岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (9): 2913-2921.doi: 10.16285/j.rsm.2019.1982

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑土体孔隙比和比表面积影响的未冻 结体积含水率曲线模型

张继文1, 2, 3，穆青翼1，廖红建1，刘芬良1   

  1. 1. 西安交通大学 土木工程系，陕西 西安 710049；2. 机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043； 3. 陕西省特殊岩土性质与处理重点实验室，陕西 西安 710043
  • 收稿日期:2019-11-25 修回日期:2020-03-23 出版日期:2020-09-11 发布日期:2020-10-21
  • 通讯作者: 穆青翼，男，1988年生，博士，讲师，主要从事非饱和土力学和环境岩土工程方面的研究工作。E-mail: qingyimu@mail.xjtu.edu.cn
  • 作者简介:张继文，男，1973年生，博士，教授级高工，主要从事黄土力学、岩土工程监测技术研究与实践工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（No.51909205，No.51879212，No.41630639）；陕西省科技统筹创新工程项目（No.2016KTZDSF03-02）；CMEC 2017科技研发基金项目（No.CMEC-KJYF-2017-05）

A soil freezing characteristic curve model for capturing void ratio and specific surface area effects

ZHANG Ji-wen1, 2, 3, MU Qing-yi1, LIAO Hong-jian1, LIU Fen-liang1   

  1. 1. Department of Civil Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, Shaanxi 710049, China; 2. China Jikan Research Institute of Engineering Investigations and Design, Co. Ltd., Xi’an, Shaanxi 710043, China; 3. Shaanxi Key Laboratory for the Property and Treatment of Special Soil and Rock, Xi’an, Shaanxi, 710043, China
  • Received:2019-11-25 Revised:2020-03-23 Online:2020-09-11 Published:2020-10-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51909205, 51879212, 41630639), the Science and Technology Co-ordination and Innovation Project of Shaanxi Province in China(2016KTZDSF03-02) and the CMEC 2017 Science and Technology Research and Development Fund Project(CMEC-KJYF-2017-05).

PDF (Chinese)

194

摘要： 土体未冻结含水率曲线模型描述温度和未冻结含水率之间的关系，该模型对计算冻土强度、变形以及水热迁移具有重要意义。考虑孔隙水毛细和吸附作用，提出了一个新的土体未冻结体积含水率曲线模型。该模型假设在较高温度下（0～?2 ℃），毛细作用支配土体中孔隙水冻结，该过程中毛细水冻结受孔隙比影响。另一方面，在较低温度下（<?2 ℃），吸附作用在孔隙水冻结中起主导作用，该过程中吸附水冻结受比表面积影响。结合文献中已有土体未冻结体积含水率曲线的测试数据（包括不同土体孔隙比、比表面积以及广温度范围），对模型进行验证。同时将所提模型与文献中3种常见模型计算结果进行对比，讨论新模型的优越性。结果发现，只有新提出的模型可只用一套参数计算不同土体孔隙比的未冻结体积含水率曲线。此外，针对土体在广温度范围条件下的未冻结体积含水率曲线，新提出模型比已有模型有更好的计算结果。

关键词: 冻土, 未冻结含水率, 孔隙比, 比表面积

Abstract: Soil freezing characteristic curve (SFCC) defines the relationship between temperature and unfrozen water content. SFCC plays an important role in estimating strength and deformation behavior of frozen soil as well as heat-water transfer in frozen soil. In this work, a new model for SFCC is proposed by explicitly considering capillarity and adsorption. The freezing of pore water is assumed to be dominated by capillarity (i.e., 0～?2 ℃) and adsorption (i.e., <?2 ℃) at high and low temperatures, respectively. The capillarity and adsorption are controlled by soil void ratio and specific surface area, respectively. Extensive experimental data found in the literature (i.e., SFCC with different void ratios; SFCC at wide temperature range; SFCC with different soil specific surface areas) are used to validate the newly proposed model. Three existing models are also adopted to compute the experimental data. Comparisons of the computed results show that only the newly proposed model can capture the void ratio dependent SFCC with one series of parameter. On the other hand, the newly proposed model performs better in computing SFCC at a wide temperature range and those SFCCs with high specific surface areas than those existing models.

