›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (4): 1236-1244.doi: 10.16285/j.rsm.2016.1099

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

冻土离心模型试验相似准则分析

张 晨1,蔡正银1, 2,徐光明1,黄英豪1   

  1. 1. 南京水利科学研究院 岩土工程研究所,江苏 南京 210029;2. 河南工业大学 土木建筑学院,河南 郑州 450001
  • 收稿日期:2016-05-16 出版日期:2018-04-11 发布日期:2018-06-06
  • 作者简介:张晨,男,1988年生,博士,主要从事土工模型试验方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家重点研发计划(No. 2017YFC0405100);水利部技术示范项目(No. SF-201704);自然科学基金项目(No. 51709185);中央公益性科研院所基本科研专项(No. Y316023)。

Dimensional analysis of centrifugal modeling of frozen soil

ZHANG Chen1, CAI Zheng-yin1 ,2, XU Guang-ming1, HUANG Ying-hao1   

  1. 1. Geotechnical Engineering Department, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing, Jiangsu 210029, China; 2. College of Civil Engineering and Architecture, Henan University of Technology, Zhengzhou, Henan 450001, China
  • Received:2016-05-16 Online:2018-04-11 Published:2018-06-06
  • Supported by:

    This work was supported by the National Key Research and Development Program (2017YFC0405100), the Technical Demonstration Project of China Ministry of Water Resource(SF-201704), the National Natural Science Foundation of China (51709185) and the Fundamental Research Funds for Central Institutes of China (Y316023).

摘要: 在研究土壤冻融问题时,土工离心模型试验在时间效应和应力全等型模拟方面更具优势。然而,目前关于冻土离心模型试验的研究成果较少,其中的相似准则也不够完善。针对这一现状,在充分考虑土体的水-热-力耦合作用过程的基础上,采用Butterfield量纲分析法确定了控制饱和土冻融变形性状的无量纲项,建立了冻土离心模型试验中孔隙压力、热扩散、未冻水迁移、融土固结以及冻融变形的相似准则。分析结果表明,冻土离心模型试验中未冻水迁移、融土固结及热扩散效应的非稳态时间具有统一的比尺,即离心模型是原型的1/N2倍,而未冻水迁移流速的比尺为离心模型是原型的N倍。此外,利用冻土离心模拟装置完成了一则对渠道基土冻融作用的离心模拟。

关键词: 寒区工程, 冻土, 离心模型试验, 量纲分析

Abstract: Compared with the traditional physical model test, centrifugal test can simulate the long term process of soil freezing with full-scale stress in a short time. However, there are few researches on the centrifuge modeling of cold regions engineering. At present, scaling laws and similarity conditions of thermal dynamics of freezing soil in geotechnical centrifugal modeling are still not completed, which has become an uncertain factor in quantitative analysis of frost heave by centrifugal technique. Based on hydro-thermal-mechanical interaction process in saturated freezing soil, dimensionless variables have been established by Butterfield dimensional analysis method. The scale factors of the pore pressure, thermal diffusion, pore water migration, consolidation of freezing soil in centrifugal modeling have been derived. In centrifugal test, the effect of water migration, thawing soil consolidation and heat diffusion have the unified time factor 1/N2 of the prototype model, and the scale of velocity of unfrozen water is N above the prototype model. In addition, an application of centrifugal modeling of frozen-thawing process about canals has been carried out by cold regions engineering centrifugal modelling facility.

Key words: cold regions engineering, frozen ground, centrifugal modeling test, dimensional analysis

中图分类号: 

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