冻融循环过程中岩石热传导规律试验及理论分析

摘要：

为研究岩石在低温环境下内部温度场随冻结、融化过程变化特征,探讨岩石在冻融循环过程中整体热传导规律.现开展干燥、饱水状态下类砂岩试样冻融循环室内试验,分析类砂岩试样在冻结、融化过程中内部非等温传递规律;结合试验现象,从水冰微观结构探讨水冰相变过程产生的热传导弛豫机制;最后,基于热传导理论,详细探讨冻融循环干燥、饱水状态下岩石热传导方程,给出饱水岩石三阶段温度分布理论解,并通过与试验对比,验证理论分析的合理性.研究结果表明:(1)冻融循环过程中干燥状态下的类砂岩试样,其温变曲线大体呈现负指数曲线特征,且越靠近边界面,温变速率越大,同时相对冻结过程,融化升温过程速率更快;(2)冻融循环过程中饱水状态下的类砂岩试样,其温变曲线呈现明显的三区段过程,在水冰相变过程产生典型的缓温变段,且相对干燥状态,其温变速率均出现一定程度降低;(3)利用水分子相交过程中微观结构变化,可较好地解释水冰相变过程造成的热传导弛豫现象;(4)给出了干燥、饱水状态下岩石热传导方程,并借此探讨了饱水状态下固相、液相及相变区温度理论解,通过与室内试验对比,验证了理论分析公式的合理性.研究对认识冻融环境下岩石内部温度场演化规律具有一定参考价值.

关键词：岩石力学、冻融循环、类砂岩试样、水冰相变、热弛豫机制、热传导方程

所属期刊栏目：35

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

在线出版日期：2017-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：2417-2425