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基于热质传递效应的准稳态结霜模型改进及数值验证
1
作者 吴林凯 林志敏 王良璧 《化工学报》 北大核心 2025年第8期4004-4016,共13页
基于相变结霜本质为热质传递的原理,进一步考虑霜层孔隙率逐渐降低和热阻增大分别致使水蒸气扩散能力和换热效果下降的实际情况,进而引入有效扩散系数D_(eff)和当量传热系数h_(eq)。同时,修正了传质因子j_(m)和传热因子j_(h)的计算式,... 基于相变结霜本质为热质传递的原理,进一步考虑霜层孔隙率逐渐降低和热阻增大分别致使水蒸气扩散能力和换热效果下降的实际情况,进而引入有效扩散系数D_(eff)和当量传热系数h_(eq)。同时,修正了传质因子j_(m)和传热因子j_(h)的计算式,将无量纲参数J(j_(m)/j_(h))耦合至准稳态结霜模型中,从而对霜层特性参数进行了合理修正。为验证改进模型的预测准确性,与Lee模型、Lenic模型和Wong模型的计算结果以及7个典型实验工况的38组测量数据进行了对比验证。结果表明,该模型预测精度相较上述模型分别提升了31.81%、64.57%和50.64%。此外,模型预测值与典型工况下的实验数据吻合较好,所有工况下霜层厚度的平均误差小于6.57%,霜层密度的平均误差不足7.10%,霜层表面温度及结霜量的平均误差分别为8.41%和9.59%。 展开更多
关键词 相变 传热 传质 准稳态结霜模型 数值模拟
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冷库蒸发器表面结霜特性的模拟研究
2
作者 张福清 姚晔 +1 位作者 渠海燕 崔波 《河北科技大学学报》 北大核心 2025年第2期119-128,共10页
针对冷库蒸发器结霜导致换热效率显著下降、对冷库造成损坏的问题,基于传热传质理论,结合实际冷库数据,建立了一个适用于冷库结霜状态的空气传热系数修正关系式,并构建了冷库蒸发器表面结霜动态模型,然后借助冷库蒸发器表面结霜实验平... 针对冷库蒸发器结霜导致换热效率显著下降、对冷库造成损坏的问题,基于传热传质理论,结合实际冷库数据,建立了一个适用于冷库结霜状态的空气传热系数修正关系式,并构建了冷库蒸发器表面结霜动态模型,然后借助冷库蒸发器表面结霜实验平台验证该模型的准确性,探讨不同回风温度、回风湿度及风速条件对霜层生长及蒸发器换热效率的影响。结果表明:增加回风湿度以及风速、降低回风温度,均会加速蒸发器表面的结霜进程;高湿度(0.6 g/kg)、低温度(-22℃)工况会提高霜层厚度的增长速率和蒸发器换热效率的下降速率;高风速(4.4 m/s)工况会提高霜层表面温度,结霜驱动力减小。建立的蒸发器结霜模型较为贴近实际工况,为冷库除霜控制策略提供了一定的模型基础与理论参考。 展开更多
关键词 制冷与低温工程 结霜动态模型 冷库 蒸发器 霜层厚度 换热效率
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黄河砂高延性水泥基复合材料的冻融损伤特性与模型研究
3
作者 范嘉慧 张艺珂 元成方 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第6期2060-2069,共10页
为了研究黄河砂高延性水泥基复合材料(ECC)的抗冻耐久性能,开展快速冻融循环试验,研究分析不同黄河砂取代率下ECC材料的质量损失率、相对动弹性模量、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度变化规律,基于黄河砂取代率的多维评估,得到了最优黄河... 为了研究黄河砂高延性水泥基复合材料(ECC)的抗冻耐久性能,开展快速冻融循环试验,研究分析不同黄河砂取代率下ECC材料的质量损失率、相对动弹性模量、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度变化规律,基于黄河砂取代率的多维评估,得到了最优黄河砂取代率;借助扫描电子显微镜和X射线计算机断层成像试验,进一步分析了最优取代率下ECC材料的微观特征和抗冻机理。研究表明:经历150次冻融循环后,5组ECC试件的相对动弹性模量均不低于97%,且抗压强度和劈裂抗拉强度随着黄河砂取代率的增加而增大。多维评估分析结果表明,100%取代率下黄河砂ECC抗冻性能最佳。微观分析表明,黄河砂ECC孔隙分布均匀、小孔比例较高,内部水化程度较高,纤维黏结性良好。基于Weibull概率分布的冻融损伤模型可较好地预测黄河砂ECC的冻融损伤状态。 展开更多
