A modified normalized model for predicting effective soil thermal conductivity
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2017
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
Progress and prospect of the basic research on the major permafrost projects in the Qinghai-Tibet Plateau
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2016
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
青藏高原重大冻土工程的基础研究进展与展望
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2016
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
The effect of soil thermal conductivity parameterization on surface energy fluxes and temperatures
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1996
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
Test and calculation situation analysis of thermal conductivity of frozen soil
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2019
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
冻土导热系数测试和计算现状分析
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2019
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
Estimating the soil thermal parameters and modeling the soil temperature in Litang of Qinghai-Tibet Plateau
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2017
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
青藏高原理塘地区土壤热参数的确定及其土壤温度模拟试验
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2017
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
A comparative study of computing methods of soil thermal diffusivity, temperature and heat flux
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2012
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
土壤热扩散率及其温度、 热通量计算方法的比较研究
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2012
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
Evidence for a recent warming and wetting in the source area of the Yellow River (SAYR) and its hydrological impacts
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2015
... 冻土对环境变化极其敏感, 土体冻结和融化过程伴生的各种地质现象与温度变化过程密切相关[1].冻土工程与外界环境相互作用涉及的热工计算一直是冻土工程的热点问题[2], 特别是在预报冻土环境、 判断冻土工程稳定性过程中, 导热系数是决定温度场的关键参数[3-4].正确认识冻土导热系数是寒区工程温度场模拟和病害防治的首要工作[5-6].在青藏高原暖湿化趋势下[7], 明确冻土路基热参数变化规律, 对青藏铁路、 青藏公路等冻土工程病害预警及防治尤为重要. ...
... 本文野外监测结果表明, 冻融、 地表覆盖和降雨等因素引起的含水量变化是影响路基土体导热系数的主要因素.已有研究表明, 道砟覆盖路基75 cm以上水热变化受到降雨的强烈影响[26, 30].因此, 在对裸露在大气中的铁路碎石土路基进行水热分析时, 应当考虑冻融过程中水热动态变化, 不宜采用分段函数或阶跃函数预估导热系数.虽然, 已有考虑含水量变化的加权几何模型等能够预估室内特定温度下的热参数, 但在多年冻土区大气降雨、 地表蒸发作用下的水热耦合适用性还有待验证; 本次路基热参数监测中, 路基冻结期冰的升华现象还需要室内控制实验验证.特别是在青藏高原气候暖湿化趋势下[7], 不同区域土体导热系数预估及其对暖湿化的响应需要进一步深入研究.同时, 青藏高原铁路路基浅层含水量较低, 本文采用的野外导热系数监测仪器和水分监测仪器测试精度还有待提高, 需要在今后的仪器研发和理论分析中不断改进, 以提高分析的可信度.本文提出的未冻水含量、 总含水量与温度之间的定量关系式(7)解决了导热系数确定过程中冰水相变区间和冻结温度取值问题, 但其合理性还需要在今后的试验和理论研究中验证和不断完善. ...
An effective thermal conductivity model for unsaturated compacted bentonites with consideration of bimodal shape of pore size distribution
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2015
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Review of soil thermal conductivity and predictive models
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2017
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Review of status and progress of the study in thermal conductivity of frozen soil
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2018
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
... 由于冰的导热系数是液态水的4倍, 天然场地土体冻结期的导热系数大于融化期[图2(c)], 而路基监测结果却呈现出相反的规律.土体固体颗粒导热系数在冻融过程中保持恒定, 导热系数变化主要受温度和含水量影响.结合图3导热系数随含水量变化的关系发现: 天然场地土体总含水量全年一直较高(12.2% ~ 18.9%), 冰水相变控制了土体导热系数的变化, 即融化期导热系数小于冻结期.路基填料(碎石土、 砾砂土为主)在冻结期, 道砟覆盖和无道砟覆盖路基土体15 cm处的总含水量(取土体春季融化时的含水量)分别为3.9%、 5.4%, 而融化后在降雨作用下最大含水量达到4.9%和8.6%, 即路基土体在冻结期总含水量小于融化期.导热系数对含水量的敏感性随着含水量的减小而增大[10], 路基含水量极低, 对水分的影响也更加敏感, 且融化期的土体含水量大于冻结期的总含水量, 冻结期较少水分冻结对导热系数的增大效应低于融化期含水量增加对导热系数的增大效应, 导致路基土体的导热系数在融化期大于冻结期. ...
