非饱和冻土气态水迁移与相变机理研究

基本信息
批准号:51878665
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:滕继东
学科分类:
依托单位:中南大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:肖武权,徐方,贺佐跃,刘建龙,单锋,寇璟媛,颜瀚,张训
关键词:
水热耦合非饱和土冻土路基气态水迁移
结项摘要

It is reported that vapor transfer and phase change can lead to damage to infrastructures in cold and arid regions. But its mechanism has been less understood, which is regarded as an interdisciplinary research between unsaturated soil mechanics and frozen soil mechanics. In this program, pore structure of unsaturated soils during freezing will be investigated at the beginning, in order to clarify its hydraulic properties by setting up the relations among soil freezing characteristic curve, vapor (liquid water) permeability and pore structure. The governing variable and influential factors for vapor transfer then will be studied on basis of a series of laboratory tests. A model for describing vapor-ice desublimation process will be proposed, aiming to reveal the driving effect of vapor-ice desublimation on vapor transfer. Finally, a new theory for liquid water-vapor-heat coupling movement in unsaturated freezing soils will be established, which can take the full process of phase changes of water into account. The theory is going to demonstrate the causes and development of the reported infrastructures damage in cold regions. The outcome of this research would benefit some disciplines in handling with vapor transfer, meanwhile, it can provide valuable references to the construction and the safety operation of projects in cold regions.

气态水在非饱和冻土内的迁移与相变是寒旱区许多工程构筑物灾变的重要诱因,其机理涉及冻土力学与非饱和土力学的交叉研究,相关研究较少。本项目首先从微细观尺度入手,探究非饱和土的孔隙结构随冻结过程的变化,并以此建立孔隙特征与冻结特征曲线和透气(透水)的关系,阐明非饱和冻土这一特定材料的渗透特性;其次,基于微细观测试技术,阐释气态水在非饱和冻土内迁移的主控变量和影响因素,探究气-冰凝华相变的微观机制,建立相变数学模型,并揭示凝华相变对气态水迁移的驱动作用;最后,建立考虑全相变过程的非饱和冻土水热气耦合迁移理论,实现数值解析,并应用于揭示寒旱区工程灾变的产生条件和发生发展规律,提出防灾减灾的策略。研究成果可为寒旱区工程建设提供理论依据,促进各学科在水热耦合领域的交叉与融合,具有重要的理论价值和实际意义。

项目摘要

气态水在非饱和冻土内的迁移与相变是寒旱区许多工程构筑物灾变的重要诱因,其机理涉及冻士力学与非饱和土力学的交叉研究,相关研究较少。本项目首先从微细观尺度入手,基于核磁共振岩土微结构测试试验,对非饱和冻土孔隙结构与透水、透气特性进行研究,阐明了冻结过程非饱和土孔隙结构的变化规律,揭示了非饱和冻土水-冰相变机理,并以此为基础提出一个新的饱和冻土SFCC模型和渗透系数模型;其次,基于自主研发的非饱和冻土水气迁移试验,对非饱和冻土气态水迁移与相变规律进行研究,建立相变数学模型,揭示非饱和冻土气-冰相变机制及其对气态水迁移的驱动作用,并得出粗粒土体中气态水诱导冰透镜萌生的新判据;最后基于水膜理论提出了冻土未冻水膜压力作为冰透镜体生成的判据,并重新对水分迁移驱动作用进行描述,建立了以温度、土体孔隙比为变量的全耦合模型,通过考虑已冻区冰基质的影响,推导了涵盖原位冻胀与冰分凝两部分的冻胀量计算公式,完成了全相变过程的非饱和冻土水-热-气耦合迁移模型及数值实现。研究成果可为寒旱区工程建设提供理论依据,促进各学科在水热耦合领域的交叉与融合,具有重要的理论价值和实际意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
4

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021
5

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
发表时间:2019

滕继东的其他基金

批准号:51508578
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

非饱和路基冻土的土水特征及温湿动态响应

批准号:51809199
批准年份:2018
负责人:韩仲
学科分类:E0905
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
2

冻土冻涨的数学模型与非平衡相变问题

批准号:19871077
批准年份:1998
负责人:管志成
学科分类:A0306
资助金额:6.50
项目类别:面上项目
3

考虑温度与相变效应的冻土热力学本构模型研究

批准号:41301072
批准年份:2013
负责人:徐湘田
学科分类:D0106
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
4

近相变区融冻土物理力学特性研究

批准号:41023003
批准年份:2010
负责人:马巍
学科分类:D0103
资助金额:200.00
项目类别:专项基金项目