关键词 黄河砂 高延性水泥基复合材料 取代率 抗冻性能 冻融模型
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盐冻环境下橡胶改性混凝土的抗冻性能及损伤模型研究
4
作者 李高阳 韦锋 《功能材料》 北大核心 2025年第7期7103-7112,共10页
以橡胶颗粒为增强相,通过硅烷偶联剂KH-570对橡胶进行硅烷化改性处理,将改性后的橡胶颗粒掺入混凝土中,探究了KH-570改性处理对橡胶颗粒亲水性能、官能团结构的影响,以及改性处理的橡胶颗粒对混凝土力学性能、微观形貌、孔隙结构、抗冻... 以橡胶颗粒为增强相,通过硅烷偶联剂KH-570对橡胶进行硅烷化改性处理,将改性后的橡胶颗粒掺入混凝土中,探究了KH-570改性处理对橡胶颗粒亲水性能、官能团结构的影响,以及改性处理的橡胶颗粒对混凝土力学性能、微观形貌、孔隙结构、抗冻性能的影响,并通过建立混凝土的损伤模型来评估混凝土的预估使用寿命。结果表明,采用KH-570对橡胶改性处理后,在橡胶颗粒表面引入了大量含氧官能团,橡胶颗粒的表面水接触角从138°降低至69.3°,由疏水性转变为亲水性。改性后的橡胶颗粒与水泥基体的界面粘接强度增强,孔隙和裂纹数量减少。改性橡胶颗粒掺杂量5%(质量分数)的混凝土试样的总孔隙率降至9.722%,28 d龄期的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别伟40.2和6.2 MPa。在冻融循环150次时,改性橡胶颗粒掺杂量5%(质量分数)的混凝土试样的质量损失率和相对动弹性模量分别为1.42%和76.6%,具有最优的抗冻性能,通过损伤模型预测出该混凝土预估使用寿命为29.45年。 展开更多
关键词 橡胶 表面改性 混凝土 抗冻性能 损伤模型
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低温表面冷凝结霜特性预测模型研究进展
5
作者 宋孟杰 孔德翰 +5 位作者 余思锐 赵玉刚 陈宁立 王海东 张龙 张旋 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第5期38-58,共21页
结霜是日常生活与工业生产中常见的低温物理现象,且往往产生负面影响。结霜模拟技术不仅有助于深入理解结霜过程,还可为防/除霜技术的发展提供理论指导,降低或避免能源、航天、交通、电力、冷藏等领域因霜导致的潜在危害。为充分理解结... 结霜是日常生活与工业生产中常见的低温物理现象,且往往产生负面影响。结霜模拟技术不仅有助于深入理解结霜过程,还可为防/除霜技术的发展提供理论指导,降低或避免能源、航天、交通、电力、冷藏等领域因霜导致的潜在危害。为充分理解结霜这一非均匀、变密度、移动边界、连续相变的复杂传热传质与流动耦合过程,分别基于低温表面冷凝结霜过程中液滴冷凝、凝固凸起、虚霜生长、霜层成熟四阶段及霜冻气候的既有模型研究成果进行梳理分析。结果表明:液滴冷凝阶段,既有模型对液滴粒径、成核速率等指标的模拟精度可达80%以上;凝固凸起阶段,冻结锋面高度、冻结时长等参数的模拟精度可达85.3%;虚霜生长与霜层成熟阶段,霜层厚度、霜层密度等指标的模拟精度可达82%以上;霜冻气候模拟与预测的准确率最高则可达88.4%。既有结霜模拟技术依原理差异可分为基于物理学和数学的数理模型、基于计算流体力学和数值方法的数值模拟和基于统计学和机器学习的数据分析模型3种,其中,数据分析模型类结霜模型多用于霜层生长阶段,因该阶段在结霜全周期中占时长、预测参数多且精度高而具最大发展潜力。低温表面冷凝结霜全过程中,液滴成核过程模拟因尺度小、变化快、影响因素多且处于枝晶生长前期而难度大,霜层生长中后期的枝晶周期性倒融再生过程因霜层内部微孔隙结构变化剧烈、精密测量时因物理遮挡无法观察而亦属当下挑战。本文结论为复杂场景下结/除/防/控霜等涉霜涉冰基础研究及技术开发等提供了参考与借鉴。 展开更多
