温度梯度作用下非饱和硫酸盐渍土水盐迁移及其变形特性研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuzhi1979
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
盐渍土广泛分布在中国西部的干旱和半干旱地区,其内部多物理场之间的相互作用是该区地质环境系统灾变的主要因素,引发了如土体盐渍化、荒漠化等一系列的环境问题,严重危害了大多数植被的生长。同时,由于地质环境与工程建设的回馈效应,导致了工程病害(如盐胀引起的力学响应,溶蚀引起的变形和稳定性问题)频发。在改善上述盐渍土的环境问题及工程病害问题之前,有必要就盐渍土水盐迁移过程及其变形特性进行研究分析。鉴于此,针对盐渍土在温度梯度作用下的水、盐迁移机理和变形机制进行了较为深入的研究,主要的内容及结论包括以下几个方面:(1)盐渍土水盐迁移过程涉及到复杂的多场耦合行为。基于多孔介质理论以及连续介质力学原理,建立了描述温度梯度作用下非饱和盐渍土水–热–盐–气–力多场全耦合理论模型。该模型从固、液、气三相系统的质量、能量和动量三大守恒定律出发,在传统耦合模型的基础上考虑了孔隙率演化、盐分的解吸–吸附效应、热渗透作用以及盐分对孔隙水体相变过程的阻滞作用对上述多场耦合过程影响。(2)通过选取孔隙率、孔隙水压力、孔隙气压力、温度、含盐量和位移等基本未知量,并利用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件分别对常温度梯度和变温度梯度作用下的多场耦合过程进行了数值模拟。通过已有的模型计算结果、实验数据以及室内试验的实测结果对理论模型及模拟结果加以验证。结果表明,该模型可以较好地揭示非饱和盐渍土在温度梯度作用下的水、盐迁移机制和变形机理;非饱和盐渍土的传热传质过程涉及到包括温度场、水分场、气体场、盐分场、力场等多场在内的强耦合作用,各场相互依存,彼此牵制,导致热质迁移在空间上的不均匀分布。(3)在验证理论模型合理性的基础上,本文进一步分析讨论了盐分的吸附效应、热渗透作用对上述多场耦合过程影响。分析结果表明:吸附作用使土壤的微观孔隙结构发生变化,影响传热传质过程及其变形特性,并且吸附作用对温度场的影响远大于对其他场的影响;热渗透作用对热传导、孔隙流体的对流、盐分的解吸-吸附等迁移等过程的影响较大,而对孔隙水的相变、水蒸气及盐分的扩散过程影响较小;热渗透作用通过影响热-力、水-力、气-力等响应过程,引起土体变形速率和变形数值的变化,进一步影响土体的微观孔隙结构。(4)基于Pitzer离子理论模型分析了盐分对孔隙水体相变过程的阻滞作用。其结果表明,土体中的盐分可以阻滞孔隙水体的相变过程,并减弱盐渍化区域的第一类“锅盖效应”,从而降低水蒸气压力。
其他文献
张弦结构体系因其自身优势,广泛应用于各类大型公共建筑、农业灌溉、建筑装修、结构加固等领域。因为预应力的引入,结构在承受外荷载之前即发生较大的几何非线性变形,导致结构整体性能发生较大的变化,在选形设计时难以进行整体优化。结构整体方案初步选定后,索撑节点作为结构细部设计中的重点,需要对其性能进行分析,并根据具体工程选择适宜的节点类型。索撑节点的作用是将拉索荷载有效传递给撑杆,但在结构张拉过程中节点处不
边坡的稳定性研究是岩土工程界中的一个重要的课题,边坡自身所处的大地环境、地质构造、岩土体性质、地震力和地下水等多方面因素都与边坡的稳定性有关。我国西部大部分地区处于强震区,地震活动强度大、频度高,有些山区还有大量的降雨或地下水存在,这样的环境条件不可避免地存在大量与地震力、地下水作用有关的边坡工程问题。因此,研究地下水渗流和地震作用下边坡稳定性具有重要意义。本文首先简要介绍了边坡稳定性影响因素、边
