岩土的非线性冻结模型试验和相似准则

摘要：

由于冰的比热和导热系数与水的比热和导热系数具有显著的差异性,因此土的比热和导热系数在冻结过程中是不断变化的.依据常热参数建立起来的温度场相似准则,难以准确反映土体在冻结过程中由热参数非线性引起的温度场演变.该文基于考虑热参数非线性变化的热传导微分方程,采用相似变换法导出了冻土模型试验中温度场的相似准则,并给出了采用原土进行模型试验时原型与模型应满足的相似关系.同时,在考虑第三类边界条件对相似准则影响的基础上,导出了模型土应满足的热物性相似条件.在此基础上,分别利用ABAQUS有限元软件对线性、非线性以及考虑第三类边界条件的原型和模型温度场进行了数值模拟,并对冻结过程中特征点的温度演变过程进行了分析.计算结果表明:建立的非线性导热相似准则能够正确反映原型冻土温度场的演变过程,说明模型土热参数的计算方法是合理的.同时表明,满足第三类边界条件的土体非线性冻结相似准则具有明确的物理意义和更高的实用价值.该研究成果为冻土模型试验中模型土的配制提供了切实合理的参数计算方法,为冻土水-热-力三场耦合模型试验的设计和实施提供了理论基础和技术支持.

关键词：岩土工程、非线性热传导、相似准则、温度场、热参数

所属期刊栏目：36

分类号：TU445(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金项目41472253;天津市自然科学基金重点项目16JCZDJC39000;天津市建设系统科学技术项目发展计划2016-25

在线出版日期：2019-02-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：192-199