关键词 冷凝结霜 数理模型 数值模拟 液滴凝固 枝晶生长 倒融再生
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扩底桩抗冻拔数值模拟及锚固特性
6
作者 徐德超 黄旭斌 +2 位作者 许健 史向阳 张炳祺 《兰州大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期285-290,共6页
为研究季节性冻土区扩底桩锚固特性,采用决定系数对水-热-力耦合模型的合理性进行评价,对比分析单向冻结条件下扩底桩和直桩的冻拔变形、切向冻胀力、锚固力和锚固因子.结果表明,模型计算得到的冻拔量及冻结深度规律与试验数据基本一致... 为研究季节性冻土区扩底桩锚固特性,采用决定系数对水-热-力耦合模型的合理性进行评价,对比分析单向冻结条件下扩底桩和直桩的冻拔变形、切向冻胀力、锚固力和锚固因子.结果表明,模型计算得到的冻拔量及冻结深度规律与试验数据基本一致,验证了模型的正确性和可靠性.冻结过程中,扩大头所产生的最大锚固力较直桩相同部位所产生的最大摩阻力提升140%.为衡量扩底桩锚固性能,将扩大头的锚固力与切向冻胀力的比值定义为抗冻拔锚固因子,扩底桩锚固因子随冻结深度的变化规律近似于指数分布,直桩锚固因子呈线性变化. 展开更多
关键词 水-热-力耦合模型 扩底桩 锚固特性 锚固因子 切向冻胀力
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基于Logistic回归的砀山春霜冻预测模型研究与应用
7
作者 张欣然 《安徽农学通报》 2025年第4期108-112,共5页
本研究利用2011—2018年3—5月砀山国家基本气象观测站日最低草面温度、日最低气温、日最低0 cm地温、日平均相对湿度、日最小相对湿度以及日平均露点温度观测数据和春霜冻资料,使用Logistic回归分析建立春霜冻预测模型,并对预测模型进... 本研究利用2011—2018年3—5月砀山国家基本气象观测站日最低草面温度、日最低气温、日最低0 cm地温、日平均相对湿度、日最小相对湿度以及日平均露点温度观测数据和春霜冻资料,使用Logistic回归分析建立春霜冻预测模型,并对预测模型进行计算和检验,利用MICAPS软件对模型进行应用。结果表明,采用Logistic回归方法得到的影响砀山春霜冻出现的解释因子为日最低气温、日最低0 cm地温以及日平均露点温度,将这3个因子作为变量建立预测模型。该模型的检验准确率和应用准确率均在90%以上。综上,本研究建立的春霜冻预测模型使用方便快捷、预测准确率高,可应用于实际生产。 展开更多
关键词 梨树 春霜冻 LOGISTIC回归 预测模型
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基于机器学习的白枇杷冻害预报技术
8
作者 申子彬 庞乐 郁懋楠 《农业工程》 2025年第4期33-37,共5页
为做好浙江省宁海县白枇杷精细化低温冻害预报,建立基于机器学习的低温冻害预报模型,以气温数值预报、地理信息资料作为输入变量,气温实况为输出变量,对9种不同模型开展筛选,确定渐进梯度回归树模型对低温预报效果最佳。应用2021—2023... 为做好浙江省宁海县白枇杷精细化低温冻害预报,建立基于机器学习的低温冻害预报模型,以气温数值预报、地理信息资料作为输入变量,气温实况为输出变量,对9种不同模型开展筛选,确定渐进梯度回归树模型对低温预报效果最佳。应用2021—2023年1、2和12月数据为训练集,以渐进梯度回归树模型建立低温预报模型,2024年1—2月数据为测试集开展检验。结果表明,该模型对气温数值预报有订正作用,平均缩小站点低温预报误差0.29℃,并且将低温预报空间分辨率由5 km×5 km精细到200 m×200 m。该模型有效提高白枇杷冻害预报的准确性和精细度,有较好的应用价值。 展开更多
关键词 机器学习 数值预报 白枇杷 冻害 预测模型
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高地下水位及冬灌效应下宁夏引黄灌区渠道冻胀破坏试验研究
