面上 ； 测 ２ 、 测 ４位于 中排孔和外排 孔之问 ； 测 ５位于 内排孔 和防片帮孔之 间。
安
厚度 ２ ． ３ ０ ３ ｍ， 冻结深度 ７ ２ ５ ｍ， （ 深层位 ） 井筒深 度 １ ０ ０ １ ． ９ ｍ。该 井筒采用冻结法施工 ， 井筒 主要技术特征见表 １ 。
２ ． ２副 井冻 结 方 案
７ １ ４ ． ０ ５ ｍ。在第 四系 ３ ７ ８ ． ２ ～３ ９ ８ ． ９ ｍ和 ４ ０ ７ ． ３～ ４ ４ ５ ． ３ ５ ｍ深度段 为２ ０ ． ７ ｍ和 ３ ８ ． ０ ５ ｍ的两层特厚砂质粘土层 。冻结段最大井壁
２ ． １工 程概 况
杨村煤矿设计有 主、 副、 风三个井筒 ， 其 中副井井筒设计净 直径为 ７ ． ５ ｍ， 井筒 表土层厚 度 ６ ８ １ ． ０ ５ ｍ， 其中： 第 四系底板埋深
５ ３ ６ ． ６ ５ ｍ，第 三 系底板 埋 深 ６ ８ １ ． ０ ５ ｍ，基 岩 风化 带 底 板埋 深
段起封水作用 （ 见表 ２ ） 。 ２ ． ２ ． ３冻结壁设计
井筒表土段最大掘进荒径 １ ２ ， ２ ５ ６ ｍ。设计 冻结 盐水温度为
一
３ １ 一３ ３ ℃， 设计 冻结壁厚度 ， 粘土 ４ ４ ５ ． ３ ３ ｍ控制层冻结壁厚
度 ｌ Ｏ ｍ；砂层 ５ ３ ６ ． ６ ５ ｍ控制 层冻 结壁 厚度 １ ０ ． ２ ｍ；三 系上部 ６ ４ １ ． ７ ｍ控制层冻结壁厚度 １ ０ ． ６ ｍ。冻结壁平均温度 一 １ ８ ℃。 副井 冻结站于 ２ ０ １ ２年 ４月 ９日开机 运转 ， 截止 ２ ０ １ ４年 １ 月 ７日冻结站运转正常 。水文孔 １ 、 水文孔 ２ 、 水 文孔 ３ 、 水文孔
《土壤高温储热条件下热湿迁移规律的实验及模拟研究》范文
《土壤高温储热条件下热湿迁移规律的实验及模拟研究》篇一摘要：本文通过实验和模拟的方法，对土壤在高温储热条件下的热湿迁移规律进行了深入研究。
实验部分详细记录了不同温度梯度下的土壤热湿迁移过程，并利用数值模拟技术对实验结果进行了验证和补充。
本文旨在揭示土壤在高温储热过程中的热湿迁移机制，为地源热泵、土壤源热回收等工程提供理论依据。
一、引言随着全球能源需求的增长和环境保护意识的提高，地热能作为一种清洁可再生能源，受到了广泛关注。
土壤作为地热能的重要载体，其高温储热条件下的热湿迁移规律对于地源热泵、土壤源热回收等工程具有重要意义。
本文通过实验和模拟相结合的方法，研究土壤在高温储热条件下的热湿迁移规律，以期为相关工程提供理论支持。
二、实验方法与材料1. 实验材料：实验所用土壤取自当地典型区域，确保土壤类型与实际工程中的土壤相似。
同时，为了更好地模拟土壤中热湿迁移的实际情况，实验还采用了温度传感器、湿度计等设备。
2. 实验方法：实验采用恒温加热装置对土壤进行加热，并设置不同的温度梯度。
在加热过程中，通过传感器实时监测土壤的温度和湿度变化，记录数据并进行分析。
同时，为了验证实验结果的准确性，还进行了数值模拟研究。
三、实验过程与结果分析1. 实验过程：在实验过程中，首先将土壤样品放置在恒温加热装置中，设置不同的温度梯度（如30℃、40℃、50℃等）。
然后，通过传感器实时监测土壤的温度和湿度变化，记录数据。
同时，为了更直观地观察热湿迁移过程，还采用了红外测温仪和显微镜进行观察。
2. 结果分析：根据实验数据，我们可以发现随着温度的升高，土壤中的水分逐渐向表面迁移。
这表明在高温条件下，土壤中的水分受到热力作用而发生迁移。
此外，我们还发现不同类型土壤的热湿迁移特性存在差异，这可能与土壤的成分、结构等因素有关。
四、数值模拟研究为了进一步验证实验结果的准确性，我们采用了数值模拟技术对土壤高温储热条件下的热湿迁移过程进行了模拟。
