土体一维冻结问题温度场半解析解  

Semi-analytical solution for temperature field of one-dimensional soil freezing problem

作　　者：周扬[1] 周国庆[2] 

机构地区：[1]中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221008 [2]中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州221116

出　　处：《岩土力学》2011年第S1期309-313,共5页Rock and Soil Mechanics

基　　金：国家自然科学基金重点项目(No.50534040);国家自然科学基金面上项目(No.40471021);国家科技计划重点项目(No.2006BAB16B01);中国矿业大学青年科研基金(No.2009A007)

摘　　要：针对土体的一维冻结过程,采用考虑土体冻结状态下未冻水存在的等效热容模型,建立了其温度场计算的半解析方法,并与相关文献中的数值解进行了对比,验证了方法的正确性。对等效热容模型与显热容模型进行了对比,计算结果表明:在瞬态阶段,显热容模型计算的冻结锋面推进速度较等效热容模型慢;而在接近稳态阶段,显热容模型计算的冻土区厚度较等效热容模型厚。在冻结诱导水流较弱的情形下,土体冻结状态下的持水特性越好,采用显热容模型进行温度场计算产生的误差越显著,并且其计算结果应用于人工冻结设计是偏于不安全的。针对土体的一维冻结过程,采用考虑土体冻结状态下未冻水存在的等效热容模型,建立了其温度场计算的半解析方法,并与相关文献中的数值解进行了对比,验证了方法的正确性。对等效热容模型与显热容模型进行了对比,计算结果表明:在瞬态阶段,显热容模型计算的冻结锋面推进速度较等效热容模型慢;而在接近稳态阶段,显热容模型计算的冻土区厚度较等效热容模型厚。在冻结诱导水流较弱的情形下,土体冻结状态下的持水特性越好,采用显热容模型进行温度场计算产生的误差越显著,并且其计算结果应用于人工冻结设计是偏于不安全的。

关 键 词：土壤冻结 温度场 半解析解 等效热容模型 显热容模型 未冻水 

分 类 号：P634.1[天文地球—地质矿产勘探] TU45[天文地球—地质学]