——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
近日,中科院武漢巖土力學(xué)研究所研究員韋昌富團(tuán)隊(duì)在不同壓力、邊界溫度、初始土樣高度條件下,對飽和粉土進(jìn)行了凍脹試驗(yàn),研究了溫度梯度、凍結(jié)速率、土樣高度和壓力對凍脹的影響。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)及面上等項(xiàng)目的資助。
韋昌富介紹道,細(xì)粒土在凍結(jié)過程中,未凍土中的水分在“凍吸力”作用下向凍土中遷移并凍結(jié),導(dǎo)致凍土體積膨脹。凍脹可能會影響季節(jié)性凍土區(qū)的道路、管道等工程的變形,也可能使得采用人工凍結(jié)法施工的隧道、礦井的凍結(jié)壁發(fā)生變形。目前關(guān)于凍脹的理論模型多有物理含義不清、參數(shù)難以測量等問題,對于提高凍脹機(jī)理的認(rèn)識和促進(jìn)工程應(yīng)用仍有較大局限。
在該項(xiàng)研究中,當(dāng)土中溫度變化很緩慢時(shí)溫度場可視為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),凍脹速率與溫度梯度成正比例增長關(guān)系,其比例系數(shù)隨著壓力增大而線性減??;凍土中溫度變化較快時(shí),凍脹速率還與凍結(jié)速率有關(guān),總凍脹速率可以分解為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)凍脹速率與瞬態(tài)凍脹速率。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)凍脹速率與壓力和溫度梯度有關(guān),瞬態(tài)凍脹速率與壓力和凍結(jié)速率有關(guān);凍結(jié)速率與土樣尺寸有關(guān),將凍結(jié)速率與土樣高度的比值定義為比凍結(jié)速率。
當(dāng)壓力一定時(shí),瞬態(tài)凍脹速率與比凍結(jié)速率呈冪函數(shù)增長關(guān)系,增長率隨著比凍結(jié)速率增大而變小;當(dāng)比凍結(jié)速率一定時(shí),瞬態(tài)凍脹速率隨著壓力增大而呈雙曲線形式衰減。通過數(shù)值方法求解溫度場,可得比凍結(jié)速率和溫度梯度,再結(jié)合壓力條件即可計(jì)算任意時(shí)刻的凍脹速率,從起始凍脹時(shí)間開始將凍脹速率對時(shí)間積分可以計(jì)算出凍脹量。
根據(jù)預(yù)融動力學(xué)理論,研究人員推導(dǎo)了考慮冰透鏡體界面水力阻抗的凍脹理論模型。“傳統(tǒng)凍脹理論模型通常在預(yù)測凍脹速率時(shí)偏大,這是因?yàn)樵谟?jì)算時(shí)未考慮冰透鏡體界面處水分從孔隙處流到未凍水膜內(nèi)受到水力阻礙。” 韋昌富說。
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