冻土导热系数研究现状及进展
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2018
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
... 由于冰的导热系数是液态水的4倍, 天然场地土体冻结期的导热系数大于融化期[图2(c)], 而路基监测结果却呈现出相反的规律.土体固体颗粒导热系数在冻融过程中保持恒定, 导热系数变化主要受温度和含水量影响.结合图3导热系数随含水量变化的关系发现: 天然场地土体总含水量全年一直较高(12.2% ~ 18.9%), 冰水相变控制了土体导热系数的变化, 即融化期导热系数小于冻结期.路基填料(碎石土、 砾砂土为主)在冻结期, 道砟覆盖和无道砟覆盖路基土体15 cm处的总含水量(取土体春季融化时的含水量)分别为3.9%、 5.4%, 而融化后在降雨作用下最大含水量达到4.9%和8.6%, 即路基土体在冻结期总含水量小于融化期.导热系数对含水量的敏感性随着含水量的减小而增大[10], 路基含水量极低, 对水分的影响也更加敏感, 且融化期的土体含水量大于冻结期的总含水量, 冻结期较少水分冻结对导热系数的增大效应低于融化期含水量增加对导热系数的增大效应, 导致路基土体的导热系数在融化期大于冻结期. ...
The thermal conductivity of thawed and frozen soils with high water(ice) content
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1983
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
大含水(冰)量融冻土导热系数的测定研究
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1983
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Basic problems in thermal-conductivity measurements of soils
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2013
Test study on unfrozen water content and thermal parameters of Qinghai-Tibet Railway frozen silty clay
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2007
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
青藏铁路冻土未冻水含量与热参数试验
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2007
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Experimental investigation of soil thermal conductivity over a wide temperature range
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2013
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Experimental study on thermal conductivity of typical soils in northeastern Inner Mongolia during freezing/thawing
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2018
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
冻/融过程中内蒙古东北部典型土体导热系数的试验研究
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2018
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Variation of the thermal conductivity of a silty clay during a freezing-thawing process
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2018
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
... 在解决了导热系数确定过程中冰水相变区间和冻结温度的取值问题, 还需要考虑降水、 蒸发、 水分迁移等引起土壤总含水量的变化对热参数的影响.监测结果表明: 土体导热系数受温度和含水量控制, 降雨入渗润湿作用、 地表蒸发作用和冻融作用引起路基土体含水量变化, 导致路基土体冬季导热系数小于夏季, 这与传统的分段函数法和阶跃函数法预估的结果相反.针对土体构成成分及其相应体积比的动态变化, Zhang等[16]通过8组土样试验验证了加权算术平均模型[式(8)]、 加权调和平均模型[式(9)]和加权几何平均模型[式(10)]对预估导热系数的适用性.其中, 加权几何均值模型与实验数据吻合程度最高. ...
A new method to study thermal conductivity of geomaterials considering phase change
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2010
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
考虑冻融影响的岩土类材料导热系数计算新方法
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2010
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Theoretical model and experimental verification of thermal conductivity of frozen soil under negative temperature conditions
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2018
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
不同负温条件下冻土导热系数的理论模型和试验验证
1
2018
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
Critical review of thermal conductivity models for unsaturated soils
1
2015
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
The cold accumulative effect of expressway embankment with a combined cooling measure in permafrost zones
2
2019
... 土体热参数受土体组构和环境因素控制[8-9], 工程设计中通过试验测量和模型预估方法确定其取值和变化规律.试验方面, 已有研究采用稳态法、 瞬态法和系统状态法[10]研究了控制温度条件下, 导热系数随岩性、 孔隙率、 含水率、 温度的变化规律[11-13], 重点分析相变区间、 冻融循环次数和外界补水对不同类型土壤导热系数的影响[14-15]; 模型预估方面, 采用混合物理论模型、 数学模型、 经验模型对不同土壤类型在不同温度和含水量条件下的导热系数进行预估[16-17]; 夏锦红等[18]建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型, 模拟了不同负温条件下冻土的导热系数; Dong等[19]认为现有的预估模型在模型假设方面存在缺陷, 只适用于特定的土壤类型.而在温度场数值模拟方面, 也通常基于某一特定土壤、 或者特定相变区间[20]展开温度场预测, 不能够反映含水量、 温度实时变化对导热系数的影响. ...
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
Study on the effect of freezing and thawing on thermal conductivity of remolded clay
1
2018
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
冻融对重塑黏土导热系数影响的试验研究
1
2018
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
Study of effects of the surface mulch on soil thermal properties using heat pulse technology
1
2014
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
地表覆盖对土壤热参数变化的影响
1
2014
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
Response of soil water content and soil thermal conductivity on precipitation in Loess Plateau
1
2014
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
黄土高原降水对土壤含水量和导热率的影响
1
2014
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
Measurement of thermal conductivity for frozen soil at temperatures close to 0 ℃
1
2019
... 针对冻土区土壤导热系数, 已有研究多采用重塑土在室内给定测试温度和含水率的条件下分析热参数数值[21], 而未考虑地表覆盖和气象因素(降水、 蒸发、 冻融)实时动态变化对热参数的影响.米美霞等[22]和贾东于等[23]根据融土区监测发现地表覆盖条件和降雨对浅层土壤导热系数影响显著.Yu等[20]发现温度控制模式和水分边界极大地影响土体热参数结果, 建议结合气象资料, 综合考虑湿度、 降雨等气象因子研究土壤导热系数.Zhao等[24]通过试验发现重塑冻土和原状冻土试样的导热系数随总含水量和干密度的增大而增大, 干密度对导热系数的影响更加显著, 重塑土导热系数大于原状土. ...
