使用双针热脉冲(dual probe heat pulse, DPHP)测定冻土热特性时施加热脉冲后会导致加热探针周围的冰融化,使用目前常用的仅考虑热传导(忽略融化相变、冰水两相分界面)的解析解处理DPHP温度数据,会导致在-5℃至0℃温度范围内无法准确测量热导率(λ)和比热(Cv)。为了能够准确测定冻土的λ和Cv,有必要考虑DPHP加热过程中引起的冰融化的相变潜热。该研究基于COMSOL仿真软件模拟了考虑相变潜热、相变区间以及移动冰水界面的DPHP测量过程,采用随温度非线性变化的真实冻土热特性进行模拟,并与真实冻土的DPHP测量数据对比。结果表明:1)COMSOL仿真在不考虑相变条件下与无限线性热源模型结果完全吻合(R2=0.998 9);2)当土壤初始温度低于-5℃时,考虑相变发生的COMSOL仿真能够准确模拟试验结果,表现出较高的相关性(R2> 0.93),在-1~0℃的土壤初始温度范围内,无限线性热源模型的结果与试验测量显著偏离(R2 <0.001 3);3...
对人工冻结工程灾害过程中发生的人工冻土水热侵蚀问题进行了概念上的定义,并指出该问题的实质是双移动边界位置的确定。采用自行研制的冻土侵蚀室内模拟试验装置对该问题进行研究,介绍了试验装置及测点布置情况,给出双移动位置的定量判定标准。选择影响水热侵蚀的水流速率、冻土初始温度、土体含水率3个主要因素作为试验变量,采用控制变量法进行试验分组,得到不同情况下双边界随时间的移动变化情况。试验研究发现:双边界移动速率随流速呈现两阶段变化规律,即先快速增加后平稳趋势,表明冻土的存在使侵蚀速率大大减缓;冻土初始温度对于边界移动的影响并不明显,3种情况下侵蚀边界移动情况基本一致;土体饱和与否对水热侵蚀边界移动有很大影响,土体未饱和时对应的潜蚀速率明显大于饱和时的潜蚀速率。