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土壤冻结水热耦合有限容积模拟研究
  • ISSN号:1000-4548
  • 期刊名称:《岩土工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TU445[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,建筑工程学院,江苏徐州221008
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(50534040); 国家自然科学基金项目(40471021); 国家科技计划重点项目(2006BAB16B01)
中文摘要:

针对土壤一维冻结水热耦合模型的数值模拟,指出现有计算存在收敛性差、引入不必要条件等问题,基于有限容积法,建立了一种全隐计算格式。详细介绍了时间步长选择、特殊节点离散等问题,模拟了石英粉及张掖壤土试样的冻结过程,温度场及水分场的计算值与实验值基本吻合。研究表明:已冻土区水分迁移弱,水分重分布主要发生于未冻土区至冻结锋面,且冻结锋面推进速度对水分迁移影响较大,较显著的水分积累出现在冻结锋面推进缓慢时;试样的导湿能力差异导致对计算参数冰阻抗因子敏感程度不同,石英粉试样导湿能力强,对阻抗因子敏感。忽略水流条件下,水热耦合模型简化后,得到了温度场的等效热容模型,该模型更符合土壤介质的特点,适用于计算低含水率土壤的冻结温度场,而当土壤含水率高,水分流动剧烈时,还应考虑水分迁移对温度场的影响。

英文摘要:

For simulation of one-dimensional soil freezing process using coupled moisture and heat transfer model,problems with constringency and non-necessary conditions in the current simulations are pointed out.A new full-implicit finite volume scheme is established,and the time step and discretization of special nodes are introduced.Freezing processes of silica flour and Zhangye loam column are simulated,and the results of temperature and moisture are in agreement with the experimental data.The results show that water redistribution happens mainly between unfrozen zone and freezing front because the water flow in frozen zone is negligible,and the water accumulation behind freezing front is intense while the freezing front is moving slowly.The medium columns with different penetrabilities differ in sensitivity to ice impedance factor,and the columns with higher penetrabilities such as the silica flour column are more sensitive to the impedance factor.When the water flow is negligible,the equivalent capacity model is obtained by simplifying the Harlan’s model,and its applicability for temperature calculation of soil freezing process with low moisture content is confirmed;for soil freezing process with high moisture content,the influence of water flow should be considered for temperature calculation.

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期刊信息
  • 《岩土工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国水利学会 中国土木工程学会 中国力学学会 中国建筑学会 中国水力发电工程学会 中国振动工程学会
  • 主编:蔡正银
  • 地址:南京虎踞关34号
  • 邮编:210024
  • 邮箱:ge@nhri.cn
  • 电话:025-85829553 85829534
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-4548
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1124/TU
  • 邮发代号:28-62
  • 获奖情况:
  • 中国科协二等奖,江苏省首届优秀期刊奖,连续三次被评为核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:54826