熱流固作用下軟土靜動力學特性及應用.pdf

1、近年來，隨著核廢料填埋、地源熱泵、垃圾填埋、熱排水固結(jié)軟基處理等工程技術的興起，以及大型災難性爆炸事故產(chǎn)生的高溫、高熱爆炸產(chǎn)物在巖土體中的傳播、擴散及其對地下建構(gòu)筑物的損傷破壞，使得巖土體中熱流固(THM)耦合問題引起廣泛的關注，相應的研究也得以迅速發(fā)展。由于巖土體熱流固耦合效應涉及滲流力學、土（動）力學、傳熱學等多個學科，影響因素多而復雜，現(xiàn)有研究難以全面、系統(tǒng)地揭示巖土體中熱流固耦合作用機理。為此，本文從理論、實驗與計算模擬三方面出

2、發(fā)對飽和軟土在溫度影響下的特性變化從固結(jié)到動力進行了研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)從Biot固結(jié)理論與傅里葉傳熱理論出發(fā)，推導建立了多孔介質(zhì)熱彈性非線性耦合固結(jié)方程，并將其退化求解了無限空間中無限長柱形孔洞與有限長圓柱形熱源熱固結(jié)問題，以及各向等壓下不排水加熱飽和土樣熱響應問題。在此基礎上，分析了各耦合項（水土壓縮項、固液相熱沉等）與非線性項（熱對流）對計算結(jié)果的影響。
　　(2)在多孔介質(zhì)熱彈性理論基礎上，針對各向等

3、壓不排水和排水加熱情況，采用彈性、非線性彈性、考慮溫度影響的修正劍橋模型，結(jié)合溫度對水的熱膨脹系數(shù)的影響，采用COMSOL有限元軟件對三軸試樣熱固結(jié)問題進行了求解。同時開展了相應的溫控三軸試驗，將解析、數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比分析，討論了泊松比、彈性模量、水的體膨脹系數(shù)等參數(shù)對結(jié)果的影響。利用COMSOL有限元軟件，研究熱固結(jié)技術在豎井地基加固中的作用機理。在此基礎上，建立了熱固結(jié)本構(gòu)關系并自主開發(fā)了相應的豎井熱固結(jié)有限元程序T

4、SDSS，彌補了THM耦合理論中采用不考慮溫度影響的本構(gòu)關系無法計算加溫排水豎井地基沉降量增大問題，進而通過相應的模型實驗，對程序與本構(gòu)關系進行了驗證。
　　(3)對寧波軟粘土開展了先固結(jié)后不排水加溫、先排水加熱固結(jié)后剪切、先固結(jié)再剪切到一定程度變形然后不排水加熱、先排水加熱固結(jié)后不排水動力循環(huán)試驗四類溫控三軸試驗，并對試驗現(xiàn)象進行了分析，研究了溫度對軟土的抗剪強度、孔壓與變形的影響。其次，在THM耦合理論的基礎上，引入考慮溫度影

5、響的修正劍橋模型和邊界面模型，并在ABAQUS中實現(xiàn)相應的有限元計算方法，對開展的溫控三軸試驗進行了模擬。
　　(4)基于廣義熱彈性理論及Biot動力方程，建立了飽和多孔介質(zhì)熱流固耦合動力響應(THMD)控制方程，首先對無限土柱的熱動力響應問題進行了求解，并探討了各因素變化對結(jié)果的影響。其次，在COMSOL中建立了無限空間柱形孔洞模型，研究了熱流固耦合動力響應(THMD)控制方程中非線性項對計算結(jié)果的影響。最后，利用所建立的THM