高温环境下土的导热系数研究

土的导热系数是正确评价土壤热特性的一个重要指标,研究高温环境下土的导热系数的变化规律及预测模型,对预测土在高温环境下的导热能力有重要意义。笔者总结了土的含水量、干密度、矿物成分、构造以及环境温度等因素对土的导热系数的影响;试验研究了105 ℃、150 ℃和200 ℃高温环境下恒温4 h土的导热情况,结果表明,在高温环境下温度对土的导热系数影响显著,湿土和干土的导热系数均随温度升高而增大。基于已有的土的导热系数模型,建立了一个新的导热系数预测模型,该预测模型能对土在高温环境下全饱和度范围内的导热系数进行预测。     

高温后上海软黏土的土-水特性及微观机理试验研究

土-水特征曲线(SWCC)是揭示非饱和土性状的主要本构关系,但对于100℃以上高温环境下软黏土的土-水特性研究很少。针对上海软黏土的常温(20℃)土样和105℃,150℃和200℃等高温加热4 h后的土样,采用气相法研究了高温作用后上海软黏土的土-水特征曲线随温度的变化,同时,通过扫描电镜(SEM)试验研究了高温后软黏土的土-水特性随温度变化的微观机理。试验结果表明100℃以上高温环境下上海软黏土的土-水特征曲线随温度升高呈逐渐下降趋势,说明随温度升高软黏土的持水能力下降,吸力降低,进气值减小。分析各温度下土样的SEM图像发现,土的总孔隙数量减少,但少量孔隙的孔径增大,从微观特征上说明了土-水特性随温度升高的变化趋势和变化机理。说明,孔隙数量和孔隙结构随温度升高发生的变化是导致软黏土的土-水特性随温度升高而变化的根本原因。     

人工冻融黏土导热系数试验研究

基于TC3000型热线法导热系数测试原理,研制了人工冻土导热系数测试系统,该系统具有温度精度高、测试速度快、测试灵活等优点。对冻结地下工程岩土进行了导热系数试验研究,获得人工冻结黏土随干密度、含水率、外界环境温度变化对冻土导热系数的影响规律。试验结果表明:冻融土导热系数随干密度呈线性增加,平均增长速率为0.20~0.25 W/m·K之间;冻融土导热系数随含水率变化平均增长速率相差不超过0.03 W/m·K;温度每降低1℃,冻融土导热系数增加0.01~0.014 W/m·K。研究成果可为类似冻结工程中测试土体导热系数提出一种新的有效方法,对人工冻结温度场计算具有重要指导意义。     

武汉地区三级阶地粘性土热物理性质试验研究

研究粘性土热物理性质与温度、密度、含水量及孔隙比等参数间的关系。在武汉地铁详勘阶段,采取三级阶地粘性土原状土样26组,在不同室温下进行热物理性质试验,同时测试土样的含水量及密度。结果表明:测试温度对原状土样导热系数及比热容的影响较小;粘性土导热系数随原状土样密度的增加而增加,随孔隙比的增加而降低;比热容随原状土样含水量的增加而增加。并给出便于工程使用的导热系数及比热容计算公式。     

不同因素对浅表土导热系数影响的试验研究

土体导热系数是预测人工冻结温度场发展、冻结壁厚度的重要参数,主要取决于固体颗粒成分、含水率和土体密实程度。本文以南京地区浅表土为研究对象,开展了常温与-10 ℃冻结时含水率、干密度对淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂导热系数的影响规律研究。研究结果表明:土质、含水率、干密度对导热系数影响显著,在试验含水率与干密度范围内,导热系数随含水率、干密度增加呈近似线性规律升高;冻土导热系数大于常温土导热系数,随含水率增加冻土导热系数的增加幅度与干密度相关。     

不同热处理作用下花岗岩纵波波速和导热能力的演化规律分析

在地热能源开采过程中,温度对高温岩石的物理特性有着显著的影响,尤其是高温花岗岩遇水冷却后导热特性会发生很大的变化。为进一步研究温度和冷却方式对高温花岗岩物理特性的影响,开展高温花岗岩自然冷却和遇水冷却试验,通过对其质量、体积、密度和波速等常规物理特性以及导热特性的测试,对比分析2种冷却方式下的物理参数变化规律。结果表明：质量损失率、体积增加率、密度变化率和波速衰减率随温度的升高呈指数型增加,当温度T=450℃时,花岗岩的物理特性变化率显著增加。遇水冷却能够增大花岗岩微裂纹密度,导致其物理特性进一步变化。热处理后花岗岩的导热系数随温度(25℃～1 050℃)升高呈非线性降低,由3.41 W/(m·K)降至0.96 W/(m·K),降低了72.85%。热处理后花岗岩的导热系数与其质量损伤率、体积增加率和波速衰减率成负相关,可以用指数函数来表示。对比各物理参数的改性系数发现,在敏感性方面：纵波波速>导热系数>密度,因此纵波波速可以优先作为衡量花岗岩热损伤的指标参数。     