Thermal-moisture dynamics of embankments with asphalt pavement in permafrost regions of central Tibetan Plateau
2
2015
... 试验段路基位于青藏铁路K1140 ~ K1141范围南侧[图1(a)、 1(b)], 北麓河冻土观测基地西侧, 场地地势开阔, 地表基本无起伏, 属北麓河冲、 洪积高平原地貌.年平均气温为-3.8 ℃, 降雨主要发生在5月至9月, 一般在7月或8月达到峰值[25].试验场地天然地表高程约4 620 m, 活动层以亚砂土和粉质黏土为主, 多年冻土上限为2 ~ 3 m, 年平均地温-1.4 ~ -1.6 ℃.在北麓河冻土观测基地西侧修筑铁路路基试验段, 路基高度4.0 m, 道砟材料、 路基填料和压实标准与文献[26]相同, 在路基上方道路中心线右侧铺设厚度为0.5 m的碎石道砟层. ...
... 结合不同初始含水量莫玲黏土冻结试验(图9), 认为只有负温下的总体积含水量超过时才会冻结, 超过的部分为参与冻结成冰过程的含水量[34-35].此时的负温才是土体的冻结温度, 而非通常假设的0 ℃, 避免了假定相变区间[25-26]和冻结温度造成的土体导热系数计算误差.因此, 冻融过程中的液态水含量为: ...
Monitoring and analysis of the impact of the ballast layer on the thermal-moisture dynamics in railway subgrade in the permafrost regions
4
2017
... 试验段路基位于青藏铁路K1140 ~ K1141范围南侧[图1(a)、 1(b)], 北麓河冻土观测基地西侧, 场地地势开阔, 地表基本无起伏, 属北麓河冲、 洪积高平原地貌.年平均气温为-3.8 ℃, 降雨主要发生在5月至9月, 一般在7月或8月达到峰值[25].试验场地天然地表高程约4 620 m, 活动层以亚砂土和粉质黏土为主, 多年冻土上限为2 ~ 3 m, 年平均地温-1.4 ~ -1.6 ℃.在北麓河冻土观测基地西侧修筑铁路路基试验段, 路基高度4.0 m, 道砟材料、 路基填料和压实标准与文献[26]相同, 在路基上方道路中心线右侧铺设厚度为0.5 m的碎石道砟层. ...
... 图4和图5分别给出了2012年10月 - 2013年9月期间3种地表覆盖层下15 cm处土体导热系数对比和含水量对比.可以看出, 路基导热系数都呈现出冬季小、 夏季大的特点, 这与天然土体相反.其主要原因在于土体导热系数受温度和含水量控制, 而降雨入渗润湿作用、 地表蒸发作用和冻融作用导致路基土体融化期的含水量大于冻结期的总含水量, 冻结期较少水分冻结对导热系数的增大效应低于融化期含水量增加对导热系数的增大效应(图2中已具体分析).同时, 道砟层的存在大大削减了融化期降雨入渗到达下覆路基表层的水量[26], 这种阻水效应直接导致地表以下一定范围内土体含水量较低, 使得无道砟覆盖路基土体含水量大于道砟覆盖路基土体含水量, 导致无道砟覆盖路基土体导热系数大于道砟覆盖路基土体的导热系数.在冬季冻结和夏季融化阶段导热系数发生突变, 突变程度为天然场地>无道砟覆盖路基土体>道砟覆盖路基土体.其原因在于监测场地含水量表现为: 天然场地>无道砟覆盖路基土体>道砟覆盖路基土体(图5).土体含水量越高相变越剧烈, 温度变化越缓慢, 由导热系数换算公式(1)可知, 其导热系数突变越显著.由于仪器在0 ℃附近可信度不高, 故在相变区间的导热系数数据不做具体分析. ...
... 结合不同初始含水量莫玲黏土冻结试验(图9), 认为只有负温下的总体积含水量超过时才会冻结, 超过的部分为参与冻结成冰过程的含水量[34-35].此时的负温才是土体的冻结温度, 而非通常假设的0 ℃, 避免了假定相变区间[25-26]和冻结温度造成的土体导热系数计算误差.因此, 冻融过程中的液态水含量为: ...
