›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (S1): 333-340.doi: 10.16285/j.rsm.2018.0640

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

冻融模型相似性分析及试验验证

汪恩良1，姜海强1, 2, 3，韩红卫1，解 飞1，崔恩彤1   

  1. 1. 东北农业大学 水利与土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2. 华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510641； 3. 华南理工大学 华南岩土工程研究院，广东 广州 510641
  • 收稿日期:2018-04-15 出版日期:2018-07-20 发布日期:2018-09-02
  • 通讯作者: 韩红卫，男，1984年生，博士，讲师，主要从事冰力学及冰工程研究。E-mail：hhw777@sina.com E-mail:HLJWEL@126.com
  • 作者简介:汪恩良，男，1971年生，博士，教授，主要从事冻土工程及水工建筑物冻害防治技术研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金（No. 51541901）；黑龙江省博士后科研启动项目（No. LBH-Q17011）；中央引导地方科技发展专项（No. ZY18A02）

Similarity analysis and experiment verification of freeze-thaw model

WANG En-liang1, JIANG Hai-qiang1, 2, 3, HAN Hong-wei1, XIE Fei1, CUI En-tong1   

  1. 1. School of Water Conservancy and Civil Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030, China; 2. School of Civil and Traffic Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510641, China; 3. South China Institute of Geotechnical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510641, China
  • Received:2018-04-15 Online:2018-07-20 Published:2018-09-02
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51541901), Heilongjiang Postdoctoral Research Project(LBH-Q17011), and The Central Government Guides Local Special Projects for the Development of Science and Technology(ZY18A02).

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摘要： 为提高冻融模型与原型的相似程度，提出冻结指数相似比和实验室修正系数的概念及计算方法。以哈尔滨地区黄土为试验材料，将该地区2010–2012年3年日平均气温进行线性简化，基于含相变热传导的微分方程基础上，采用相似理论，在几何、温度和时间比尺约束下对密度为1.60 g/cm3、含水率为20 %的试样进行冻融循环模型试验，确定实验室修正系数K值为1.13，得到冻结指数相似比CI为1:102.5。对冻融阶段温控历时进行优化，进行冻融循环模型试验。通过对比可知，优化后模型的最大冻深值为21.33 cm，与模型预定值20 cm相差仅6.5 %；优化后冻融模型弥补了太阳辐射对冻深的影响，一个冻融周期由108.14 h减少为84.53 h。以实验室修正系数K和冻结指数相似比CI优化冻融过程的各温控阶段历时合理，显著提高了冻融模型的最大冻深和冻融过程在几何比尺和时间比尺上的相似度。

关键词: 冻融, 模拟试验, 冻结指数相似比, 实验室修正系数

Abstract: In order to improve the similarity between freeze-thaw model and the prototype, the concept and calculation method of similarity ratio of freezing index and laboratory correction coefficient are put forward. The loess in Harbin is taken as the experimental material; and the average temperature of this area between the year of 2010 and the year of 2012 is linearly simplified. Based on the differential equation with the heat conduction with phase transition, a freeze-thaw cycle model test is carried out for a specimen with a density of 1.60 g/cm3 and a moisture content of 20 % under the constraint of geometry, temperature and time scale by using the similarity theory. The K value of the laboratory correction coefficient is determined as 1.13 and the similarity ratio of the freezing index CI is determined as 1:102.5 so that another freeze-thaw experiment is conducted after an optimization of the temperature control time in the freeze-thaw stage. By comparison, the maximum frozen depth value of the optimized model is 21.33 cm, which is close to the predetermined model value 20 cm and the difference is 6.65 %; and the optimized freeze-thaw period is reduced from 108.14 h to 84.53 h. Therefore, it is reasonable to optimize the duration time of temperature controlled at different temperature controlling stage by using laboratory correction coefficient K and freezing index similarity ratio CI in freezing-thawing model. The ensured that the freeze depth are more similarity to prototype in the geometrical scale and time scale; at the same time reduced the duration time of a freeze-thaw cycle significantly.

Key words: freeze-thaw, simulation test, freezing index similarity ratio, laboratory correction factor

中图分类号: 

  • TU444

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