冻土中热水机械蒸汽的多场耦合研究
冻土中热水机械蒸汽的多场耦合研究摘要：本文根据各国学者对冻结土多场的研究成果，对冻结土的多场耦合理论和机理以及冻结过程中温度场、水分场和应力场的动态变化过程进行了分析和研究。
冻土多物理场耦合的研究是一个复杂、多物理、多学科的领域，本文主要从水热蒸汽机械（HTVM）场耦合的方面进行了综述。
本综述有助于促进对冷区土壤冻结过程和冻结过程中冻土耦合机理的研究，促进对土壤冻结过程中多场耦合动态过程的深层、多维理解。
1.介绍冻融沉降是寒冷地区冻土最常见的冻土破坏。
这主要是由于冻土的温度、湿度、应力和浓度场的变化，以及多物理场之间的相互作用（Mu，1987）。
冻土的各种霜冻问题本质上源于多孔介质中的多相耦合（包括固体、液体、气体和热）（Li，2001）。
季节性冻土的土壤稳定性主要受冻融循环中传热、水分迁移和相变化的相互作用和相互影响的控制。
例如，路基的温度、湿度和应力场都是动态变化的。
这些油田之间的耦合效应是造成许多冻害问题的直接原因（Lai，1999）。
因此，有必要系统地回顾冻土多物理场耦合背后的机制。
冻土的多物理场耦合是一个同时考虑多个物理场的复杂的多学科研究部门。
冻土多物理场耦合的研究进一步分为以下几个部分：热水（TH）耦合、热水机械（THM）耦合、热水蒸汽机械（THVM）耦合和热水盐力学（THSM）耦合。
此外，一些学者还致力于研究岩石的热-水-化学-机械（THCM）耦合（Su，2010），这是一个复杂而动态的过程。
近年来，有关冻结场的学术兴趣一般集中在宏观强度性质和热-水-力学耦合本构模型上。
考虑了晶体独特的张力行为和压力熔化，以及冰水相变的结晶动力学模型。
然而，由于缺乏特殊设备，目前进行的本构实验很少考虑微观变形的机理。
因此，迫切需要对微小量表进行本性调查。
2.冻土多物理场耦合技术的研究现状2.1冻土高温耦合技术的发展提出了浅层黄土的TH耦合模型，模型结果与实验结果一致。
通过该模型估算的水分和温度的动态变化，验证了参数选择的可行性和预测浅层冻土水热动力行为的准确性[1]。
土壤热容量,导热率,导温率定义和变化规律
土壤热容量,导热率,导温率定义和变化规律1.引言1.1 概述文章引言中的概述部分主要介绍土壤热容量、导热率和导温率的含义和重要性。
概述部分内容可以参考以下写法：概述：土壤是地球上最广泛分布的一种自然资源，其具有重要的环境和农业意义。
而土壤的热性质是研究土壤热传导和能量交换的重要基础。
土壤热容量、导热率和导温率作为土壤热性质的重要参数，在土壤热力学和能量平衡研究中发挥着重要的作用。
土壤热容量是指在单位质量土壤温度升高或降低单位温度所需吸收或释放的热量。
它反映了土壤对热量变化的响应能力，是描述土壤储热能力的重要指标。
土壤热容量的大小受土壤质地、含水量、有机质含量等因素的影响，具有季节性变化和垂直分布的特点。
了解土壤热容量对于研究土壤温度变化、水分状况以及土壤中生物、化学过程的解释和预测具有重要意义。
导热率是描述物质导热性能的指标，它表示单位时间内单位面积内物质导热量通过单位厚度的物质所需的温度差。
土壤的导热率是影响土壤热传导的重要参数，它决定了土壤中热量在空间上的传输速度。
土壤导热率的大小取决于土壤孔隙结构、含水状况、温度等因素，具有季节性变化和土层分布的特点。
通过了解土壤导热率，可以更好地掌握土壤热传导过程，从而为土壤温度分布、地热资源开发等提供科学依据。
导温率是描述物质导温性能的指标，它表示单位时间内单位面积内物质导温量通过单位厚度的物质所需的温度差。
与导热率相比，导温率主要通过介质内分子之间的碰撞和传递能量方式进行热传导。
土壤的导温率决定了热量在土壤中的传导方式，不同的导温率会导致土壤内温度分布的差异。