淤泥质黏土火灾高温下导热系数的试验研究

对火灾高温下隧道衬砌结构周围饱和软黏土的热传导特性进行了试验研究,旨在进一步探讨作用于隧道结构上的荷载变化,以便准确评价其安全状态.采用热探针程序法(美国材料与试验协会(ASTM)确定土体和软岩导热系数的标准方法),应用自行研制的高温土体导热系数测定仪测定了上海淤泥质黏土在高温下的导热系数.试验分别测定了不同温度及不同含水率条件下土样的导热系数,并以KD2导热系数测定仪作为校准仪器对试验结果进行了校正.试验结果表明导热系数随着温度的升高而增大,且其增大的速率随温度的增加而减小,特别是对含有机质的淤泥质黏土因有机质的高温分解而使得这种降低更加明显;此外,在不同高温下土体导热系数随含水率的增加而增大.     

土体导热系数温度效应及其预测模型

考虑环境温度变化对土体导热系数的影响,对于地下热工项目的优化设计和安全评价是必要的。利用热探针法测试了不同温度下红黏土、粉土、软土和膨润土的导热系数,分析了土体导热系数的温度效应及其影响因素,建立了考虑导热系数温度效应的加权几何平均模型,并与传统的预测模型进行对比分析。试验结果表明：土体导热系数随温度的增加而增大,其温度效应随干密度的增大而减小,温度对非饱和土体导热系数的影响较大,对于干燥和饱和土体导热系数的影响较微弱。温度对土体导热系数的影响可能取决于水汽潜热传输作用的变化,土中可提供潜热传输的水分和水汽运移通道越多,土体导热系数的温度效应越显著。模型计算结果表明,提出的加权几何平均模型预测性能良好,且较好预测了含水率和干密度对土体导热系数温度效应的影响,而Tarnawski模型、Gori模型、Leong模型预测精度均低于加权几何平均模型。     

重塑粘质黄土冻胀敏感性试验分析

以沈哈高速铁路沿线具有代表性的粘质黄土为研究对象,在室内冻胀试验条件下,研究了非饱和含水量、冷端温度、冻结速率、补水条件以及冻融循环对土体冻胀特性的影响。试验表明,在封闭系统下,非饱和土体冻胀系数随含水量增大而增大,且最终趋于一个稳定数值;封闭系统下,随着冷端温度的降低,含水量较大土样的冻胀系数逐渐减小,含水量较小土样的冻胀系数逐渐增大;开放系统下,土样冻胀系数随冻结速率的减小逐渐增大,且增幅越来越大;外界补水条件下,土体冻胀量增加显著,但随含水量的增大,其影响逐渐减弱;干密度较小土样的冻胀总变形随冻融循环次数的增加呈指数递减的趋势,干密度较大土样则呈指数增加的趋势。     

改性材料对生土砌块湿热性能的影响

采用动态试验法和稳态平板法,研究了改性材料对生土砌块吸湿性能和导热系数的影响.结果表明:生土砌块的初始吸湿率、平衡含湿量和60 h吸湿率均随着相对湿度的增加而增加;当相对湿度为40％和60％时,复合改性生土砌块的平衡含湿量均大于石灰改性和水泥改性生土砌块;生土砌块的导热系数随着平衡含湿量的增加而增加;石灰改性和复合改性生土砌块的平衡含湿量、导热系数和干密度随着石灰掺量和纤维掺量的增加而降低;水泥改性生土砌块平衡含湿量随着水泥掺量的增加而降低,与导热系数和干密度的变化趋势相反.     