9
作者 蒋佳莉 陆立国 李瀚翔 《节水灌溉》 北大核心 2025年第5期21-27,33,共8页
为进一步探析高地下水位及冬灌效应下弧形坡脚梯形渠道冻害机理及过程,以宁夏引黄灌区秦渠为原型,基于COMSOL软件建立水热力耦合模型,并开展了与实测数据对比分析。结果表明:数值模拟与2 a原型监测的温度、水分、位移场分布规律较为一致... 为进一步探析高地下水位及冬灌效应下弧形坡脚梯形渠道冻害机理及过程,以宁夏引黄灌区秦渠为原型,基于COMSOL软件建立水热力耦合模型,并开展了与实测数据对比分析。结果表明:数值模拟与2 a原型监测的温度、水分、位移场分布规律较为一致,验证了数值耦合模型的合理性;在高地下水位埋深1.0 m工况下,冻结期内铺设苯板较无苯板在冻深表现、水分迁移、冻胀变形分布上均存在一定程度改善,以改善下截面应力分布程度最优;铺设6 cm苯板较无苯板仅能有效提升基土20 cm水热分布,仍需合理增设厚度,且应继续深化冻深范围内渠底、阴坡侧非等厚差异化抗冻胀结构设计以及考虑冬灌渗漏补给的数值耦合模型研究。 展开更多
关键词 引黄灌区 弧形坡脚梯形渠道 冻胀破坏 原型监测 数值模拟 水热力耦合模型
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基于改进后Sherwood-Frost本构模型对EPE冲击模拟 被引量：4
10
作者 雷鹏 付志强 +2 位作者 张蕾 徐雅 曹恩国 《包装工程》 CAS 北大核心 2019年第7期32-37,共6页
目的为了改进Sherwood-Frost本构模型,提升EPE高速、大变形冲击仿真精度。方法通过万能材料试验机对EPE进行静态压缩试验,获得不同压缩速率下的应力-应变曲线,结合热激活机制Seeger模型与反比例函数模型,对Sherwood-Frost本构模型应变... 目的为了改进Sherwood-Frost本构模型,提升EPE高速、大变形冲击仿真精度。方法通过万能材料试验机对EPE进行静态压缩试验,获得不同压缩速率下的应力-应变曲线,结合热激活机制Seeger模型与反比例函数模型,对Sherwood-Frost本构模型应变率项进行改进,并用试验验证模型的可靠性;基于改进后的Sherwood-Frost本构模型,以ABAQUS软件为平台,对EPE材料进行冲击模拟仿真,并用试验数据验证仿真的准确性。结果模拟仿真结果与试验数据吻合良好;在冲击高度为1200,1300 mm的条件下,最大加速度误差分别为6%,2.03%。结论改进后的Sherwood-Frost本构模型具有良好的可靠性;基于该模型对EPE进行高速、大变形的冲击仿真,准确性较高。 展开更多
关键词 发泡聚乙烯 Sherwood-frost本构模型 冲击 仿真
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基于Sherwood-Frost模型构建聚乙烯泡沫拉伸本构 被引量：1
11
作者 张武杰 付志强 +2 位作者 刘艳华 何争辉 刘昊喆 《包装工程》 CAS 北大核心 2022年第11期161-167,共7页
目的研究聚乙烯泡沫的拉伸力学性能,并构建聚乙烯泡沫的拉伸本构模型。方法利用万能材料试验机对不同密度的聚乙烯泡沫进行不同拉伸速率的单轴拉伸实验,得到聚乙烯泡沫的拉伸应力–应变曲线;在Sherwood–Frost唯象本构模型框架的基础上... 目的研究聚乙烯泡沫的拉伸力学性能,并构建聚乙烯泡沫的拉伸本构模型。方法利用万能材料试验机对不同密度的聚乙烯泡沫进行不同拉伸速率的单轴拉伸实验,得到聚乙烯泡沫的拉伸应力–应变曲线;在Sherwood–Frost唯象本构模型框架的基础上,构建将密度和应变耦合的密度项,以及将应变率、应变和密度耦合的应变率项的拉伸本构模型。结果聚乙烯泡沫在断裂前的拉伸力学特性为非线性弹性,表现出明显的应变率强化效应,现有的密度项和应变率项与实验数据的拟合精度较低,最大平均误差分别可达11.76%、7.90%。新构建的密度项和应变率项与实验数据拟合精度较好,最大平均误差分别为1.17%、1.92%。结论新构建的拉伸本构模型能够更精确地描述聚乙烯泡沫单轴拉伸的应力应变关系,为聚乙烯泡沫的综合力学性能的进一步研究提供参考。 展开更多