土壤导温率的大小与土壤的物理性质、水分状况、温度等因素密切相关，了解土壤导温率有助于揭示土壤热传导机理和进行地热模拟研究。
综上所述，土壤热容量、导热率和导温率是反映土壤热性质的重要参数，它们的定义和变化规律为研究土壤热传导、能量平衡和地热资源开发提供了基础。
在未来的研究中，需要进一步探索土壤热性质的影响因素、热传导机理以及与其他土壤特性的相互关系，以提高对土壤热过程的理解和预测能力。
隧道水平冻结施工过程的数值模拟
NUMERICAL SIMULATION OF UNDERGROUND CONSTRUCTION BY HO METHOD
*
GENG Ping , YAN Qi-xiang , HE Chuan , WANG Bo
(Department of Underground Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China)
3 冻土中的准耦合数值分析
3.1 计算模型 以某隧道中水平冻结工程为原型，如图 1 所示 的宽 6.4m，高 6.7m 的马蹄形断面，沿隧道衬砌外 缘 0.7m 处布置一圈冻结管，均布 32 个冻结孔，冻 结孔间距为 0.8m。采用准耦合方法，先计算冻结壁 温度场分布，然后根据温度场修改土层弹塑性性
天然重度/ 19.7 19.5 19.2 弹性 5.55 10.96 5.23 泊松比 0.31 0.3 0.34 粘聚力/内摩擦角/ kPa 29.3 12.9 41.3 (o ) 15.9 29.3 8.1
5 10
含水量/(%) (kN/m3) 模量/MPa
15
未冻水含率
图 4 25d 的温度等值线 Fig.4 Temperature contour of 25d
d{ } d{ }e d{ }T
(5)
5200 6400
300
Fig.1
图 1 隧道水平冻结模型 Horizontal freezing model of tunnel
124
工
程
力
学
图 2 显示有限元计算模型，沿水平轴 x 方向取 69m，竖向 y 方向取 48m，采用三节点平面单元， 共计 2542 个节点，5003 个单元，图 2 中实心三角 形表示冻结管，A、B、C 表示冻结壁内沿径向所取 的三点。
黏土结合水的热分析定量研究方法
黏土结合水的热分析定量研究方法黏土是一种常见的土壤成分，具有粘性和吸附性等特点，在土地治理、建筑工程、环境保护等领域有着广泛的应用。
研究黏土的热分析定量方法，可以更好地理解黏土物质特性，提高黏土的应用效果，对相关领域的发展也具有重要意义。
本文介绍黏土结合水的热分析定量研究方法。
首先，我们需要准备一定量的黏土样品和纯净水。
将黏土样品和适量的水混合均匀，得到黏土结合水混合物，我们可以使用热重分析仪对样品进行测试。
热重分析仪是一种可以测量样品质量随温度变化的仪器。
在进行黏土结合水的热分析定量研究时，我们可以利用热重分析仪测定样品质量随升温或降温过程中的变化，以此来确定样品中含水量的多少。
具体的测试步骤如下：1.准备样品。
取一定量的黏土样品和适量的水混合均匀，得到黏土结合水混合物。
将混合物放置在干燥室中使其自然干燥，然后取出一定重量的样品，称重精确记录。
2.进行测试。
将样品放置在热重分析仪中，以一定的升温速率进行加热，同时记录样品质量随温度的变化。
在测试过程中，样品中的水分会随温度的升高而逐渐蒸发，样品的质量会逐渐减小。
3.数据分析。
根据实验得到的数据，在质量随温度变化的曲线上确定样品中含水量的多少。
通常采用的方法是，在曲线上找出质量下降速率最快的区域，称为失重区域。
利用这一区域的数据，可以计算出样品中的含水量。