上海第④层淤泥质粉质粘土的热传导特性

地层土体的热传导特性是开展地铁隧道周围土体温度场分析的关键参数。本文采用基于热探针法的KD2热传导仪,对上海地区地铁隧道经常穿越的第④层淤泥质粉质粘土的热传导特性进行了试验测试,分析了热导率与孔隙比的相关性,并应用若干现有经验公式对上述热传导试验数据进行了拟合,以检验各公式的适用性。结果表明:淤泥质粉质粘土的孔隙比越大,其热导率越小,上海第④层淤泥质粉质粘土的热导率变化范围在0.98~1.25 Wm^-1K^-1之间,使用Woodside公式能较好地拟合淤泥质粉质粘土的导热系数。     

Evaluating the effect of soil structure on the ground response during shield tunnelling in Shanghai soft clay

When evaluating tunnel-induced ground response in Shanghai soft clay, the soil structure and its degradation behaviour of natural Shanghai soft clay during shield tunnelling should be properly considered. In this paper, a constitutive model that considers the initial soil structure and its destructuration is formulated within the framework of critical-state soil mechanics. The model is successfully calibrated and used to simulate the undrained behaviour of natural Shanghai soft clay. Based on the proposed model, finite-element analyses are conducted to simulate the short- and long-term ground responses induced by tunnelling at Shanghai metro line 2. The comparisons between numerical results and field measurements reported in literature indicate that the soil structure and the tunnel-induced destructuration significantly affects the magnitude and shape of the short-term surface settlement trough and horizontal displacement in Shanghai soft clay. The pore pressure variations around the tunnel are also affected by soil structure, which will significantly influence the long-term ground consolidation settlement in Shanghai soft clay.     

Innovative thermal technique for enhancing the performance of prefabricated vertical drain during the preloading process

This paper examines the effect of raising the temperature of soft Bangkok clay, up to 90 °C, on the performance of the prefabricated vertical drain (PVD) during the preloading process. The effect of temperature on the engineering behavior of soft Bangkok clay was first investigated using a modified triaxial test apparatus and flexible wall permeameter which can handle temperatures up to 100 °C. The results of the triaxial tests on clay specimens demonstrate that raising the soil temperature increases its shear strength, under drained heating condition, as well as its hydraulic conductivity. In addition, large oedometer tests were performed to investigate the performance of PVD at elevated temperatures. The response of the soil sample with PVD for the thermal consolidation path which involved increasing the soil temperature at constant vertical effective stress condition and the thermo-mechanical path which involved increasing simultaneously both the soil temperature and the vertical effective stress were investigated. The consequent results indicated that the thermo-mechanical path shows promising results regarding the consolidation rate. For both reconstituted and undisturbed specimens, higher consolidation rate was observed for the soil specimen with PVD loaded under elevated temperature. This behavior can be attributed to the increase in the soil hydraulic conductivity as the soil temperature increases. Therefore, raising the soil temperature during the preloading period can enhance the performance of the PVD, particularly, by reducing the drainage retardation effects due to the smear zone around PVD.     

桩基沉降的时效分析

本文对桩采用弹性本构模型 ,而对桩土接触面及土采用弹粘塑性本构关系 ,研制了三维弹粘塑性有限元程序。利用该程序对受荷单桩基础进行计算 ,分析总结了桩基沉降、应力随时间变化的规律     

广西红黏土热物理特性及影响因素试验研究

结合矿物组成分析,通过室内试验对广西4种红黏土的热物理特性从土质学角度进行了深入研究,探讨了红黏土的热特性参数与各影响因素之间的关系。研究结果表明:当土体干密度保持不变,红黏土的热导率、比热容随体积含水率的增加而线性递增;热导率变化曲线存在临界含水率点,土体含水率低于该点时,热导率呈线性急剧增加,反之,热导率增长缓慢,趋于稳定;热扩散率以临界含水率点为界,先随含水率的增大而递增,到达临界含水率后随含水率的增加而递减,整体呈抛物线的变化趋势;当土体含水率保持不变,红黏土的热导率、比热容、热扩散率均随干密度的增加而线性递增;红黏土矿物成分中的石英含量对土体的热导率具有显著影响,石英含量与热导率的增长速率呈正相关的关系。     

不同矿物成分下土样脱附曲线试验研究

精确测定土样含水率的数值对于研究高吸力时非饱和土的土水特性尤为重要。目前国内外现有土工规范在测定土样含水率时均设定恒温箱温度为110℃,鲜少有文献对该温度设定的合理性进行研究。利用同步热分析仪对高庙子膨润土、高岭土、台州滨海软黏土等7种不同类型的黏土进行了微商热重法分析（DTG）和热重分析（T-G）,同时对这7种黏土,用X射线衍射仪（XRD）测试了其矿物成分。试验结果显示随着土样中含蒙脱石矿物质量百分数的增加,其失去吸附水的温度越高;而当土样中不含蒙脱石矿物成分,土样的失去吸附水的温度比较低。认为对于蒙脱石含量较高的土样,测定含水率时,应将烘箱的温度由110℃提高150℃。