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冻融过程中盐渍土水盐重分布及变形特征研究

书号:9787113270407 套系名称:

作者:肖泽岸 出版日期:2020-08-01

定价:68.00 页码 / 开本:128 /16

策划编辑:李露露 责任编辑:李露露

适用专业: 适用层次:高职高专

课程类别:城轨工程 课程分类:专业及专业平台课

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内容简介 前言 目录 作者介绍 图书特色
  • 本书共7章,主要论述了寒区盐渍土在降温过程中的相变规律及水盐迁移过程。首先主要介绍了寒区盐渍土研究的背景、意义及国内外研究进展。重点论述了降温过程中含盐土的相变过程与性质,盐渍土不同含水量及含盐量条件下的冻结温度。其次介绍了冻融循环作用下盐分对土体变形特性的影响,冻融和干湿循环综合作用下盐渍土的水盐迁移规律。最后在单向冻结试验的基础上,分析了冻结过程中盐渍土的水盐运移及变形机理,并建立了氯盐渍土在单向冻结过程中的多场耦合模型。
    
  • 盐渍土的研究是土壤科学领域中一个重要的分支学科,其中,水盐运动规律是盐渍土研究的一个重要组成部分。在寒区的盐渍土中,因温度所导致的盐分相变和水分相变共同存在,致使寒区盐渍土具有普通冻土和盐渍土的双重性质。目前虽然已对盐渍土有较多的研究,但由于对盐分的物化性质认识不足,导致在寒区盐渍土的性质、水盐迁移过程、盐冻胀变形机理方面的认识有一定的局限性。随着越来越多的工程建筑物在寒区的盐渍土上修筑,盐渍土的研究越来越引起工程界和科学界的重视。
    目前已有研究多集中于盐渍土在冻结过程中的水盐迁移规律及变形机理方面,很少涉及盐分对土体冻结温度、未冻水含量等的影响研究。由于对盐分性质的认识不足,人们在降温过程中很难判断盐渍土的冰盐结晶顺序、冰盐结晶比例等,因此不能将冻结过程中的盐胀变形和冻胀变形在总的变形中分离出来。此外,盐分结晶和水分冻结都会影响土体的性质(渗透性、导热性、热容等),从而对土体在冻结状况下的水盐运动规律产生显著的影响。因此,在研究寒区盐渍土在冻融过程中的水盐迁移规律时,必须对盐渍土中离子的影响有足够的认识。
    在物理化学方面,对溶液中离子的研究已经相当深入,但这方面的理论在工程领域却缺乏应用。原因为:物理化学里面研究的溶液都是自由溶液,而在土这种多孔介质中,孔隙溶液的性质和一般自由溶液是有所偏差的。如果能够找到其中的差异,就可以将物理化学的相关理论应用到寒区的盐渍土研究中,从而形成寒区盐渍土研究独特的学术观点。
    本书共分七章。第一章主要介绍了寒区盐渍土研究的背景及意义,国内外在三个方面(盐分对土体物化及力学性质的影响,降温过程中盐渍土水盐迁移规律,多孔介质中晶体生长与破坏机理)的研究进展。第二章介绍了降温过程中含盐土的相变过程与性质。通过参考前人研究成果,阐明了溶液密度、冻结温度、盐分结晶温度、导热系数等物理性质的变化规律。根据多孔介质理论,介绍了多孔介质中孔隙水和冰、盐结晶和溶液之间的相平衡规律。在此基础上,根据核磁共振数据,得到盐渍土的液态水含量,并阐明了降温过程中盐渍土中孔隙溶液的相变机理。第三章介绍了盐渍土冻结温度的相关研究工作。首先通过热力学平衡关系导出土体冻结温度的关系式,然后在此基础上分析了孔隙溶液冻结温度和孔隙半径的影响规律,最后探讨了土体在不同含水量、不同含盐量条件下的冻结温度,分析了盐分结晶对冻结温度的影响规律,硫酸钠盐渍土的冻结温度、压实度对冻结温度的影响,多组分溶质对土体冻结温度的影响。第四章介绍了冻融循环作用下盐分对土体变形特性的影响。主要介绍冻融循环过程中含盐量对土体变形的影响规律,并结合多孔介质相变原理,推导了盐渍土在变形过程中的变形方程,然后分析了降温过程中的盐晶体析出量。第五章介绍了冻融和干湿循环综合作用下盐渍土的水盐迁移规律。结合模型箱试验分析了土体在冻融过程中的水盐迁移规律以及盐胀和冻胀的成因。第六章介绍了冻结过程中盐渍土的水盐运移及变形机理。选择较简单的氯化钠盐渍土为研究对象,研究了氯盐渍土在单向冻结时的水盐迁移及变形规律。第七章建立了氯盐渍土在单向冻结过程中的多场耦合模型,通过与试验结果的对比,说明了该模型的正确性。
    寒区的盐渍土还有很多难题有待研究,本书只为起到一个抛砖引玉的作用,相信伴随着物理化学的相关理论被逐步引入到盐渍土的研究中以后,盐渍土的研究必将在此基础上揭开新的一页。
    本书在写作过程中得到了导师及诸多专家、同学的支持,同时,参考了众多前人研究的成果,在此致以诚挚的谢意。
    由于作者水平有限,书中难免有疏漏和不足之处,敬请专家、同行批评指正。
    