通过以上的测试方法，可以快速、准确地分析出黏土样品中的水分含量，进而确定样品的物质特性，为后续的应用提供有力的支持。
此外，该方法还具有简便易行、操作便捷等特点，适用于实验室和生产现场的应用。
总之，黏土结合水的热分析定量研究方法能够为黏土物质特性的研究提供有力的技术支持，为相关领域的应用提供可靠的数据支持，具有非常广阔的应用前景。
除了热重分析仪，还有其他一些热分析仪器可以用来探究黏土结合水的特性。
比如热解仪可以用来测量样品的热失重曲线，根据热失重曲线可以确定黏土中的有机质含量以及水分含量等物理特性。
土壤冻结对其自然温度场的影响
由图 １ 可见 ， 土壤温 度随时 间做年周 期性 变化 ， 各深 度 处土壤温度受土壤是 否冻结影 响非 常小 。冻结与 非冻 结物 由图 ２可见 ， 随着深度 的增加 ， 土壤温度延 迟时 间增 加 ； 同一深 度下 ， 非冻结 比冻 结物性参数 下 的延 迟时 间长 ； 着 随 深度的增加 ， 两种物性参数下 的延迟时间差别增大 。在集 输 管道埋深范围 内， 用粉质粘土非冻结及冻结物性参数计算 出 的延迟时间最大差 ３ ７ｄ 占总延迟时间 的 ８ ６ ．９ ， ．％。
参照延迟时 间的定 义及第 一类 边界条件 下半无 限大 问
题 的延迟时 间求解 结果 ， 】推广得 出第三类边界条件下的延 迟时 间 为 ：
＝
（ ２
＋ ２ （
） ）
维普资讯
刘晓燕等 ： 土壤冻结对其 自 然温度场的影响
∞
油气集输管道多数埋地敷设 ， 内混输介 质沿线温降不 管 仅随管道进 口介 质温度 、 流量 、 油气水 比例及物性 等变化 ， 还 受土壤温度场 的年周期性 变化 、 时间延迟及土壤是否冻结等
的影响… 。尤其是 严寒 地 区， 最 高气温 平均 值 在 ３ ￣ 年 ５Ｃ以 上， 年最低气温平均值 在 一３ ￣ ０Ｃ以下 ， 均温度 为 ３２Ｃ， 年 ．￣ 埋
１ 土壤冻结及 非冻结状态 物性参数测试
结状态的物性参数 ， 过计算 ， 析土壤冻结 及非 冻结 物性 通 分 对不 同深度处土壤 自然温度场的影响程度 。
冻结及非冻结土壤热物性测试结果表
为测 试严寒 地区土壤 的热物理性 质 ， 现场取荒地 、 耕地 、 洼地 、 沼泽地等 １ 个 典型地 点 的粘土 、 ２ 粉质 粘土 土样 ， 量 测 原状土 的含水率 、 干湿密度 ， 非冻结及 冻结状态 的导热系数 、 导温 系数 ， 测试结果如上表所示 。 ２ 土壤 自然温度场计算数学模型
不同低温温度下砂土物理力学特性试验研究
不同低温温度下砂土物理力学特性试验研究孙杰龙;任建喜;李盛斌;曹雪叶;武雯利【摘要】以白垩系富水砂层砂土为研究对象,对其在不同低温温度下的物理力学特性进行了分析.结果表明:砂土比热容随冻结温度降低呈现出先减小后增大再减小最终趋于稳定的变化规律,砂土导热系数随冻结温度降低而逐渐增大最终趋于稳定,其变化过程主要分为3个阶段,即:缓慢增大阶段、迅速增大阶段和基本稳定阶段;随冻结温度降低人工冻结砂土粘聚力、内摩擦角、弹性模量和单轴抗压强度会逐渐增大,但增大的幅度会随着冻结温度的降低而逐渐减小;在同一加载速率下,不同冻结温度下人工冻结砂土变形均表现为应变软化,人工冻结砂土试样破坏时应变较小,一般介于6％～10％之间.【期刊名称】《延安大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(038)003【总页数】7页(P38-44)【关键词】人工冻结;砂土;热物性;力学特性【作者】孙杰龙;任建喜;李盛斌;曹雪叶;武雯利【作者单位】延安大学建筑工程学院,陕西延安 716000;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安 710054;延安大学建筑工程学院,陕西延安 716000;延安大学建筑工程学院,陕西延安 716000;延安大学建筑工程学院,陕西延安 716000【正文语种】中文【中图分类】TD262陕西、内蒙、新疆等西部省区是我国重要的煤炭生产基地[1]。
