为量化分析典型黑土农耕地在冻结过程中的剖面水热耦合特征，以东北典型黑土区耕层土壤为研究对象，通过室内单土柱模拟试验，并结合COMSOL Multiphysics模型PDE模块，实现黑土冻结过程中温度场与水分场的耦合求解。结果表明：（1）COMSOL模型可实现黑土剖面冻结过程的水热耦合分析，温度场（R2=0.83,RMSE=0.91℃）与水分场拟合效果（R2=0.88,RMSE=0.02 cm/cm3）均较好，可满足拟合精度需要；（2）黑土农耕地剖面温度的变化速率呈先快速冷却后缓慢趋于稳定的变化趋势，且越接近冷端，土壤温度下降至稳定阶段的速率越快；（3）黑土农耕地剖面水分场在冻结过程中呈明显的水分重分布现象，且在冻结峰面呈现暖端聚集速率快[0.000 93～0.001 00 cm/（cm3·h）]而冷端反之[0.000 34～0.000 42 cm/（cm3·h）]的冰晶聚集现象。研究结果可为黑土冻结水热运移规律分析提供技术支持，并为黑土冻融—水力复合侵蚀机理研究和剖面水热动态模...
为量化分析典型黑土农耕地在冻结过程中的剖面水热耦合特征，以东北典型黑土区耕层土壤为研究对象，通过室内单土柱模拟试验，并结合COMSOL Multiphysics模型PDE模块，实现黑土冻结过程中温度场与水分场的耦合求解。结果表明：（1）COMSOL模型可实现黑土剖面冻结过程的水热耦合分析，温度场（R2=0.83,RMSE=0.91℃）与水分场拟合效果（R2=0.88,RMSE=0.02 cm/cm3）均较好，可满足拟合精度需要；（2）黑土农耕地剖面温度的变化速率呈先快速冷却后缓慢趋于稳定的变化趋势，且越接近冷端，土壤温度下降至稳定阶段的速率越快；（3）黑土农耕地剖面水分场在冻结过程中呈明显的水分重分布现象，且在冻结峰面呈现暖端聚集速率快[0.000 93～0.001 00 cm/（cm3·h）]而冷端反之[0.000 34～0.000 42 cm/（cm3·h）]的冰晶聚集现象。研究结果可为黑土冻结水热运移规律分析提供技术支持，并为黑土冻融—水力复合侵蚀机理研究和剖面水热动态模...
为量化分析典型黑土农耕地在冻结过程中的剖面水热耦合特征，以东北典型黑土区耕层土壤为研究对象，通过室内单土柱模拟试验，并结合COMSOL Multiphysics模型PDE模块，实现黑土冻结过程中温度场与水分场的耦合求解。结果表明：（1）COMSOL模型可实现黑土剖面冻结过程的水热耦合分析，温度场（R2=0.83,RMSE=0.91℃）与水分场拟合效果（R2=0.88,RMSE=0.02 cm/cm3）均较好，可满足拟合精度需要；（2）黑土农耕地剖面温度的变化速率呈先快速冷却后缓慢趋于稳定的变化趋势，且越接近冷端，土壤温度下降至稳定阶段的速率越快；（3）黑土农耕地剖面水分场在冻结过程中呈明显的水分重分布现象，且在冻结峰面呈现暖端聚集速率快[0.000 93～0.001 00 cm/（cm3·h）]而冷端反之[0.000 34～0.000 42 cm/（cm3·h）]的冰晶聚集现象。研究结果可为黑土冻结水热运移规律分析提供技术支持，并为黑土冻融—水力复合侵蚀机理研究和剖面水热动态模...