  • 第1章绪论
    1.1盐渍土概况
    1.1.1盐渍土的分布及形成
    1.1.2盐渍土的分类及病害
    1.2盐渍化冻土概况
    1.2.1盐渍化冻土的分布
    1.2.2盐渍化冻土的特殊性
    1.3国内外研究现状
    1.3.1盐分对土体物化及力学性质的影响
    1.3.2降温过程中盐渍土水盐迁移规律研究
    1.3.3多孔介质中晶体生长与破坏机理
    第2章降温过程中盐渍土孔隙溶液相变过程及性质
    2.1溶液的性质
    2.1.1溶液的密度
    2.1.2溶液的比热容
    2.1.3溶液的导热系数
    2.2水盐体系相图
    2.2.1相律
    2.2.2溶液的相变
    2.2.3溶液冰、盐结晶量
    2.4多孔介质中的相变
    2.4.1水和冰的热力学平衡
    2.4.2盐结晶和溶液的热力学平衡
    2.4.3Young Laplace方程
    2.5降温过程中盐渍土的相变
    2.5.1核磁共振实验
    2.5.2试验结果
    2.6土体中相变机理
    2.6.1土中相图的演化
    2.6.2土中盐冰结晶量的探讨
    2.6.3盐冰结晶对土体性质的影响
    第3章含盐土的冻结温度
    3.1理论分析
    3.1.1孔隙溶液冻结温度
    3.1.2盐浓度的影响
    3.1.3孔隙半径的影响
    3.2结果验证与讨论
    3.2.1不同含水量下土体冻结温度
    3.2.2不同含盐量下的土体冻结温度
    3.2.3盐结晶对土体冻结温度的影响
    3.2.4Na2SO4粉质黏土冻结温度分析
    3.2.5压实度对土体冻结温度的影响
    3.2.6多组分溶质对土体冻结温度的影响
    3.3讨论
    3.3.1孔隙半径与饱和度之间的关系
    3.3.2盐渍土二次相变温度的变化
    第4章冻融循环作用下盐分对土体变形特性的影响
    4.1试验方案
    4.2试验结果分析
    4.2.1土体温度场变化
    4.2.2冻融循环作用下含盐量对土体变形的影响
    4.2.3冻融循环作用后土体的含水量分布
    4.2.4机理分析
    4.2.5降温过程中的盐晶析出量
    4.3讨论
    第5章冻融和干湿综合作用下盐渍土水盐迁移规律
    5.1试验方法及原材料
    5.1.1单向冻结试验
    5.1.2模型试验
    5.2结果分析
    5.2.1冻结过程中水分迁移及土体变形
    5.2.2模型箱温度场变化
    5.2.3模型10 cm处水分和盐分变化
    5.2.4模型70 cm水分和盐分变化情况
    5.2.5电导率与水分的关系
    5.2.6表层盐分累积
    5.3讨论
    5.3.1冻融过程中的水盐迁移
    5.3.2盐渍土盐胀和冻胀成因分析
    第6章冻结过程中盐渍土水盐运移及变形机理研究
    6.1Na2SO4盐渍土的复杂性
    6.2材料与方法
    6.2.1土样制备
    6.2.2试验仪器与方法
    6.3试验结果分析
    6.3.1盐分对土体冻胀变形的影响
    6.3.2温度场分析
    6.3.3水分场分析
    6.3.4盐分重分布
    6.3.5水分补给
    6.4讨论
    第7章冻结过程中氯盐渍土水盐迁移及变形数值模拟
    7.1盐分对土体性质的影响
    7.1.1溶液的性质
    7.1.2盐分的作用
    7.2控制方程
    7.2.1应力平衡方程
    7.2.2水分迁移方程
    7.2.3盐分迁移方程
    7.2.4温度场方程
    7.3初始条件与边界条件
    7.4模型验证
    7.4.1温度场变化
    7.4.2水分重分布
    7.4.3盐分重分布
    7.4.4冻胀变形
    7.4.5溶液补给量
    7.5讨论
    7.5.1模型的适用性
    7.5.2盐分结晶对水盐迁移规律的影响
    参考文献
  • 肖泽岸:男,1989年生,山西朔州人,汉族,岩土工程博士。2012年毕业于兰州交通大学 土木工程学院 土木工程专业,获工学学士学位;2017年毕业于中国科学院大学 中国科学院西北生态环境资源研究院(筹) 冻土工程国家重点实验室 岩土工程专业,获工学博士学位,现为太原理工大学土木工程学院讲师,从事本科生《有限元基础理论》《板壳理论》《岩土工程测试技术》和《边坡与基础工程》的教学工作。目前主要研究方向为盐渍化冻土多场耦合试验和理论研究,主要包含盐渍土孔隙溶液的相变过程、水盐迁移过程、盐冻胀变形过程等内容的研究。在硕博期间,作为项目参与人员参加了国家自然科学基金重点项目(No.41230630);中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDY-SSW-DQC015)。在以上项目中,申请人主要负责室内试验、数据处理和相关理论分析的工作。目前承担国家自然科学青年基金一项(No. 41801044),山西省高等学校科技创新项目一项(No. 2019L0304)。在本项目中,主要负责项目总体安排,部分试验,数据处理以及结果汇总等工作。
    
  • 本成果是作者在中国科学院西北生态环境资源研究院时成果的总结,将物理化学的相关理论应用到寒区的盐渍土研究中,从而形成寒区盐渍土研究独特的学术观点。