凍融條件下根河粉質黏土熱物理特性試驗研究
發(fā)布時間：2020-12-09 07:19
凍結溫度是界定土體凍融狀態(tài)的重要指標。介電常數(shù)是時域反射（TDR）和頻域反射（FDR）技術確定土體體積含水量或未凍水含量的中間參數(shù),也是反映土體極化特性的關鍵指標。導熱系數(shù)是工程構筑物溫度場或多場耦合場計算的關鍵參數(shù)。因此對凍結溫度、介電常數(shù)和導熱系數(shù)的研究均是探究土體熱物理特性的重要內容。本文對根河粉質黏土的凍結溫度、介電常數(shù)與導熱系數(shù)進行了初步探索,主要研究內容與結論如下:（1）應用不同溫控模式下的溫度-時間曲線試驗,獲取了根河粉質黏土的凍結溫度,得到了降溫速率、探頭位置、含水率及含鹽量對凍結溫度的影響。結果表明降溫速率過大易造成溫度-時間曲線中過冷階段與恒溫階段不明顯,導致凍結溫度較難確定,但不影響其數(shù)值大小;不同位置的溫度探頭測得的自由水凍結時間有差異,同樣不影響凍結溫度的數(shù)值;凍結溫度隨著土體含水率的增大而升高;NaCl或K2SO4的摻入明顯降低了土體凍結溫度,且NaCl的影響更加顯著。（2）開展了動穩(wěn)態(tài)條件下土體介電常數(shù)試驗,對比了動穩(wěn)態(tài)條件下試驗結果的差異,提出WTT1-5方法更適用于土體介電常數(shù)的試驗與分析,得到了凍融過程、溫...
【文章來源】：內蒙古大學內蒙古自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：100 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
技術路線
內蒙古大學碩士學位論文112.2試驗材料試驗材料取自內蒙古呼倫貝爾盟根河市根滿公路沿線，該區(qū)域屬于島狀多年凍土區(qū)，土樣顆粒組成如表2.1所示，基本物理參數(shù)如表2.2所示。土樣粒徑<0.075mm的粒組占總質量的82.58%，塑性指數(shù)為12，屬于粉質黏土。根河粉質黏土的擊實曲線如圖2.1所示，最大干密度為1.83g/cm3，最優(yōu)含水率為15%。表2.1土體的粒徑組成Table2.1Particlesizedistributionofsoil粒徑尺寸(mm)>21~20.5~10.25~0.50.075~0.25<0.075質量百分比(%)00.953.374.388.7282.58表2.2土體的基本物理參數(shù)Table2.2Basicphysicalparametersofsoil物理參數(shù)比重液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)結果2.7231.4519.4512圖2.1土體的擊實曲線Fig.2.1Thecompactioncurveofsoil2.3試驗設備與步驟2.3.1凍結溫度與介電常數(shù)試驗的設備與步驟凍結溫度與介電常數(shù)試驗系統(tǒng)由溫控設備和數(shù)據(jù)采集設備兩部分構成，如圖2.2(a)所示。溫控設備為高低溫控制箱(即恒溫箱)，其可控溫度范圍為-75℃~100℃，試驗過程中可根據(jù)需
內蒙古大學碩士學位論文12求編程調制出不同溫控曲線。數(shù)據(jù)采集設備由計算機、CR3000數(shù)據(jù)采集儀、溫度探頭和5TM水分傳感器組成。圖2.2(b)為溫度探頭，圖2.2(c)為5TM水分傳感器。溫度探頭利用熱敏電阻工作，精度優(yōu)于0.05℃[111]。5TM水分傳感器產自于美國Decagon公司，規(guī)格為10cm(l)×3.2cm(w)×0.7cm(d)，探頭長度為5.2cm，介電測量頻率為70MHz，介電常數(shù)的測試范圍為1~80，測試結果在1~40范圍內精度為±1，測試結果在40~80范圍內精度為±15%[112]。兩類探頭工作原理不同，試驗過程中不會相互干擾。圖2.2試驗設備(a.數(shù)據(jù)采集儀和溫控設備；b.溫度探頭；c.5TM水分傳感器)Fig.2.2Testapparatus(a.Datatakerandtemperaturecontrolapparatusb.Temperatureprobec.5TMwatersensor)試驗模具為直徑12cm的圓柱體金屬盒。綜合考慮到各類傳感器的測試量程與工作原理，采用了如圖2.3所示的溫度探頭和5TM水分傳感器的布設位置，并通過試驗驗證了布設位置的合理性。凍結溫度與介電常數(shù)試驗按照如下步驟開展：(1)制備試樣前，先將土樣在環(huán)境溫度為110℃的烘箱內烘烤24個小時，冷卻后將其充分研磨并過2mm篩，然后將其配制成目標含水率下的松散土體，包裹保鮮膜在陰涼處靜置12個小時使土體中水分分布均勻，如圖2.4(a)所示。(2)按目標干密度將水分分布均勻的松散土體分6層裝入模具中，當土樣高度達到6.5cm左右時按圖2.3分別將溫度探頭和5TM水分傳感器插入土樣中，保證5TM水分傳感器的探頭底端與試樣底端的距離超過1cm，之后繼續(xù)將剩余土體裝入模具中并充分夯實，如圖2.4(b)所示，然后用保鮮膜將試樣整體包裹以防止試驗過程中土樣中水分的散失。制備完成的試樣如圖2.4(c)所示。(3)開啟高低溫控制箱使其按設定好的溫控曲線開始變溫，同時打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始
