土體凍融過程中水、熱、力三場耦合機(jī)理研究2003年工作總結(jié)

寧建國王慧

王建省北京理工大學(xué)土體凍融過程中水、熱、力三場耦合機(jī)理研究中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項目

提綱一、課題完成情況二、研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和研究方法三、研究目標(biāo)的實現(xiàn)情況四、下一階段的工作計劃一、課題完成情況對所建立模型進(jìn)行數(shù)值模擬，為編制適用于該模型的計算程序做一些工作。調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)、資料，分析土、冰的特性。l

研究飽和凍土體中的土、未凍水、冰與溫度、應(yīng)力之間的相互作用關(guān)系，建立基本分析模型。

從細(xì)觀機(jī)理對由土、冰組成的凍土體進(jìn)行分析，以找到一種合適的物理模型來描述凍土的物理力學(xué)性質(zhì)。建立完全由土和冰組成的凍土的本構(gòu)模型。

建立土、冰、水組成的凍土的本構(gòu)模型。

初步建立考慮溫度影響的凍土體的本構(gòu)模型。編制數(shù)值計算程序，對凍土體的凍脹融沉進(jìn)行初步計算。

2.1當(dāng)年研究目標(biāo)二、研究目標(biāo)、內(nèi)容和方法用細(xì)觀分析方法建立完全由土和冰組成的飽和凍土體的本構(gòu)模型。借鑒土力學(xué)的分析方法建立由土、冰、水組成的飽和凍土體的本構(gòu)模型。研究溫度對飽和凍土體本構(gòu)關(guān)系的影響，考慮冰、水之間的相變轉(zhuǎn)化對凍土本構(gòu)關(guān)系的影響。以飛箭軟件為平臺，對一些實際問題編制計算程序，并在此基礎(chǔ)上對程序進(jìn)行修改和調(diào)試，以符合我們所提出的模型要求。

2.2當(dāng)年研究內(nèi)容從復(fù)合材料的細(xì)觀機(jī)理出發(fā)研究凍土的本構(gòu)關(guān)系，并通過對各種細(xì)觀模型與實驗數(shù)據(jù)和工程實際的比較，選擇一種合適的模型來描述凍土的本構(gòu)關(guān)系，以便能更準(zhǔn)確地描述實際凍土體的力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。2.3研究方法彈性力學(xué)、凍土力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、傳熱學(xué)、滲流理論等多學(xué)科問題的綜合研究。

凍融過程中冰、水相變和轉(zhuǎn)化機(jī)理的描述。

基于溫度、水分影響下凍土的三場耦合的本構(gòu)模型的建立。

程序的編寫和調(diào)試。

2.4關(guān)鍵技術(shù)問題三、研究目標(biāo)的實現(xiàn)情況土體的本構(gòu)方程：

冰的本構(gòu)方程：

3.1土、冰的混合本構(gòu)關(guān)系

基本假設(shè)：凍土體中的土顆粒為均勻連續(xù)體，土顆粒與冰之間完全粘結(jié)。

由復(fù)合材料理論中的經(jīng)典混合率思想，認(rèn)為土顆粒與冰具有相同的應(yīng)變狀態(tài)，根據(jù)骨架與填充體變形的一致性，有：在土、冰組成的微元體內(nèi)，土和冰的體積含量分別為和，且滿足關(guān)系式：。等效剪切模量為：記