吹填土电冲击特性试验及数值模拟研究

摘要

雷击常发生在地面土体电阻率较低或分布不均匀的地区,广西地处雷暴活跃地带,近年利用吹填方法形成大量的人造陆域,其地基土往往具有高含水量、高黏粒含量、高孔隙比、低电阻率且分布不均等特点,这为该地区的防雷安全埋下隐患。目前,关于电场与土体相互作用的研究工作主要为土体的基本电性理论及应用,以及土壤在电气工程领域的影响研究。因此,开展吹填土在雷击电场作用下的电性响应规律及冲击特性试验研究,具有重要的理论和工程意义。
　　本文以广西北部湾吹填土为研究对象,结合理论分析研究,开展不同物理性质条件下吹填土的电冲击特性试验,采用数值模拟的方法对土体在冲击电场作用下的电性变化规律进行研究,主要研究成果和结论如下:(1)根据土体电导理论和电击穿理论,吹填土中孔隙水及内部结构特征是影响其电性和击穿特性的主要因素,依此建立适用于吹填土的电冲击模型;(2)利用冲击电压发生器,开展不同含水量、干密度和含盐量下吹填土的电冲击特性试验。试验结果表明,吹填土击穿场强随含水量和干密度呈对数关系降低,随含盐量呈指数关系降低。当含水量由15％增至27%,击穿场强由8.23kV/cm降至6.57kV/cm,减幅为20.2%;当干密度由1.4g/cm3增至1.7g/cm3,击穿场强由8.03kV/cm降至7.10kV/cm,减幅为11.2%;当NaCl含量由0%增至2.0%,击穿场强由8.11kV/cm降至6.86kV/cm,减幅为15.4%。(3)根据吹填土电冲击模型,采用COMSOL Multiphysics大型数值仿真软件,对冲击电压作用下土体内部电场的空间分布和时变特性进行模拟研究。结果显示,土体电场在含水量、干密度和含盐量较低时的场强较大,达到7.282kV/cm;而当含水量、干密度和含盐量升高时,土体对外电场的响应增强,内部电场减弱,最大值场强为4.464kV/cm,相比减小38.7%。(4)结合电冲击特性试验与数值模拟结果,表明含水量、干密度和含盐量越高,吹填土受冲击电场作用越显著,响应性越强。

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第一章 绪 论

1.1选题目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及技术路线

第二章 土体电冲击理论分析

2.1土体电导理论

2.2土体电击穿理论

2.3吹填土电冲击模型

2.4本章小结

第三章 吹填土电冲击特性试验

3.1试验目的及内容

3.2试验装置

3.3试验方法及过程

3.4试验结果及分析

3.5本章小结

第四章 土体电冲击数值模拟研究

4.1COMSOL Multiphysics软件简介

4.2土体冲击模型

4.3土体电冲击特性数值模拟结果与分析

4.4数值模拟与冲击试验对比分析

4.5本章小结

第五章 结论及展望

5.1结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

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