本文編號：2906511
【文章來源】：內蒙古大學內蒙古自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：100 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
技術路線
內蒙古大學碩士學位論文112.2試驗材料試驗材料取自內蒙古呼倫貝爾盟根河市根滿公路沿線，該區(qū)域屬于島狀多年凍土區(qū)，土樣顆粒組成如表2.1所示，基本物理參數(shù)如表2.2所示。土樣粒徑<0.075mm的粒組占總質量的82.58%，塑性指數(shù)為12，屬于粉質黏土。根河粉質黏土的擊實曲線如圖2.1所示，最大干密度為1.83g/cm3，最優(yōu)含水率為15%。表2.1土體的粒徑組成Table2.1Particlesizedistributionofsoil粒徑尺寸(mm)>21~20.5~10.25~0.50.075~0.25<0.075質量百分比(%)00.953.374.388.7282.58表2.2土體的基本物理參數(shù)Table2.2Basicphysicalparametersofsoil物理參數(shù)比重液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)結果2.7231.4519.4512圖2.1土體的擊實曲線Fig.2.1Thecompactioncurveofsoil2.3試驗設備與步驟2.3.1凍結溫度與介電常數(shù)試驗的設備與步驟凍結溫度與介電常數(shù)試驗系統(tǒng)由溫控設備和數(shù)據(jù)采集設備兩部分構成，如圖2.2(a)所示。溫控設備為高低溫控制箱(即恒溫箱)，其可控溫度范圍為-75℃~100℃，試驗過程中可根據(jù)需
內蒙古大學碩士學位論文12求編程調制出不同溫控曲線。數(shù)據(jù)采集設備由計算機、CR3000數(shù)據(jù)采集儀、溫度探頭和5TM水分傳感器組成。圖2.2(b)為溫度探頭，圖2.2(c)為5TM水分傳感器。溫度探頭利用熱敏電阻工作，精度優(yōu)于0.05℃[111]。5TM水分傳感器產自于美國Decagon公司，規(guī)格為10cm(l)×3.2cm(w)×0.7cm(d)，探頭長度為5.2cm，介電測量頻率為70MHz，介電常數(shù)的測試范圍為1~80，測試結果在1~40范圍內精度為±1，測試結果在40~80范圍內精度為±15%[112]。兩類探頭工作原理不同，試驗過程中不會相互干擾。圖2.2試驗設備(a.數(shù)據(jù)采集儀和溫控設備；b.溫度探頭；c.5TM水分傳感器)Fig.2.2Testapparatus(a.Datatakerandtemperaturecontrolapparatusb.Temperatureprobec.5TMwatersensor)試驗模具為直徑12cm的圓柱體金屬盒。綜合考慮到各類傳感器的測試量程與工作原理，采用了如圖2.3所示的溫度探頭和5TM水分傳感器的布設位置，并通過試驗驗證了布設位置的合理性。凍結溫度與介電常數(shù)試驗按照如下步驟開展：(1)制備試樣前，先將土樣在環(huán)境溫度為110℃的烘箱內烘烤24個小時，冷卻后將其充分研磨并過2mm篩，然后將其配制成目標含水率下的松散土體，包裹保鮮膜在陰涼處靜置12個小時使土體中水分分布均勻，如圖2.4(a)所示。(2)按目標干密度將水分分布均勻的松散土體分6層裝入模具中，當土樣高度達到6.5cm左右時按圖2.3分別將溫度探頭和5TM水分傳感器插入土樣中，保證5TM水分傳感器的探頭底端與試樣底端的距離超過1cm，之后繼續(xù)將剩余土體裝入模具中并充分夯實，如圖2.4(b)所示，然后用保鮮膜將試樣整體包裹以防止試驗過程中土樣中水分的散失。制備完成的試樣如圖2.4(c)所示。(3)開啟高低溫控制箱使其按設定好的溫控曲線開始變溫，同時打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始
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