锚杆(索)具有结构简单、易于施工、适用范围广等优点,在巷道、基坑、边坡等领域大量应用,但也有着污染地下空间、一次性使用等缺点,因此国内外研发了可回收锚杆(索)技术,可回收锚杆(索)在国内发展已有十余年的时间,种类较多但实际工程应用较少,多数用于科研试验,主要原因在于施工工艺较复杂、相关支护理论缺乏及成本较高。本文从试验、理论研究和数值模拟三个方面对可回收锚杆(索)的工作性能、加固机理和适用性能进行
传统的抗震结构通常是利用结构的塑性变形来消耗地震能量的,但是,结构在经历强震后,会有较大的非弹性变形,存在较大的残余位移,造成结构在震后修复难度大或者结构在震后无法继续正常使用的现象。虽然,将耗能减震装置应用于建筑结构中可以在一定程度上减轻震害,保护主体结构,但是,震后装置残余位移过大,不便于修复、更换装置的问题依旧存在。新近提出的“可恢复性功能结构”为研究和发展建筑结构的抗震方法提供了新思路,自
钢结构建筑在强震作用下会产生累积损伤从而引发超低周疲劳破坏,梁柱节点是疲劳破坏的高发区。由于钢结构的大量普及和快速发展,许多罕遇地震多发地带建立起了相当数量的钢结构建筑,因此针对钢结构建筑的安全性优化和破坏机理研究在这个时代变得尤为重要。大量研究表明,基于微观机理的断裂力学方法可适用于没有明显缺陷的大变形引起的梁柱节点超低周疲劳破坏预测,包括适用于单调荷载条件下的空穴增长模型(VGM)与应力修正临
撞击荷载作为一种偶然荷载,在建筑物或构筑物的正常使用阶段时有发生,例如恐怖袭击使大型公共枢纽建筑关键受力部位遭受车辆撞击,泥石流等自然灾害发生时滚石对桥墩的撞击,船只对桥墩的撞击等。构件在遭受侧向撞击荷载的过程中往往同时承受轴向的持续荷载,因此钢管混凝土构件在长期荷载作用下遭受侧向撞击荷载的工况时有发生。钢管混凝土构件在长期荷载作用下,核心混凝土发生收缩、徐变以及刚度退化,可能导致外钢管局部应力过
隔震结构中的设备通常浮放在结构中。一旦发生地震,即使主体结构完好,设备也会发生滑移、倾覆等破坏,造成设备功能中断,导致经济损失,甚至造成人员伤亡和次生灾害,影响到建筑物的使用功能。因此,本文针对隔震结构中的浮放设备展开研究,选取典型的柜式设备,将设备的响应分为滑移和倾覆两种,分别给出设备滑移和倾覆响应的简化计算公式,并给出设备的地震易损性曲线。主要研究内容及结论如下:(1)依据设备宽高比和设备与结
作为世界第三冻土大国,我国冻土分布面积广阔,主要分布在东北大小兴安岭、青藏高原和西部高山区。而在冻土区,土体的冻胀是引发工程构筑物大量病害主要因素之一。目前,已有土体冻胀研究主要在无荷载/位移边界约束条件下进行,与工程中土体的冻胀受到上覆荷载或相邻工程结构物限制有一定的差异。因此,为研究约束条件下土体的冻胀特征及所涉及的水热力过程,以青藏粉土为研究对象,在开放系统中开展了静力约束和刚性约束条件下土
改革开放以来,随着人民物质生活需求的不断提高,钢结构以其轻质高强的优势在建筑市场的地位逐年上升,从而大跨度空间钢结构和超大跨度建筑物得到了广大建筑师的亲睐。大跨度钢结构以其独特的空间大优势、优美的外部造型和优异的受力性能,被充分地应用于各种公共建筑以及个别民用建筑中。由于其特殊性,如果结构在安装过程中发生坍塌破坏,将会造成难以衡量的经济损失,同时很可能会造成大量人员伤亡,因此对结构安装过程进行有限
劈裂注浆桩复合地基由桩体-支脉-土体三者组成,由此三者组成的劈裂注浆桩复合地基通过桩与土、桩与桩之间的联动效应共同承担荷载,显著提高了地基承载力。其施工简单、造价低廉,作为黄土地区低层建筑物的复合地基有着显著优势。但是目前黄土地区劈裂注浆桩复合地基承载特性研究还不够成熟,其荷载传递机理不明确。基于此,论文以黄土地区劈裂注浆桩复合地基为研究对象,采用室内土工试验、理论分析及现场试验相结合的方法,开展