为研究冻土一维热传导温度场模型试验相似准则，创新性提出基于微分方程解析解求取相似准则的方法，首先采用分离变量法得到了一维非线性热传导方程的解析解，再利用相似转换法推导出了考虑和不考虑热交换2种情况下冻土模型试验的相似准则，最后利用有限元软件ABAQUS验证相似准则的准确性。结果表明，当不考虑热交换时，时间的相似常系数始终是几何尺寸相似常系数的平方；当考虑热交换时，模型试验必须采用与原型不同的土体，此时得到的相似准则更具有理论意义和实际价值。该研究成果充分考虑了热传导过程中的边界条件，有望为非线性热传导问题的研究和模型试验设计提供理论参考。
为研究冻土一维热传导温度场模型试验相似准则，创新性提出基于微分方程解析解求取相似准则的方法，首先采用分离变量法得到了一维非线性热传导方程的解析解，再利用相似转换法推导出了考虑和不考虑热交换2种情况下冻土模型试验的相似准则，最后利用有限元软件ABAQUS验证相似准则的准确性。结果表明，当不考虑热交换时，时间的相似常系数始终是几何尺寸相似常系数的平方；当考虑热交换时，模型试验必须采用与原型不同的土体，此时得到的相似准则更具有理论意义和实际价值。该研究成果充分考虑了热传导过程中的边界条件，有望为非线性热传导问题的研究和模型试验设计提供理论参考。
冻土在我国分布十分广泛，冻胀现象是冻土区经常出现的问题，其导致的工程病害屡见不鲜。冻胀主要是由土体内部温度变化及水分迁移造成的，是一类极其复杂的温度、渗流及应力多场耦合问题。通过对冻土中的温度场进行分析，求解含冰量及孔隙率随温度变化条件下的冻土一般性瞬态热传导方程，获得其近似解析解并应用于冻土热传导过程的预测。通过与有限元计算所得精确解对比，验证其有效性。研究成果对冻土冻胀问题的深入研究具有一定的理论和实践意义。
冻土在我国分布十分广泛，冻胀现象是冻土区经常出现的问题，其导致的工程病害屡见不鲜。冻胀主要是由土体内部温度变化及水分迁移造成的，是一类极其复杂的温度、渗流及应力多场耦合问题。通过对冻土中的温度场进行分析，求解含冰量及孔隙率随温度变化条件下的冻土一般性瞬态热传导方程，获得其近似解析解并应用于冻土热传导过程的预测。通过与有限元计算所得精确解对比，验证其有效性。研究成果对冻土冻胀问题的深入研究具有一定的理论和实践意义。
隧道地下工程采用冻结法施工时经常遇到地连墙等构筑物影响冻土帷幕发展的问题，给冻结方案设计和封水效果评估带来困难，危及后续开挖作业安全。为探明地连墙等绝热边界作用下冻结温度场的分布状态，掌握冻结壁局部受限时的发展规律，建立了半无限平面内包含直线绝热边界的温度场数学模型。通过热势函数叠加结合镜像法求解了单根、2根以及3根冻结管的温度场解析解，并采用数值模拟验证了其准确性和适用性。结果表明：解析解与稳态数值解吻合较好，与瞬态数值解的误差随冻结时间延长而减小，冻结第50天3种模型的误差分别为0.39℃、0.17℃和0.06℃，均能控制在0.5℃以内；等温线在绝热边界处与边界垂直，只存在平行于边界的热流而没有法向热流，绝热边界对于其与冻结管之间区域的温度降低更加有利；随着绝热边界与冻结管距离d的增加，对冷量传递的阻断作用降低，冻结模型逐渐向无限大平面模型转化，实际工程应根据冻结壁设计厚度，合理匹配管间距l和边界距离d的取值。