该地区矿井所穿越的地层主要以中生界白垩系和侏罗系地层为主，其中富水砂层是最为特殊的地层，该地层井筒涌水量大，有的矿井涌水量可达到1000～1200 m3/h左右，无法采用普通凿井法进行井筒施工[2]。
采用冻结法施工可保证井筒安全顺利的穿越含水砂层，但若冻结壁强度不够，则极易发生涌水、溃砂事故的发生，对人员生命安全造成威胁，同时也会带来巨大的经济损失。
因此，研究人工冻结砂土物理力学特性对确保冻结壁安全稳定和井筒顺利施工具有重要的工程实践意义。
关于人工冻结砂土物理力学特性方面已有学者做过相关研究。
混凝土水化热对冻结温度场影响的测试与数值分析
离为 ０ ６ ． ｍ。１号 点为 混 凝 土 衬 砌 与 冻结 壁 交 界 面 处 ，然 后 沿径 向每 ０ １ 间隔布 置 一个 测点 。在 冻 ．ｍ 结 １０ ０ ｄ后 开始 温度 测 试 工 作 ，实测 位 置 在 掘进 深 度 １ ０ 处 的第 ４ ２ｍ ８段 井 壁 上 ，井 筒 的 横 截 面 尺 寸 和测点 的 布 置如 图 ２所 示 。测 试 时 问 为 ７ ，温 度 ｄ 测 试 时工 况 ：井 帮 温度 为 一６ ，工 作 面 空气 温 度 ℃ 为６ ８ ～ ￣ Ｃ，混 凝土 入模 温 度 为 ２ ～ ２ ℃ 。测 试数 ３ ５
２ ．Ａｎ ｕ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｃ ｔｃｕ ｅ ＆ Ｉ ｄ ｓｒ ； Ｈ ｅｅ ２ ０ ２ ， Ｃｈｎ ） ｈ ｉ ｓｉ ｔ ｆ Ｉ ｔ Ａｒｈ ｅ ｔ ｒ ｎ ｕ ｔｙ ｆｉ ３ ０ ２ ｉａ
最新土壤导热系数对地埋管地源热泵水平地埋管周围土壤温度场的影响研究_secret
土壤导热系数对地埋管地源热泵水平地埋管周围土壤温度场的影响研究_s e c r e t土壤导热系数对地埋管地源热泵水平地埋管周围土壤温度场的影响研究_secret土壤导热系数对地埋管地源热泵水平地埋管周围土壤温度场的影响研究摘要：本文考察了土壤组成及影响土壤与埋管换热的土壤热物性，其中最重要的就是土壤导热系数，通过建立的地下水平埋管换热器模型，模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度分布和埋管换热量的影响。
模拟结果显示，随着土壤导热系数的增大，埋管换热量明显增大，冬季给定工况下，当土壤导热系数从1.1 W/(m·K)增大到2.5 W/(m·K)时，埋管单位管长换热量增幅达100.8%关键词：土壤源热泵；水平埋管；土壤导热系数；土壤温度场 1．土壤的组成和物性土壤是一个非均质的、多相的、颗粒化系统，其中占体积50%左右的部分为固相，其余由空气、水等成分组成。
研究土壤物性是土壤源热泵系统成功使用的前提，是进行地下埋管换热器方案设计的基础，土壤源热泵系统地下埋管流体进出口温度，地下埋管换热器换热量都与土壤物性参数密切相关。
在进行土壤源热泵地下换热器设计和施工前，首先应进行地质咨询，即向有关部门咨询这个地区各地层地质构造，土壤组成成分，土壤热物性以及地下水的分布和冻结等情况，以初步确定土壤源热泵地下埋管换热器的可行性。
土壤的物性包括：土壤导热系数、土壤密度、土壤比热容、土壤温度、土壤热阻、土壤热扩散度等。
为了便于理解，将土壤的成分简单地分为矿物质(固体相)、有机质(固体相)、水(液相)和空气(气相)，见表1。
我国地域辽阔，各地的土壤成份和湿度差别较大，其热物性差别也较大。