... 本文野外监测结果表明, 冻融、 地表覆盖和降雨等因素引起的含水量变化是影响路基土体导热系数的主要因素.已有研究表明, 道砟覆盖路基75 cm以上水热变化受到降雨的强烈影响[26, 30].因此, 在对裸露在大气中的铁路碎石土路基进行水热分析时, 应当考虑冻融过程中水热动态变化, 不宜采用分段函数或阶跃函数预估导热系数.虽然, 已有考虑含水量变化的加权几何模型等能够预估室内特定温度下的热参数, 但在多年冻土区大气降雨、 地表蒸发作用下的水热耦合适用性还有待验证; 本次路基热参数监测中, 路基冻结期冰的升华现象还需要室内控制实验验证.特别是在青藏高原气候暖湿化趋势下[7], 不同区域土体导热系数预估及其对暖湿化的响应需要进一步深入研究.同时, 青藏高原铁路路基浅层含水量较低, 本文采用的野外导热系数监测仪器和水分监测仪器测试精度还有待提高, 需要在今后的仪器研发和理论分析中不断改进, 以提高分析的可信度.本文提出的未冻水含量、 总含水量与温度之间的定量关系式(7)解决了导热系数确定过程中冰水相变区间和冻结温度取值问题, 但其合理性还需要在今后的试验和理论研究中验证和不断完善. ...
道砟层对多年冻土区铁路路基水热影响监测与分析
4
2017
... 试验段路基位于青藏铁路K1140 ~ K1141范围南侧[图1(a)、 1(b)], 北麓河冻土观测基地西侧, 场地地势开阔, 地表基本无起伏, 属北麓河冲、 洪积高平原地貌.年平均气温为-3.8 ℃, 降雨主要发生在5月至9月, 一般在7月或8月达到峰值[25].试验场地天然地表高程约4 620 m, 活动层以亚砂土和粉质黏土为主, 多年冻土上限为2 ~ 3 m, 年平均地温-1.4 ~ -1.6 ℃.在北麓河冻土观测基地西侧修筑铁路路基试验段, 路基高度4.0 m, 道砟材料、 路基填料和压实标准与文献[26]相同, 在路基上方道路中心线右侧铺设厚度为0.5 m的碎石道砟层. ...
... 图4和图5分别给出了2012年10月 - 2013年9月期间3种地表覆盖层下15 cm处土体导热系数对比和含水量对比.可以看出, 路基导热系数都呈现出冬季小、 夏季大的特点, 这与天然土体相反.其主要原因在于土体导热系数受温度和含水量控制, 而降雨入渗润湿作用、 地表蒸发作用和冻融作用导致路基土体融化期的含水量大于冻结期的总含水量, 冻结期较少水分冻结对导热系数的增大效应低于融化期含水量增加对导热系数的增大效应(图2中已具体分析).同时, 道砟层的存在大大削减了融化期降雨入渗到达下覆路基表层的水量[26], 这种阻水效应直接导致地表以下一定范围内土体含水量较低, 使得无道砟覆盖路基土体含水量大于道砟覆盖路基土体含水量, 导致无道砟覆盖路基土体导热系数大于道砟覆盖路基土体的导热系数.在冬季冻结和夏季融化阶段导热系数发生突变, 突变程度为天然场地>无道砟覆盖路基土体>道砟覆盖路基土体.其原因在于监测场地含水量表现为: 天然场地>无道砟覆盖路基土体>道砟覆盖路基土体(图5).土体含水量越高相变越剧烈, 温度变化越缓慢, 由导热系数换算公式(1)可知, 其导热系数突变越显著.由于仪器在0 ℃附近可信度不高, 故在相变区间的导热系数数据不做具体分析. ...
... 结合不同初始含水量莫玲黏土冻结试验(图9), 认为只有负温下的总体积含水量超过时才会冻结, 超过的部分为参与冻结成冰过程的含水量[34-35].此时的负温才是土体的冻结温度, 而非通常假设的0 ℃, 避免了假定相变区间[25-26]和冻结温度造成的土体导热系数计算误差.因此, 冻融过程中的液态水含量为: ...
... 本文野外监测结果表明, 冻融、 地表覆盖和降雨等因素引起的含水量变化是影响路基土体导热系数的主要因素.已有研究表明, 道砟覆盖路基75 cm以上水热变化受到降雨的强烈影响[26, 30].因此, 在对裸露在大气中的铁路碎石土路基进行水热分析时, 应当考虑冻融过程中水热动态变化, 不宜采用分段函数或阶跃函数预估导热系数.虽然, 已有考虑含水量变化的加权几何模型等能够预估室内特定温度下的热参数, 但在多年冻土区大气降雨、 地表蒸发作用下的水热耦合适用性还有待验证; 本次路基热参数监测中, 路基冻结期冰的升华现象还需要室内控制实验验证.特别是在青藏高原气候暖湿化趋势下[7], 不同区域土体导热系数预估及其对暖湿化的响应需要进一步深入研究.同时, 青藏高原铁路路基浅层含水量较低, 本文采用的野外导热系数监测仪器和水分监测仪器测试精度还有待提高, 需要在今后的仪器研发和理论分析中不断改进, 以提高分析的可信度.本文提出的未冻水含量、 总含水量与温度之间的定量关系式(7)解决了导热系数确定过程中冰水相变区间和冻结温度取值问题, 但其合理性还需要在今后的试验和理论研究中验证和不断完善. ...