关键词 聚乙烯泡沫 拉伸力学性能 Sherwood-frost本构模型 应变率效应
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冻融诱发平面滑移型岩质边坡失稳模型试验研究 被引量：1
12
作者 梁博 杨更社 +4 位作者 冯伟 潘振兴 孙杰龙 刘慧 陈奇 《西安科技大学学报》 北大核心 2024年第6期1118-1126,共9页
为研究平面滑移型岩质边坡冻融失稳机制,基于相似理论开展了含主控裂隙边坡模型冻融试验,监测冻融循环全过程中温度、冻胀力、裂隙端部应变、滑体位移及声发射等响应特征。结果表明:冻融过程中裂隙内不同位置温度变化规律一致,可分为快... 为研究平面滑移型岩质边坡冻融失稳机制,基于相似理论开展了含主控裂隙边坡模型冻融试验,监测冻融循环全过程中温度、冻胀力、裂隙端部应变、滑体位移及声发射等响应特征。结果表明:冻融过程中裂隙内不同位置温度变化规律一致,可分为快速降温与过冷、潜热释放与相变结冰、持续降温与冻结、裂隙冰升温与吸热、裂隙冰融化、完全融化等6个阶段;冻胀力峰值随冻融循环次数增加而减小;单次冻融循环过程中冻胀力大小与温度相关,冻胀力峰值出现于冻结相变结冰阶段,二次冻胀峰值出现于裂隙冰融化阶段;滑体在冻融0~5次内位移较小,最大仅为0.5 mm,冻融6~14次垂直位移缓慢下降,水平位移呈“台阶”状增大,最大达到3.8 mm,冻融15~19次位移基本保持不变,直至冻融第20次边坡失稳位移瞬间增大;冻融诱发边坡失稳过程可分为:冻胀损伤积累期、主控裂隙扩展期、裂隙扩展贯通期、滑面抗剪劣化期,其力学机制演化过程依次为“岩桥锁固”“岩桥-摩擦共锁”“摩擦锁固”“摩擦解锁”边坡失稳。研究结果为寒区岩质边坡冻融失稳机制研究提供一定参考。 展开更多
关键词 岩质边坡 冻融循环 模型试验 平面滑移 冻胀力 失稳机制
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具有防融霜装置的蒸发器结霜特性及性能仿真研究 被引量：1
13
作者 龚光彩 安劲霖 +1 位作者 张明发 胡文荃 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期442-449,共8页
以具有防融霜装置的蒸发器为研究对象,建立基于理想最小防融霜补热量和结霜量无量纲关联式的空气源热泵动态模型,并依据实验数据验证其精确性,通过数值模拟分析不同环境参数对具有防融霜装置的蒸发器性能的影响。结果表明:后置式与跨越... 以具有防融霜装置的蒸发器为研究对象,建立基于理想最小防融霜补热量和结霜量无量纲关联式的空气源热泵动态模型,并依据实验数据验证其精确性,通过数值模拟分析不同环境参数对具有防融霜装置的蒸发器性能的影响。结果表明:后置式与跨越式系统蒸发器换热系数要高于前置式与传统电辅热系统,霜层厚度更小,分布更均匀;当相对湿度一定时,蒸发器换热系数随温度升高而增大;当空气温度不变时,换热系数随相对湿度的下降而减小,霜层更均匀;温度对蒸发器换热系数的影响比相对湿度更大。 展开更多
关键词 空气源热泵 蒸发器 动态模型 仿真模拟 防融霜装置 结霜特性
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补气增焓准二级压缩空气源热泵理论最佳除霜量研究 被引量：1
14
作者 刘向龙 杨浩 +3 位作者 罗宸 胡广 刘泽澎 周茂军 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期407-414,共8页
为解决能源浪费的问题,通过引入相关结霜模型进行理论分析,结合实验数据得出“理论最佳除霜量”的半经验公式。为验证该公式有效性,针对某厂家的补气增焓准二级压缩空气源热泵进行不同工况下:空气相对湿度65%、70%、80%,对应的空气干球... 为解决能源浪费的问题,通过引入相关结霜模型进行理论分析,结合实验数据得出“理论最佳除霜量”的半经验公式。为验证该公式有效性,针对某厂家的补气增焓准二级压缩空气源热泵进行不同工况下:空气相对湿度65%、70%、80%,对应的空气干球温度-4~4℃的温度区间的实验测试。通过测试不同状态下的实际除霜量与“理论最佳除霜量”的半经验公式计算的理论除霜量进行比较,发现两者相对误差较小,保持在±10%以内,该公式对霜层后期的预测值较为准确,可作为设计补气增焓准二级压缩能够空气源热泵融霜时间控制的基准。 展开更多
