土/岩体的冻融回滞及水分迁移综合机制研究

作者:陈汉青; 程桦*; 曹璐; 荣传新; 姚直书; 蔡海兵
来源:岩石力学与工程学报, 2022, 41(11): 2365-2375.
DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2022.0083

摘要

为阐明土/岩体在冻融过程中产生的冻融回滞与不均匀冻胀现象,对冻融回滞与冻融水分迁移机制开展研究。首先,根据广义Clapeyron方程和Gibbs-Thomson方程,给出任意弯曲界面液相水的冻结温度方程,构建毛细管的冻结与融化模型;据此,引入抗冻性较差的“主干–旁枝型”孔隙结构,构建毛细–薄膜水的冻融回滞三角形模型;最后,通过低场核磁共振试验,验证该模型的正确性。研究表明:(1)由于冻融边界曲率差异,致使毛细压力为界面压力2倍,造成融化温度仅为冻结温度的1/2;(2)界面压力仅与边界条件有关,与冻融过程无关;(3)界面压力与理论冰压、理论吸力、迁移驱动力和表面吸附力无关,但与理论液压与净吸力成反比;(4)在界面压力作用下,净吸力在冻融过程中始终保持:PSuhi,1<PSuhi,2<PSuhi,3,从而驱动未冻水从微孔→次级孔→主干孔迁移、聚集并相变。总之,界面效应是产生冻融回滞和冻融水分迁移的主要原因。

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