Study on soil thermodynamic characteristics at different underlying surface in northern Qinghai-Tibetan Plateau
1
2013
... 另外, 由于冻土中的冻胀现象使得土体孔隙率增大, 使土壤颗粒间的接触状态发生变化, 这是导致冻土有效导热系数减小的另一个可能原因.这与青藏高原北部可可西里、 开心岭(QT05)、 通天河等地区发现的冻结期导热系数小于融化期一致[27-28].监测结果发现3种地表类型土体在冻结和融化过程中, 含水量变化和导热系数变化是随着温度的变化逐渐发生的, 特别是在-4 ~ 0 ℃温度区间含水量和导热系数变化显著, 即说明土体的冰水相变区间分布较广, 而非通常数值模拟设定的固定狭小区间[29].同时, 监测结果显示在土体融化过程和冻结过程中的0 ℃附近导热系数出现突变.其主要原因在于土体在相变区间温度变化极为缓慢, 温度变化也越缓慢.根据导热系数换算公式(1)可知, TP02传感器监测结果在0 ℃附近数值突变越明显, 即监测结果在0 ℃附近可信度不高. ...
青藏高原北部不同下垫面土壤热力特性研究
1
2013
... 另外, 由于冻土中的冻胀现象使得土体孔隙率增大, 使土壤颗粒间的接触状态发生变化, 这是导致冻土有效导热系数减小的另一个可能原因.这与青藏高原北部可可西里、 开心岭(QT05)、 通天河等地区发现的冻结期导热系数小于融化期一致[27-28].监测结果发现3种地表类型土体在冻结和融化过程中, 含水量变化和导热系数变化是随着温度的变化逐渐发生的, 特别是在-4 ~ 0 ℃温度区间含水量和导热系数变化显著, 即说明土体的冰水相变区间分布较广, 而非通常数值模拟设定的固定狭小区间[29].同时, 监测结果显示在土体融化过程和冻结过程中的0 ℃附近导热系数出现突变.其主要原因在于土体在相变区间温度变化极为缓慢, 温度变化也越缓慢.根据导热系数换算公式(1)可知, TP02传感器监测结果在0 ℃附近数值突变越明显, 即监测结果在0 ℃附近可信度不高. ...
Soil thermal conductivity and its influencing factors at the Tanggula permafrost region on the Qinghai-Tibet Plateau
1
2019
... 另外, 由于冻土中的冻胀现象使得土体孔隙率增大, 使土壤颗粒间的接触状态发生变化, 这是导致冻土有效导热系数减小的另一个可能原因.这与青藏高原北部可可西里、 开心岭(QT05)、 通天河等地区发现的冻结期导热系数小于融化期一致[27-28].监测结果发现3种地表类型土体在冻结和融化过程中, 含水量变化和导热系数变化是随着温度的变化逐渐发生的, 特别是在-4 ~ 0 ℃温度区间含水量和导热系数变化显著, 即说明土体的冰水相变区间分布较广, 而非通常数值模拟设定的固定狭小区间[29].同时, 监测结果显示在土体融化过程和冻结过程中的0 ℃附近导热系数出现突变.其主要原因在于土体在相变区间温度变化极为缓慢, 温度变化也越缓慢.根据导热系数换算公式(1)可知, TP02传感器监测结果在0 ℃附近数值突变越明显, 即监测结果在0 ℃附近可信度不高. ...
Numerical simulation of efficient cooling by coupled RR and TCPT on railway embankments in permafrost regions
2
2018
... 另外, 由于冻土中的冻胀现象使得土体孔隙率增大, 使土壤颗粒间的接触状态发生变化, 这是导致冻土有效导热系数减小的另一个可能原因.这与青藏高原北部可可西里、 开心岭(QT05)、 通天河等地区发现的冻结期导热系数小于融化期一致[27-28].监测结果发现3种地表类型土体在冻结和融化过程中, 含水量变化和导热系数变化是随着温度的变化逐渐发生的, 特别是在-4 ~ 0 ℃温度区间含水量和导热系数变化显著, 即说明土体的冰水相变区间分布较广, 而非通常数值模拟设定的固定狭小区间[29].同时, 监测结果显示在土体融化过程和冻结过程中的0 ℃附近导热系数出现突变.其主要原因在于土体在相变区间温度变化极为缓慢, 温度变化也越缓慢.根据导热系数换算公式(1)可知, TP02传感器监测结果在0 ℃附近数值突变越明显, 即监测结果在0 ℃附近可信度不高. ...