关键词 空气源热泵 补气增焓 除霜 传热特性 最佳除霜量 结霜模型
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高地下水水位冻土区梯形渠道衬砌冻胀破坏断裂力学模型
15
作者 吴浪 肖旻 +3 位作者 席琛 崔浩 杨晓松 葛建锐 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期148-154,163,共8页
冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上,综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论,提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架... 冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上,综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论,提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架。该模型将衬砌结构表面初始裂纹的失稳扩展及开裂破坏简化为Ⅰ型断裂力学问题,并提出应力强度因子与危险截面位置的计算方法。以塔里木灌区某梯形渠道为原型分析地下水埋深w对衬砌各截面应力强度因子K_(FⅠ)(x)及合理板厚d r的影响规律。结果表明:地下水补给条件对K_(FⅠ)(x)的大小影响显著;当w减小时,K_(FⅠ)(x)呈非线性增大,此时渠道冻害风险也增大,与事实相符。地下水埋深越浅,保证结构安全所需衬砌板的合理厚度d r越大;当地下水埋深为3.0 m时,建议使用的合理板厚为9.0 cm。研究结果可为寒区渠道的抗冻胀设计提供科学依据。 展开更多
关键词 梯形渠道 冻土 冻胀 断裂力学模型 高地下水位 非线性分布
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变暖背景下砾石换填对多年冻土区机场跑道下地温场的影响
16
作者 王娇娇 张虎 +15 位作者 金晓颖 黄帅 王宏伟 王文辉 詹涛 周刚义 车富强 李艳 李新宇 何瑞霞 张泽 张圣嵘 李国玉 童长江 王逊 金会军 《气候变化研究进展》 CSCD 北大核心 2024年第3期291-303,共13页
受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运... 受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明,换填使季节最大冻结深度(MSF)增加,且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后,通过比较不同换填深度(1.5(顶)~3.5(底)、1.5~4.5、1.5~5.5和1.5~6.5 m)的道基温度场变化,发现:换填底部深度达到4.5 m时,MSF变化的速率开始减小。最后,根据IPCC第六次评估报告(AR6)未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现,到2100年,在SSP2-4.5情景下,未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此,利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时,应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动层水热状态的影响,可为解决道基冻胀和融沉问题提供重要科学依据。 展开更多
关键词 多年冻土 机场跑道 地温 季节最大冻结深度(MSF) 数值模拟