不同地区地质情况的影响主要体现在土壤物性参数的变化，如土壤的导热系数，比热，密度等。
表2给出不同种土质的土壤物性参数。
表1 土壤各主要组成的物性参数(标准大气压，20℃)组成物质密度 kg/m3[1][2]质量比热容kJ/(kg·℃)体积比热容 kJ/(m·℃)1942 2504 4187 1.23导热系数 W/(m·℃) 2.93~8.37 0.251 0.595 0.026矿物质(近似平均数) 有机质(近似平均数)水空气2650 1300 1000 1.20.733 1.926 4.186 1.0051表2 不同土质的物性参数物性参数土质名称密度 kg/m 2250 2250 1760 3000 1800 1650 17503质量比热容kJ/(kg·℃)1.843 1.283 0.838 3.616 1.167 0.735 1.633导热系数W/(m·℃)841 841 1008 841 841 798 1008砂岩石灰岩灰质页岩大理岩、花岗岩建筑物下的种植土干砂填料石灰土(43%湿度)干石英砂石英砂(8.3%湿度)2．土壤的导热系数土壤的导热系数是在单位温度梯度下单位时间内通过单位面积传送的热量。
冻土力学与工程的国际研究新进展
冻土力学与工程的国际研究新进展——2000年国际地层冻结和土冻结作用会议综述摘要：2000年国际地层冻结和土冻结作用会议于2000年9月在比利时召开。
会议共设6个专题：热质迁移、冻结敏感性和冻胀、力学性质、环境土冻结、工程设计和工程实例。
围绕这6个专题，介绍了国际冻土力学与工程方面研究的一些主要进展，既反映了国际冻土力学与工程研究的水平，也代表了21世纪冻土学发展的方向。
关键词：地层冻结；土冻结作用；冻土力学与工程.中图分类号：P642.14文献标识码：A国际地层冻结会议是与人工冻结技术相关的国际会议，侧重于工程应用；国际土冻结作用会议是与土的冻胀融沉过程相关的国际会议，侧重于理论研究。
这两个国际会议对增进各国冻土学界科学家的学术交流和推动冻土学科的发展起到了重要的作用。
自1997年这两个会议合成国际地层冻结和土冻结作用会议，现已成为冻土学家们进行学术交流、聚会的一大盛事。
2000年国际地层冻结和土冻结作用会议于2000年9月11～13日在比利时召开。
此次会议共设6个专题：热质迁移、冻结敏感性和冻胀、力学性质、环境土冻结、工程设计、工程实例。
来自法国、德国、中国、美国等国的70多位代表参加了会议。
本次会议是世纪之交冻土界的一次盛会，它不仅展现了目前冻土界的最新研究成果，而且也指明了21世纪冻土学发展的重要方向。
下面围绕这6个专题将会议的一些主要研究进展作一综述。
文中所引用的文献均出自本次会议的论文集。
1热质迁移土体冻结过程中，水分向冻结锋面迁移并结晶膨胀造成土体的冻胀。
物质的迁移、温度场的变化是热质迁移问题研究的主题。
本次会议上有关热质迁移机理问题研究的论文有11篇。
热质迁移研究的主要内容之一是土物理参数的性质研究，如土颗粒含量、容重、热参数、导水系数等。
Cames-Pintaux在分析道路冻结过程时，利用GEL1D软件对热参数的影响范围及其各参数之间的相互作用进行了定量计算，发现导热系数及含水量是非常重要的两个参数，对流交换系数及初始温度状况在路基水热性质随气候变化中起到了重要作用。
深厚冲积层土体热物理参数的反演
深部人工冻土热—力耦合特性数值模拟研究