Key words: frozen soil, unfrozen water content, void ratio, specific surface area

中图分类号: 

  • TU 411
[1] 张 泽, 马 巍, ROMAN Lidia, MELNIKOV Andrey, 杨 希, 李宏璧. 基于冻融次数−物理时间比拟理论的冻土 长期强度预测方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 86-92.
[2] 杨高升, 白冰, 姚晓亮, 陈佩佩, . 非饱和冻土水汽迁移与相变过程的 光滑粒子法模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 291-300.
[3] 秦爱芳, 胡宏亮. 碱性溶液饱和高庙子钙基膨润土膨胀特性及预测[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 123-131.
[4] 王涛, 刘斯宏, 宋迎俊, 孔维民, . 基于骨架孔隙比的土石混合料强度变形特性[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2973-2983.
[5] 房营光, 陈建, 谷任国, 巴凌真, 舒浩恺, . 基于有效比表面积修正的Kozeny-Carman方程 在黏土渗透中的适用性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2547-2554.
[6] 李昆鹏, 赵晓彦, 肖 典, 李 晋. 酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2693-2702.
[7] 梁珂, 陈国兴, 杭天柱, 刘抗, 何杨, . 砂类土最大动剪切模量的新预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1963-1970.
[8] 张明礼, 温智, 董建华, 王得楷, 岳国栋, 王斌, 高樯. 考虑降雨作用的多年冻土区不同地表土质 活动层水热过程差异分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1549-1559.
[9] 陈琼, 崔德山, 王菁莪, 刘清秉. 不同固结状态下黄土坡滑坡滑 带土的蠕变试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1635-1642.
[10] 胡田飞, 王天亮, 常键, 刘建勇, 卢玉婷, . 基于有限体积法的冻土水热耦合程序开发及验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1781-1789.
[11] 杨高升, 白冰, 姚晓亮, . 高含冰量冻土路基融化固结规律研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1010-1018.
[12] 彭家奕, 张家发, 沈振中, 叶加兵, . 颗粒形状对粗粒土孔隙特征和渗透性的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 592-600.
[13] 周智超, 王淼, 孟上九, 孙义强, . 低温影响下FBG永久变形计算方法研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(12): 4005-4014.
[14] 吴琪, 刘抗, 郭启洲, 赵凯, 陈国兴, . 基于二元介质模型的砂类土 小应变剪切模量评价方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3641-3650.
[15] 唐丽云, 王鑫, 邱培勇, 金龙, . 冻土区土石混合体冻融交界面剪切性能研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3225-3235.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 张力霆，齐清兰，魏静，霍倩，周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[2] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[3] 易 俊，姜永东，鲜学福，罗 云，张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[4] 楚锡华，徐远杰. 基于形状改变比能对M-C准则与 D-P系列准则匹配关系的研究[J]. , 2009, 30(10): 2985 -2990 .
[5] 张明义，刘俊伟，于秀霞. 饱和软黏土地基静压管桩承载力时间效应试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3005 -3008 .
[6] 荣 冠，王思敬，王恩志，刘顺桂. 白鹤滩河谷演化模拟及P2β3玄武岩级别评估[J]. , 2009, 30(10): 3013 -3019 .
[7] 康厚荣, ，雷明堂，张谢东，赵杰华. 贵州省公路工程岩溶环境区划[J]. , 2009, 30(10): 3032 -3036 .
[8] 刘振平，贺怀建，李 强，朱发华. 基于Python的三维建模可视化系统的研究[J]. , 2009, 30(10): 3037 -3042 .
[9] 吴 亮，钟冬望，卢文波. 空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析[J]. , 2009, 30(10): 3109 -3114 .
[10] 周晓杰，介玉新，李广信1. 基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟[J]. , 2009, 30(10): 3154 -3158 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发