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考虑冻拨影响的寒区渠道衬砌冻胀破坏力学模型分析 被引量：2
17
作者 李瀚翔 王正中 +3 位作者 陆立国 刘铨鸿 江浩源 薛博祥 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期103-112,共10页
地下水浅埋或窄深式衬砌渠道,渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大,容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害,而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用,建立了考虑冻拔的渠... 地下水浅埋或窄深式衬砌渠道,渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大,容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害,而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用,建立了考虑冻拔的渠道冻胀工程力学模型。以冻胀敏感土质为例,应用渠道水–热–力三场耦合数值模拟,研究不同渠坡倾角、不同宽深比、不同地下水位条件下冻胀情况,以探明渠道衬砌冻拔机理,明确冻拔产生时竖向与法向冻胀分布规律。提出了冻拔破坏发生的临界坡长、临界地下水位、冻拔危险位置计算方法,同时给出了冻拔状态下渠道衬砌板内力、渠坡抗冻拔强度等计算方法。结果表明:衬砌冻拔最大拉应力与冻深和渠坡倾角正相关,与地下水位负相关。经数值模型验证,最大拉应力误差为1.5%,冻拔位置误差在16.01%以内。宁夏灌区土质条件下,冻结线半径函数斜率范围为1.047~4.040。模型解释了小型渠道易整体冻拔上抬及宽浅式渠道抗冻拔优越的原因,可以对渠道衬砌抗冻胀结构进行定量分析,为工程设计、规范修订提供参考。 展开更多
关键词 渠基冻胀 冻拔 力学模型 冻胀破坏 临界坡长
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青藏铁路接触网异型桩基抗冻拔模型试验研究 被引量：1
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作者 周亚龙 王旭 +4 位作者 蒋代军 刘德仁 何菲 晏昌 牛富俊 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期677-684,共8页
保证接触网支柱桩基础的冻拔稳定性是青藏铁路格拉段电气化改造工程建设中的关键问题之一,为研究不同截面形式桩(等截面圆形桩Z1、直锥柱形桩Z2及曲锥柱形桩Z3)的抗冻拔性能,以青藏线路基填料为试验土体,进行3个冻融循环的室内模型试验... 保证接触网支柱桩基础的冻拔稳定性是青藏铁路格拉段电气化改造工程建设中的关键问题之一,为研究不同截面形式桩(等截面圆形桩Z1、直锥柱形桩Z2及曲锥柱形桩Z3)的抗冻拔性能,以青藏线路基填料为试验土体,进行3个冻融循环的室内模型试验,得到冻融作用下接触网支柱桩基础的地温、桩顶位移及桩身应力的分布规律.试验结果表明:路基体的冻结(融化)是二维冻结(融化),接触网支柱桩基础附近的冻结深度约为30 cm;路肩处土体的竖向冻胀位移为4.30 mm,Z1的竖向冻拔量为0.26 mm,Z2与Z3的竖向冻拔量分别为Z1的46%、58%,3根桩的桩顶均产生约0.1 mm的水平位移;冻结过程中桩基整体受拉,冻深附近桩身轴力最大;切向冻胀应力的最大值出现在地表附近,曲锥柱形桩切向冻胀总力最小,抗冻拔效果最好. 展开更多
关键词 多年冻土 接触网支柱桩基础 异型桩 模型试验 冻融作用 冻拔特性
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差异冻胀条件下双参数地基梯形渠道冻胀变形的计算模型