... 冻土工程温度场数值模拟中通常将土壤热参数看作是仅与温度有关的分段函数[29], 即完全冻结时取冻土的导热系数(W·m-1·K-1), 完全融化时取融土导热系数(W·m-1·K-1), 相变区间∆T(℃)内采用直线内插.如式(2)和图8(a)所示: ...
The effects of precipitation on thermal-moisture dynamics of active layer at Beiluhe permafrost region
2
2016
... 对比冬季导热系数和含水量变化发现: 冻结期间, 路基土体液态水体积含量变化较小, 而导热系数有减小趋势, 道砟覆盖层下尤为显著.而路基土体导热系数减小处于冻结期向融化期的过渡阶段, 在此期间冻土在升温, 土体含冰量减小, 未冻水含量增加, 导致导热系数呈减小趋势.此外, 由于监测场地冬季降水极小[30], 排除了大气降水入渗的可能性, 低含水量路基内, 空气中水汽压低于饱和蒸汽压, 负温下的冰直接升华为水蒸气, 且温度越高升华速率越大[31], 这进一步减少土体含冰量, 加剧路基土体导热系数减小.由于冬季道砟覆盖路基土体温度比无道砟覆盖路基土体高[图2(a)、 2(b)], 另一方面, 道砟覆盖层的阻水效应使得道砟覆盖路基土体内部空气中的水汽压低于无道砟覆盖路基土体, 负温下冰的升华作用更显著, 这两种作用导致道砟覆盖路基土体含冰量降低更多, 因此道砟覆盖路基土体导热系数降低比无道砟覆盖路基土体更明显.综上, 道砟覆盖层具有减小路基含水量、 增大路基土体温度的作用, 即通过改变土壤温度和含水量变化进而改变土体导热系数. ...
... 本文野外监测结果表明, 冻融、 地表覆盖和降雨等因素引起的含水量变化是影响路基土体导热系数的主要因素.已有研究表明, 道砟覆盖路基75 cm以上水热变化受到降雨的强烈影响[26, 30].因此, 在对裸露在大气中的铁路碎石土路基进行水热分析时, 应当考虑冻融过程中水热动态变化, 不宜采用分段函数或阶跃函数预估导热系数.虽然, 已有考虑含水量变化的加权几何模型等能够预估室内特定温度下的热参数, 但在多年冻土区大气降雨、 地表蒸发作用下的水热耦合适用性还有待验证; 本次路基热参数监测中, 路基冻结期冰的升华现象还需要室内控制实验验证.特别是在青藏高原气候暖湿化趋势下[7], 不同区域土体导热系数预估及其对暖湿化的响应需要进一步深入研究.同时, 青藏高原铁路路基浅层含水量较低, 本文采用的野外导热系数监测仪器和水分监测仪器测试精度还有待提高, 需要在今后的仪器研发和理论分析中不断改进, 以提高分析的可信度.本文提出的未冻水含量、 总含水量与温度之间的定量关系式(7)解决了导热系数确定过程中冰水相变区间和冻结温度取值问题, 但其合理性还需要在今后的试验和理论研究中验证和不断完善. ...
降水对北麓河地区多年冻土活动层水热影响分析
2
2016
... 对比冬季导热系数和含水量变化发现: 冻结期间, 路基土体液态水体积含量变化较小, 而导热系数有减小趋势, 道砟覆盖层下尤为显著.而路基土体导热系数减小处于冻结期向融化期的过渡阶段, 在此期间冻土在升温, 土体含冰量减小, 未冻水含量增加, 导致导热系数呈减小趋势.此外, 由于监测场地冬季降水极小[30], 排除了大气降水入渗的可能性, 低含水量路基内, 空气中水汽压低于饱和蒸汽压, 负温下的冰直接升华为水蒸气, 且温度越高升华速率越大[31], 这进一步减少土体含冰量, 加剧路基土体导热系数减小.由于冬季道砟覆盖路基土体温度比无道砟覆盖路基土体高[图2(a)、 2(b)], 另一方面, 道砟覆盖层的阻水效应使得道砟覆盖路基土体内部空气中的水汽压低于无道砟覆盖路基土体, 负温下冰的升华作用更显著, 这两种作用导致道砟覆盖路基土体含冰量降低更多, 因此道砟覆盖路基土体导热系数降低比无道砟覆盖路基土体更明显.综上, 道砟覆盖层具有减小路基含水量、 增大路基土体温度的作用, 即通过改变土壤温度和含水量变化进而改变土体导热系数. ...
