模拟冻融界面的冻土模型实验研究

摘要

冻土在我国分布广泛。随着青臧铁路的修建，不管足施工期还足运营期，多年冻土带来的工程问题必须予以重视。冻土对路基和工程结构的影响主要来自其活动层。不论垂向衔接多年冻土还是垂向不衔接多年冻土，冻土活动层都存在一个向下发展变化的冻融界面。冻融界面属于典型的固-液相变界面，所以可以利用声电转换的方法来确定其位胃。本实验旨在构建一个合理的可模拟冻融界面的冻土模型，为探讨利用声电转换的方法来检验冻土冻融界面的位置以及活动层的厚度的实验室研究奠定基础。 本文围绕设计并制作模拟冻融界面的冻土模型展开研究。主要包括：土样分析、模型设计与制作、观测平台设计、模型声电效应观测四个部分。 由于模型实验研究属于模拟方法，所以对相似模拟做了简单介绍。根据建立模型遵循的三个原则，分析了青臧高原冻土区的地温状况及影响因素，并对取自多年冻土区的冻土土样进行了物理试验和化学全分析。由于土样中既有士，又有岩，所以对土和岩分别进行物理试验和化学全分析。对于土样，测定其密度、含水量、比重、颗粒分析、液限、塑限、单轴抗压强度共七个参数；对于岩样，测定其吸水率、饱和吸水率、卢波速度。 论文的重点是探讨如何正确设计、制作两个模型：同定冻融界面的冻土模型和变化冻融界而的冻土模型，并利用温度临测和声电效应观测两种方法验证模型制作的正确性，其判断标准足二者应具一致符合性。设计方面，主要考虑了模型的结构、冻土体的尺寸以及模型的温度控制。制作方面，则考虑了一些技巧性问题，诸如冻土体表面平整、电极的打孔埋设等。 观测平台在模型实验中起着重要作用。对于温度监测，设计并制作了一个可同步采集八个热电阻温度信息行自动实时记录的观测系统。卢一声测量和声～电测量基于同一观测平台，只是所使用的接收传感器不一样。该观测系统能进行高分辨率、高采样率和多次替加的数掘采集。 模型的实验结果表明，声一电观测能很好的与温度监测相符，也证明了声电观测在确定冻土冻融界面方面具有实际意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1选题意义

1.2国内外研究历史和现状

1.2.1国外冻土及模型研究历史和现状

1.2.2国内冻土及模型研究历史和现状

1.2.3国内外冻融界面研究历史和现状

1.2.4国内外震电效应研究历史和现状

1.3论文的主要内容

第2章模型实验概述

2.1模拟方法

2.2模型实验的相似三定理

2.3模型选择的条件和原则

2.4模型实验的基本流程

第3章冻土的物理、化学及地温场分析

3.1物理、化学及地温场分析的必要性

3.2地温场分析

3.2.1青藏高原冻土区的地温状况

3.2.2地温场的影响因素

3.3物理实验

3.4化学全分析

3.5小结

第4章冻土模型的设计与制作

4.1冻砂模型简介

4.2模拟冻融界面冻土模型的两种类型

4.3固定冻融界面冻土模型的设计

4.3.1模型结构的选择

4.3.2冻土体的尺寸设计

4.3.3模型的温度控制设计

4.4固定冻融界面冻土模型的制作

4.4.1土样制备

4.4.2冻土体制作

4.4.3冻土体冷冻

4.4.4冻土体整平

4.4.5电极的埋设

4.5变化冻融界面冻土模型的设计与制作

第5章冻土模型实验

5.1数据采集系统

5.1.1温度数据采集系统

5.1.2声—声观测系统

5.1.2声—电观测系统

5.2固定冻融界面冻土模型的实验

5.2.1实验准备工作

5.2.2温度测量

5.2.3声—声测量

5.2.4无冻融界面时声—电观测

5.2.5有冻融界面时声—电观测

5.3变化冻融界面冻土模型的实验

第6章数据分析

6.1温度监测与声电观测一致符合性的依据

6.2固定冻融界面冻土模型的数据分析

6.2.1温度测量数据分析

6.2.2声—声测量数据分析

6.2.3无界面冻土模型声—电测量数据分析

6.2.4有界面冻土模型声—电测量数据分析

6.3变化冻融界面冻土模型的数据分析

6.3.1温度测量数据分析

6.3.2声—电测量数据分析

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目