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作者 肖旻 杨晓松 +3 位作者 王正中 吴浪 崔浩 席琛 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期129-139,共11页
衬砌冻胀变形便于监测且易于控制,成为《渠系工程抗冻胀设计规范SL23-2006》明确提出的渠道抗冻胀设计控制指标,但规范没有提供差异冻胀变形的具体计算方法。为便捷、合理计算差异冻胀条件下衬砌结构冻胀变形,在现有研究基础上,考虑渠... 衬砌冻胀变形便于监测且易于控制,成为《渠系工程抗冻胀设计规范SL23-2006》明确提出的渠道抗冻胀设计控制指标,但规范没有提供差异冻胀变形的具体计算方法。为便捷、合理计算差异冻胀条件下衬砌结构冻胀变形,在现有研究基础上,考虑渠道断面各点地下水位逐点不同及渠基冻土受力变形的连续性,基于双参数冻土地基理论构建了差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀变形与内力计算模型。以甘肃省靖会总干渠为算例,将该模型退化为均匀冻胀条件下的Winkler模型并进行对比分析,结果表明传统Winkler模型可视为该研究模型的特殊情形。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,用幂级数方法对该研究模型进行求解,并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行了对比分析。结果表明:应用该研究模型、传统Winkler模型、材料力学方法计算的冻胀变形与观测值的平均相对误差分别为4.31%、9.23%、17.45%,均方根误差分别为0.17、0.29、0.47 cm。可见与材料力学法、传统Winkler模型相比,考虑冻土-衬砌相互作用及冻土中剪力扩散的双参数地基模型能更好地反映差异冻胀条件下梯形渠道的力学行为,计算值与观测值更加一致。通过把形式多样的渠基土自由冻胀量分布统一展开成幂级数形式,可以有效提高模型对不同复杂基土差异冻胀模式的通用性。研究为差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀力学分析提供了一种有效的计算模型。 展开更多
关键词 渠道 模型 土壤 冻土 双参数地基 差异冻胀
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联合PS-InSAR技术与多变量LSTM神经网络的高铁路基冻胀形变预测研究 被引量：4
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作者 李鑫 魏冠军 张德龙 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2024年第1期58-64,共7页
针对传统形变监测及预测难以做到大范围监测和精准预测的问题,本文提出了联合PS-InSAR技术和多变量长短期记忆(M-LSTM)神经网络监测和预测高铁路基冻胀形变的方法。首先,该方法利用PS-InSAR技术获取路基冻胀空间分布特征;然后,使用皮尔... 针对传统形变监测及预测难以做到大范围监测和精准预测的问题,本文提出了联合PS-InSAR技术和多变量长短期记忆(M-LSTM)神经网络监测和预测高铁路基冻胀形变的方法。首先,该方法利用PS-InSAR技术获取路基冻胀空间分布特征;然后,使用皮尔逊相关系数法优化出3种冻胀诱发因素,所得数据经预处理后组成训练数据;最后,引入LSTM构建智能化、多变量冻胀预测模型,精确地预测路基冻胀形变趋势。研究结果表明,PS-InSAR技术在大范围形变监测中具有可靠性,M-LSTM模型预测精度比传统神经网络模型更高,平均判定系数(R^(2))、平均绝对误差(MAE)和平均均方根误差(RMSE)分别为0.973、0.024 mm和0.035 mm,说明M-LSTM模型在高铁路基冻胀形变预测中具有较好的应用价值,同时也为路基冻胀形变预测提供了新思路。 展开更多
关键词 PS-INSAR 多变量LSTM模型 高铁路基冻胀 形变预测
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