一种基于热线法的横观各向同性材料导热系数的测量方法

材料的导热系数是其重要的热物理特性参数之一,高效地测量各种材料的导热系数具有较重要的实际工程意义.在工程上,有较多材料具有横观各向同性的性质.对于横观各向同性材料导热系数的测量较常用的方法为稳态热平板法.该方法通过在不同方向上对试样施加热流,在材料内部产生稳态的温度分布,通过热流与温度梯度的关系反算导热系数.稳态热平板法基于稳态传热理论,原理简单,但耗时较长,对于待测试样较多的情形,具有一定局限性.热线法基于瞬态传热理论,是一种简单快捷的材料导热系数测量方法.本文基于横观各向同性介质中的热传导理论,对热线法进行了功能拓展,建立了一种利用热线法测量横观各向同性材料导热系数的新方法.将此方法应用于自制的人工横观各向同性材料,并将测量结果与相应的稳态平板法所得结果进行了比较.比较试验结果表明:只要测量过程中实际的探针-试样系统与其对应的理想模型之间具有较高的接近度,即能保证本文方法所得结果的可靠性及可重复性.     

填埋场污染物在有限厚度土层中一维对流-扩散-吸附解析解

为避免垃圾填埋场对地下水的污染,衬垫系统的截污性能至关重要。针对卫生垃圾填埋场衬垫底部设有地下水导排层的工程要求,建立了污染物在有限厚度土层中一维对流-扩散-吸附解析模型并求解,其中模型底部采用Cauchy边界模拟渗滤液污染物透过衬垫向零浓度环境传质。算例结果表明,解析解与商用软件数值解所得浓度场分布完全吻合;参数分析表明,吸附、扩散和对流参数对击穿曲线均有较大影响,为延长击穿时间,应尽可能采用吸附性能好的土层并严格控制衬垫上的水头高度。     

考虑任意初始条件的均质土质覆盖层降雨入渗解析解

均质土质覆盖层作为填埋场与大气环境的隔离结构其主要功能是控制雨水入渗,近些年该类覆盖层在北美一些干旱和半干旱地区被证明是有效的。基于二维非饱和土渗流控制方程,采用可考虑土体进气值的指数函数描述土体的土水特征曲线和渗透系数曲线,使用单位梯度边界作为土质覆盖层的底部边界条件,推导出可考虑任意初始条件的降雨入渗移解析解。通过与前人试验结果比较与分析,证明了该解析解的有效性。对比分析了均质土质覆盖层底部分别取单位梯度边界、渗流审查边界和固定孔压边界对降雨入渗及渗漏量的影响,分析结果表明:与渗流审查边界和固定孔压边界相比,单位梯度边界更适合土质覆盖层的渗漏量计算。利用该解析解分析不同初始条件对累计渗漏量的影响,结果表明覆盖层累计渗漏量随其底部初始体积含水率的增加而增大。为土质覆盖层防渗漏性能评价提供了一种简单实用的计算方法。     

核磁共振技术在非饱和渗透特性研究中的应用

瞬时截面法因能快速地测定岩土材料的非饱和渗透系数,而在非饱和土的渗透特性研究中得到了广泛应用,该方法需要在渗流过程中及时测定非饱和土的含水率(吸力),但目前测量方法存在含水率(吸力)探头尺寸较大、探头与试样贴合不紧密以及测量时间较长等问题。针对上述问题,将核磁共振技术应用于非饱和土渗透特性的试验研究,对白色硅酸盐水泥试样实现快速、无损的探测,获得了试样不同截面处的含水率随时间的变化情况,并用瞬时截面法计算得到白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数。结果表明:白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数随吸力的变化很大,在4.61×10^-12～7.59×10^-8 m/s之间;当吸力>1 MPa时,渗透系数随吸力的降低而缓慢提升;而当吸力降至1 MPa以下时,渗透系数呈现明显的陡升,量值提高多个数量级。与传统的水分测试技术相比,核磁共振技术在非饱和土渗透试验应用中有更大的适应性。