熱流固作用下軟土靜動(dòng)力學(xué)特性及應(yīng)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(shù)的興起，以及大型災(zāi)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(kuò)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(guān)注，相應(yīng)的研究也得以迅速發(fā)展。由于巖土體熱流固耦合效應(yīng)涉及滲流力學(xué)、土（動(dòng)）力學(xué)、傳熱學(xué)等多個(gè)學(xué)科，影響因素多而復(fù)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(jī)理。為此，本文從理論、實(shí)驗(yàn)與計(jì)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(dòng)力進(jìn)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(dǎo)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(yīng)問題。在此基礎(chǔ)上，分析了各耦合項(xiàng)（水土壓縮項(xiàng)、固液相熱沉等）與非線性項(xiàng)（熱對流）對計(jì)算結(jié)果的影響。
　　(2)在多孔介質(zhì)熱彈性理論基礎(chǔ)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(jìn)行了求解。同時(shí)開展了相應(yīng)的溫控三軸試驗(yàn)，將解析、數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(shù)在豎井地基加固中的作用機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，建立了熱固結(jié)本構(gòu)關(guān)系并自主開發(fā)了相應(yīng)的豎井熱固結(jié)有限元程序T

4、SDSS，彌補(bǔ)了THM耦合理論中采用不考慮溫度影響的本構(gòu)關(guān)系無法計(jì)算加溫排水豎井地基沉降量增大問題，進(jìn)而通過相應(yīng)的模型實(shí)驗(yàn)，對程序與本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)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(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)四類溫控三軸試驗(yàn)，并對試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，研究了溫度對軟土的抗剪強(qiáng)度、孔壓與變形的影響。其次，在THM耦合理論的基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn)相應(yīng)的有限元計(jì)算方法，對開展的溫控三軸試驗(yàn)進(jìn)行了模擬。
　　(4)基于廣義熱彈性理論及Biot動(dòng)力方程，建立了飽和多孔介質(zhì)熱流固耦合動(dòng)力響應(yīng)(THMD)控制方程，首先對無限土柱的熱動(dòng)力響應(yīng)問題進(jìn)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(dòng)力響應(yīng)(THMD)控制方程中非線性項(xiàng)對計(jì)算結(jié)果的影響。最后，利用所建立的THM