寒区土体的冻胀融沉特性对结构物稳定带来极大挑战，冻土冻融作用机理的研究对寒区冻融灾害预防具有极其重大的意义。文中通过质量守恒定律以及能量守恒定律建立寒区一维土柱水分场、温度场数值模型，考虑冰水相变引起土体内部应力变化以建立应力场。构建一维非饱和土柱水热力耦合模型，通过与已有研究比对以验证三场耦合数值模型的准确性。研究表明：冻结锋面随冻结时间不断下移。在冻结初期，冻结锋面下移速度较快，在冻结后期冻结速度变缓，且土柱内温度成近似线性分布趋势。土柱内水分场在冻结锋面处出现明显的S形曲线。在冻结条件下，土柱发生竖向的冻胀变形，模拟结果与已有试验数据吻合良好，验证了该模型的合理性以及准确性。
通过模型试验和数值模拟的方法，研究了环境温度和土体含水率对冻土温度场的影响。结果表明：冻结过程中土体内温度场变化只表现为降温阶段、平稳变化阶段及再降温阶段，过冷阶段表现不明显；环境温度变化对降温阶段影响较小，对平稳变化阶段和再降温阶段影响较大，环境温度越低，平稳变化阶段持续时间越长，再降温阶段同一时刻同一深度处温度越低；含水率的变化对土体内温度场的影响在降温阶段较小，对平稳变化阶段和再降温阶段影响相对较大，含水率越大，平稳变化阶段持续时间越短，再降温阶段同一时刻同一深度处温度越低；且模型试验得到的冻土温度场变化规律与数值模拟结果基本一致。研究结果可为冻土地区工程建设及对冻土的进一步研究提供参考。
寒区土体的冻胀融沉特性对结构物稳定带来极大挑战，冻土冻融作用机理的研究对寒区冻融灾害预防具有极其重大的意义。文中通过质量守恒定律以及能量守恒定律建立寒区一维土柱水分场、温度场数值模型，考虑冰水相变引起土体内部应力变化以建立应力场。构建一维非饱和土柱水热力耦合模型，通过与已有研究比对以验证三场耦合数值模型的准确性。研究表明：冻结锋面随冻结时间不断下移。在冻结初期，冻结锋面下移速度较快，在冻结后期冻结速度变缓，且土柱内温度成近似线性分布趋势。土柱内水分场在冻结锋面处出现明显的S形曲线。在冻结条件下，土柱发生竖向的冻胀变形，模拟结果与已有试验数据吻合良好，验证了该模型的合理性以及准确性。
通过模型试验和数值模拟的方法，研究了环境温度和土体含水率对冻土温度场的影响。结果表明：冻结过程中土体内温度场变化只表现为降温阶段、平稳变化阶段及再降温阶段，过冷阶段表现不明显；环境温度变化对降温阶段影响较小，对平稳变化阶段和再降温阶段影响较大，环境温度越低，平稳变化阶段持续时间越长，再降温阶段同一时刻同一深度处温度越低；含水率的变化对土体内温度场的影响在降温阶段较小，对平稳变化阶段和再降温阶段影响相对较大，含水率越大，平稳变化阶段持续时间越短，再降温阶段同一时刻同一深度处温度越低；且模型试验得到的冻土温度场变化规律与数值模拟结果基本一致。研究结果可为冻土地区工程建设及对冻土的进一步研究提供参考。
寒区土体的冻胀融沉特性对结构物稳定带来极大挑战，冻土冻融作用机理的研究对寒区冻融灾害预防具有极其重大的意义。文中通过质量守恒定律以及能量守恒定律建立寒区一维土柱水分场、温度场数值模型，考虑冰水相变引起土体内部应力变化以建立应力场。构建一维非饱和土柱水热力耦合模型，通过与已有研究比对以验证三场耦合数值模型的准确性。研究表明：冻结锋面随冻结时间不断下移。在冻结初期，冻结锋面下移速度较快，在冻结后期冻结速度变缓，且土柱内温度成近似线性分布趋势。土柱内水分场在冻结锋面处出现明显的S形曲线。在冻结条件下，土柱发生竖向的冻胀变形，模拟结果与已有试验数据吻合良好，验证了该模型的合理性以及准确性。
通过模型试验和数值模拟的方法，研究了环境温度和土体含水率对冻土温度场的影响。结果表明：冻结过程中土体内温度场变化只表现为降温阶段、平稳变化阶段及再降温阶段，过冷阶段表现不明显；环境温度变化对降温阶段影响较小，对平稳变化阶段和再降温阶段影响较大，环境温度越低，平稳变化阶段持续时间越长，再降温阶段同一时刻同一深度处温度越低；含水率的变化对土体内温度场的影响在降温阶段较小，对平稳变化阶段和再降温阶段影响相对较大，含水率越大，平稳变化阶段持续时间越短，再降温阶段同一时刻同一深度处温度越低；且模型试验得到的冻土温度场变化规律与数值模拟结果基本一致。研究结果可为冻土地区工程建设及对冻土的进一步研究提供参考。
以黑龙江干流堤防工程实际环境为研究基础,依托水分迁移试验装置,测试了干流堤防典型砂性土试样在冻融循环下的温度场、水分场、应力场的分布情况。结果表明:堤顶混凝土公路破坏与堤身不均匀沉降有关,温度变化引起堤基含水率出现梯度变化,从而出现应力场变化,且温度梯度含水率梯度呈线性关系。地基稳定冻结深度达到1.12 m。结合实测数据建立季节性冻土区堤防基础的水、热、力三场耦合模型,最后利用ANSYS有限元分析软件进行模拟分析,证明该模型在堤防工程上的实用性。