... 本文野外监测结果表明, 冻融、 地表覆盖和降雨等因素引起的含水量变化是影响路基土体导热系数的主要因素.已有研究表明, 道砟覆盖路基75 cm以上水热变化受到降雨的强烈影响[26, 30].因此, 在对裸露在大气中的铁路碎石土路基进行水热分析时, 应当考虑冻融过程中水热动态变化, 不宜采用分段函数或阶跃函数预估导热系数.虽然, 已有考虑含水量变化的加权几何模型等能够预估室内特定温度下的热参数, 但在多年冻土区大气降雨、 地表蒸发作用下的水热耦合适用性还有待验证; 本次路基热参数监测中, 路基冻结期冰的升华现象还需要室内控制实验验证.特别是在青藏高原气候暖湿化趋势下[7], 不同区域土体导热系数预估及其对暖湿化的响应需要进一步深入研究.同时, 青藏高原铁路路基浅层含水量较低, 本文采用的野外导热系数监测仪器和水分监测仪器测试精度还有待提高, 需要在今后的仪器研发和理论分析中不断改进, 以提高分析的可信度.本文提出的未冻水含量、 总含水量与温度之间的定量关系式(7)解决了导热系数确定过程中冰水相变区间和冻结温度取值问题, 但其合理性还需要在今后的试验和理论研究中验证和不断完善. ...
A sublimation phenomenon for the microwave freeze drying of unsaturated porous media
1
1998
... 对比冬季导热系数和含水量变化发现: 冻结期间, 路基土体液态水体积含量变化较小, 而导热系数有减小趋势, 道砟覆盖层下尤为显著.而路基土体导热系数减小处于冻结期向融化期的过渡阶段, 在此期间冻土在升温, 土体含冰量减小, 未冻水含量增加, 导致导热系数呈减小趋势.此外, 由于监测场地冬季降水极小[30], 排除了大气降水入渗的可能性, 低含水量路基内, 空气中水汽压低于饱和蒸汽压, 负温下的冰直接升华为水蒸气, 且温度越高升华速率越大[31], 这进一步减少土体含冰量, 加剧路基土体导热系数减小.由于冬季道砟覆盖路基土体温度比无道砟覆盖路基土体高[图2(a)、 2(b)], 另一方面, 道砟覆盖层的阻水效应使得道砟覆盖路基土体内部空气中的水汽压低于无道砟覆盖路基土体, 负温下冰的升华作用更显著, 这两种作用导致道砟覆盖路基土体含冰量降低更多, 因此道砟覆盖路基土体导热系数降低比无道砟覆盖路基土体更明显.综上, 道砟覆盖层具有减小路基含水量、 增大路基土体温度的作用, 即通过改变土壤温度和含水量变化进而改变土体导热系数. ...
微波冷冻干燥过程的升华冷凝现象
1
1998
... 对比冬季导热系数和含水量变化发现: 冻结期间, 路基土体液态水体积含量变化较小, 而导热系数有减小趋势, 道砟覆盖层下尤为显著.而路基土体导热系数减小处于冻结期向融化期的过渡阶段, 在此期间冻土在升温, 土体含冰量减小, 未冻水含量增加, 导致导热系数呈减小趋势.此外, 由于监测场地冬季降水极小[30], 排除了大气降水入渗的可能性, 低含水量路基内, 空气中水汽压低于饱和蒸汽压, 负温下的冰直接升华为水蒸气, 且温度越高升华速率越大[31], 这进一步减少土体含冰量, 加剧路基土体导热系数减小.由于冬季道砟覆盖路基土体温度比无道砟覆盖路基土体高[图2(a)、 2(b)], 另一方面, 道砟覆盖层的阻水效应使得道砟覆盖路基土体内部空气中的水汽压低于无道砟覆盖路基土体, 负温下冰的升华作用更显著, 这两种作用导致道砟覆盖路基土体含冰量降低更多, 因此道砟覆盖路基土体导热系数降低比无道砟覆盖路基土体更明显.综上, 道砟覆盖层具有减小路基含水量、 增大路基土体温度的作用, 即通过改变土壤温度和含水量变化进而改变土体导热系数. ...
Numerical analysis of heat and mass transfers in saturated freezing soil in an open system
1
2011
... 分段函数在冻融交界点产生不连续的导数, 影响数值模拟的收敛性.文献[32]引入Heaviside阶跃函数实现了冻结状态热参数向融化状态热参数的平滑过渡.如式(3)、 (4)和图8(b)所示: ...
开放系统下饱和正冻土热质迁移的数值分析
1
2011
... 分段函数在冻融交界点产生不连续的导数, 影响数值模拟的收敛性.文献[32]引入Heaviside阶跃函数实现了冻结状态热参数向融化状态热参数的平滑过渡.如式(3)、 (4)和图8(b)所示: ...