设置单元属性 ， 划 分单元 ， 图 １为划分 的单元模 型 ； ５ ） 施加 各项 温 显式模块 Ａ Ｕ Ｔ Ｏ Ｄ Ｙ Ｎ ； 以求解 快著称 的流体动力学分 析模块 Ｃ Ｆ Ｘ ； 度载荷 ， 包括初始 温度 和对 流载荷 ； ６ ） 设 置求解选项并求解 ； ７ ） 进 电磁场分析模块 Ｆ Ｅ Ｋ Ｏ等等。２ ） 独特 的多场耦 合分析 ： Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的 行热分析后处理 ， 显示 图片 ； ８ ） 删除温 度边界荷 载 ， 将 温度场单 元 多物理场仿真模块 Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ — ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ 允许在 同一模块 上进行各 种耦合 并更改单元属性 ； ９ ） 读取温度场计算结果 ， 施加 分析 ， 如热一 力耦合分析 ， 以及 电一磁一 流体一 热多场耦 合分析 。 转化为结构场单元 ， 结构场约束条件 ； ｌ ０ ） 进行求解选项设置 ， 并求解进行结构场分析。 ３ ） 设计人员 的快捷分析工具 。
４ １ ． ６ ２ ５× １ ０ — ３ １ ３ ６ ． ６ ７ ８ × １ ０ — ３ １ ６ ６ ． ７ ８ ８ × １ ０ — ３ １ ． ５ ×１ ０— ５
作用机理 。本文 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ强 大 的耦 合 分析 功能 ， 对深 部人 工 冻结粘 土的热一力耦 合特性 进行数值模 拟分析。
试件 的加 载扫 描过程 中， 温 度和 应力 的变化 是 瞬态 非线 性
的， 且伴随有相变 。所 以人工 冻土 的热一力 耦合 分析 很复 杂 ， 需 要进行 一定 的简 化 ， 在本 文 中假定室 内制 作 的试样 密度 是均 匀 的， 且其 内部温度也是均匀 的。
２ ． ２ 模 型建 立
第３ ９卷 第 ２ ３期
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６ ８・
《冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》范文
《冻融条件下根河粉质黏土热物理特性试验研究》篇一一、引言随着全球气候的变化，冻融循环对土壤特性的影响日益显著。
根河地区的粉质黏土因独特的地理环境及气候条件，其热物理特性在冻融条件下呈现出显著的变化。
为了深入了解这一变化，本文针对根河粉质黏土进行了系统的热物理特性试验研究。
通过研究其热传导、热扩散和比热容等热物理参数，以期为根河地区的地质工程、环境工程等领域提供理论依据和实际指导。
二、研究区域与材料本研究区域为根河地区，该地区具有典型的寒冷气候和明显的季节性冻融循环。
试验材料取自根河地区的粉质黏土，经过筛选、烘干等处理后，用于后续的试验研究。
三、试验方法本试验采用热探针法、稳态法等试验方法，对根河粉质黏土的热传导、热扩散和比热容等热物理参数进行测定。
试验过程中，严格控制温度梯度和冻融循环次数，以保证试验数据的准确性和可靠性。
四、试验结果与分析1. 热传导特性通过试验测定，根河粉质黏土的热传导系数随温度的降低而减小，尤其在负温环境下，其变化趋势更为明显。
在冻融循环过程中，由于土壤内部冰的生成和融化，导致土壤结构发生变化，进而影响其热传导性能。
2. 热扩散特性根河粉质黏土的热扩散系数随温度的变化呈现出一定的规律性。
在低温环境下，由于土壤内部水分的冻结，导致其热扩散能力降低。
而随着冻融循环的进行，土壤结构的改变也会对其热扩散特性产生影响。
3. 比热容特性根河粉质黏土的比热容随温度的变化较小，但在冻融循环过程中，由于土壤内部冰的生成和融化吸收/释放热量，导致其比热容在某一温度范围内出现明显变化。
这一变化对土壤的温度场分布和热量传递具有重要影响。