1
2010
... 这两种热参数简化方法在冻土工程中应用最为广泛, 但存在3个明显的问题: (1)冻结区间的选取; (2)冻结温度的确定; (3)降水、 冻融等水分迁移对导热系数的影响如何考虑.数值模拟中, 通常假设0 ℃为初始冻结温度, 相变区间限定在[-2, 0]或其子集.在含水量较低时, 阶跃或者给定相变区间都不能有效反映出本文监测的路基土体导热系数在冻结期小于融化期这一现象.同时, 本文监测结果显示: 土壤冻结过程中, 相变区间分布范围较宽, -10.4 ~ 0 ℃之间都存在着相变作用, 相变区间较大.这与文献[33]开展的莫玲黏土冻结试验一致(图9, T0为初始冻结温度), 土体的冻结温度不是一个固定值, 相变区间也不固定, 都与初始含水量有关.冻结过程中的最大未冻水含量可表示为: ...
1
2010
... 这两种热参数简化方法在冻土工程中应用最为广泛, 但存在3个明显的问题: (1)冻结区间的选取; (2)冻结温度的确定; (3)降水、 冻融等水分迁移对导热系数的影响如何考虑.数值模拟中, 通常假设0 ℃为初始冻结温度, 相变区间限定在[-2, 0]或其子集.在含水量较低时, 阶跃或者给定相变区间都不能有效反映出本文监测的路基土体导热系数在冻结期小于融化期这一现象.同时, 本文监测结果显示: 土壤冻结过程中, 相变区间分布范围较宽, -10.4 ~ 0 ℃之间都存在着相变作用, 相变区间较大.这与文献[33]开展的莫玲黏土冻结试验一致(图9, T0为初始冻结温度), 土体的冻结温度不是一个固定值, 相变区间也不固定, 都与初始含水量有关.冻结过程中的最大未冻水含量可表示为: ...
A coupled model for liquid water, water vapor and heat transport of saturated-unsaturated soil in cold regions: model formulation and verification
1
2016
... 结合不同初始含水量莫玲黏土冻结试验(图9), 认为只有负温下的总体积含水量超过时才会冻结, 超过的部分为参与冻结成冰过程的含水量[34-35].此时的负温才是土体的冻结温度, 而非通常假设的0 ℃, 避免了假定相变区间[25-26]和冻结温度造成的土体导热系数计算误差.因此, 冻融过程中的液态水含量为: ...
Numerical simulation improvement of coupled moisture and heat transfer during soil freezing
1
1997
... 结合不同初始含水量莫玲黏土冻结试验(图9), 认为只有负温下的总体积含水量超过时才会冻结, 超过的部分为参与冻结成冰过程的含水量[34-35].此时的负温才是土体的冻结温度, 而非通常假设的0 ℃, 避免了假定相变区间[25-26]和冻结温度造成的土体导热系数计算误差.因此, 冻融过程中的液态水含量为: ...
冻结条件下土壤水热耦合迁移数值模拟的改进
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1997
... 结合不同初始含水量莫玲黏土冻结试验(图9), 认为只有负温下的总体积含水量超过时才会冻结, 超过的部分为参与冻结成冰过程的含水量[34-35].此时的负温才是土体的冻结温度, 而非通常假设的0 ℃, 避免了假定相变区间[25-26]和冻结温度造成的土体导热系数计算误差.因此, 冻融过程中的液态水含量为: ...
A new model to determine the thermal conductivity of fine-grained soils
2
2018
... Bi等[36]基于Fredlund和Xing模型以及归一化导热系数的方法, 提出三参数模型来预估细颗粒土在整个饱和度范围内的导热系数, 并通过6种土样的试验数据验证该模型计算结果的可靠性, 取得了较好的预估效果.文献[36]和加权几何平均模型[式(10)]为导热系数的预估提供了新的途径.但实际铁路、 公路等冻土工程中, 温度和水分边界条件(降雨、 蒸发)实时变化.在数值模拟的每个计算时间步长中, 必须将温度场和水分场进行耦合分析, 在确定了温度和含水量后, 结合土体四相(土颗粒、 冰、 水、 气)的比例关系确定导热系数, 以此在多个时间步长中实现温度场和水分场的合理预测. ...
... 基于Fredlund和Xing模型以及归一化导热系数的方法, 提出三参数模型来预估细颗粒土在整个饱和度范围内的导热系数, 并通过6种土样的试验数据验证该模型计算结果的可靠性, 取得了较好的预估效果.文献[36]和加权几何平均模型[式(10)]为导热系数的预估提供了新的途径.但实际铁路、 公路等冻土工程中, 温度和水分边界条件(降雨、 蒸发)实时变化.在数值模拟的每个计算时间步长中, 必须将温度场和水分场进行耦合分析, 在确定了温度和含水量后, 结合土体四相(土颗粒、 冰、 水、 气)的比例关系确定导热系数, 以此在多个时间步长中实现温度场和水分场的合理预测. ...