五、结论通过对根河粉质黏土在冻融条件下的热物理特性试验研究，得出以下结论：1. 根河粉质黏土的热传导、热扩散和比热容等热物理参数在冻融条件下发生显著变化。
2. 低温环境和冻融循环对根河粉质黏土的内部结构产生影响，进而影响其热物理特性。
3. 了解根河粉质黏土在冻融条件下的热物理特性变化规律，对于地质工程、环境工程等领域具有重要意义，可为相关工程的设计和施工提供理论依据和实际指导。
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粘土的热物理参数和冻结过程中的温度场演变研究冻土是一种由固、液、气、冰四相物质组成的复合材料。
冻土中的冰相对其物理、力学和工程性质具有决定影响。
因此,研究冰相的存在形式和形成过程,是揭示冻土复杂性质的基础和条件。
而认识冻土的热参数及其导热特性,则是揭示冻土形成规律必不可少的条件。
本论文从冻土的材料组成入手,研究了冻结过程中的热量构成,建立了冻土
热物理参数的计算新模型,研发了室内模型试验装置,开展室内模型试验,通过模型试验结合数值模拟分析,验证了本文提出的冻土热物理参数计算新模型的有效性。
为寒冷地区的工程建设和冻结法施工,提供了设计理论基础。
获得的成果主要包括以下几个方面。
(1)揭示了土在冻结过程中的热量构成。
将未冻土当作颗粒、孔隙水和孔隙气组成的复合体,则冻结过程实质上是孔隙水的降温过程、孔隙水的结冰过程、孔隙冰的降温过程、土颗粒的降温过程共四个物理过程的组合。
因此,土在冻结过程中的热量消耗主要用于颗粒的温度变化、水(冰)的温度变化和冰水相变。
(2)揭示了土在冻结过程中,比热和导热系数的演变特点。
由于冰和水的含量在冻结阶段是不断变化的,而冰的比热和导热系数完全不同于水的比热和导热系数,因此土体的比热和导热系数是一个动态变化过程。
因此,研究土冻结阶段的导热系数和比热,必须与孔隙水的相变过程和相应
潜热相联系。
(3)根据是否存在冰水相变或潜热,提出了一种冻结过程的划分方法。
随温度降低,若土中水一直以液态形式存在则称之为未冻阶段;若存在固态
冰且液态水随温度降低逐渐减少则称之为冻结阶段;若存在固态冰但液态水不再随温度降低而减少则称之为冻实阶段。
(4)建立了完整的冻结过程三阶段比热计
算模型。
基于复合材料比热计算理论,建立了土在未冻阶段和冻实阶段的比热计算模型。
考虑相变本质和潜热的物理意义,建立了冻结阶段的比热计算模型。
从而给出了土在未冻阶段、冻结阶段和冻实阶段三个阶段完整的比热计算模型。
(5)建立了涵盖冻结过程三阶段的导热系数计算模型。
由试验现象出发,研究了密实度、含水量、温度等参数与导热系数的关系。
基于理想模型,建立了随温度变化的考虑了相变的导热系数理论模型。
并初步建立了土在未冻阶段、冻结阶段和冻实阶段共三个温度阶段的导热系数计算模型。
(6)研制了冷冻模型试验系统,开发一种三维应力状态测试装置和一种三维应变测试装置,并成功进行了冷冻模型试验。
根据冻结模型试验相似准则,开发了具有冷冻功能、温度测试功能、荷载施加和测试功能、补水功能、三维应力和三维应变测试功能的冻土模型试验系统,并进行了相应的单管冻结和双管冻结模型试验。
(7)提出了一个根据应力、应变测试数据,判断冷冻进程的方法。
通过模型试验监测冻结过程中土体内部的温度变化、三维应变变化、三维应力变化,根据三维应变和三维应力的突变点,确定了冻结的起止时间和位置,预测了土体内部的冻结过程。
(8)建立了考虑相变潜热的有限元分析方法。
基于建立的热参数模型和开发的考虑相变潜热的显热法,模拟了粘土冷冻模型试验温度场的变化过程。
(9)理论模型验证。
通过考虑相变潜热、不考虑相变潜热数值模拟结果与实测结果对比分析,验证了本文提出的热参数计算模型的可靠性。