隧道地下工程采用冻结法施工时经常遇到地连墙等构筑物影响冻土帷幕发展的问题，给冻结方案设计和封水效果评估带来困难，危及后续开挖作业安全。为探明地连墙等绝热边界作用下冻结温度场的分布状态，掌握冻结壁局部受限时的发展规律，建立了半无限平面内包含直线绝热边界的温度场数学模型。通过热势函数叠加结合镜像法求解了单根、2根以及3根冻结管的温度场解析解，并采用数值模拟验证了其准确性和适用性。结果表明：解析解与稳态数值解吻合较好，与瞬态数值解的误差随冻结时间延长而减小，冻结第50天3种模型的误差分别为0.39℃、0.17℃和0.06℃，均能控制在0.5℃以内；等温线在绝热边界处与边界垂直，只存在平行于边界的热流而没有法向热流，绝热边界对于其与冻结管之间区域的温度降低更加有利；随着绝热边界与冻结管距离d的增加，对冷量传递的阻断作用降低，冻结模型逐渐向无限大平面模型转化，实际工程应根据冻结壁设计厚度，合理匹配管间距l和边界距离d的取值。
地震波的放大或衰减受场地条件的影响,因而选择符合实际情况的场地模型来分析地震地面运动极为重要。为了研究西部高寒地区冻土场地的地震地面运动特征,基于弹性波在单相弹性介质与冻结饱和多孔介质中的传播理论,建立了P波入射下基岩上覆饱和冻土自由场地模型,求得了平面P波入射情况下基岩上覆饱和冻土自由场地地震地面运动的解析解答。通过数值计算,分析了平面P波在不同入射角度下,入射频率、孔隙率、介质温度、胶结参数和接触参数等物理力学参数对饱和冻土自由场地地震地面运动的影响规律。分析结果表明:平面P波的入射频率对基岩上覆饱和冻土自由场地地表位移有显著影响。基岩上覆饱和冻土自由场地的水平位移随着平面P波入射频率增大而减小,竖向位移随入射频率增大而增大;孔隙率的增大也会导致饱和冻土自由场地水平位移增大,但其增幅随着平面P波入射角度的增加先增大后减小,竖向位移也增大,但增幅随入射角度增加逐渐减小;冻土场地中介质温度的降低会导致饱和冻土自由场地的水平位移和竖向位移减小。这表明冰相对于冻土场地中地震波传播具有重要影响;此外,泊松比也会对自由场地的位移产生一定影响,水平位移随泊松比增大而减小,增幅随平面P波入射角度增...
地震波的放大或衰减受场地条件的影响,因而选择符合实际情况的场地模型来分析地震地面运动极为重要。为了研究西部高寒地区冻土场地的地震地面运动特征,基于弹性波在单相弹性介质与冻结饱和多孔介质中的传播理论,建立了P波入射下基岩上覆饱和冻土自由场地模型,求得了平面P波入射情况下基岩上覆饱和冻土自由场地地震地面运动的解析解答。通过数值计算,分析了平面P波在不同入射角度下,入射频率、孔隙率、介质温度、胶结参数和接触参数等物理力学参数对饱和冻土自由场地地震地面运动的影响规律。分析结果表明:平面P波的入射频率对基岩上覆饱和冻土自由场地地表位移有显著影响。基岩上覆饱和冻土自由场地的水平位移随着平面P波入射频率增大而减小,竖向位移随入射频率增大而增大;孔隙率的增大也会导致饱和冻土自由场地水平位移增大,但其增幅随着平面P波入射角度的增加先增大后减小,竖向位移也增大,但增幅随入射角度增加逐渐减小;冻土场地中介质温度的降低会导致饱和冻土自由场地的水平位移和竖向位移减小。这表明冰相对于冻土场地中地震波传播具有重要影响;此外,泊松比也会对自由场地的位移产生一定影响,水平位移随泊松比增大而减小,增幅随平面P波入射角度增...
为求解基坑工程围护结构出现渗漏而采用局部冻结止水的温度场分布,以基坑阳角处3管冻结封水为背景,考虑地连墙绝热边界的影响,基于热势叠加理论和镜像法,推导获得稳态温度场解析解,并通过不同特征截面上解析与数值结果的对比,验证解析解的准确性和适用性。研究表明:1)稳态条件下各特征截面的温度误差在0.3℃以内,解析解具有足够的精确性; 2)随着冻结天数的增加,冻结模型由非稳态逐渐向准稳态转变,温度误差不断减小,由第10天的17.1℃降低到第100天的0.3℃,解析解随冻结时间延长而逐渐适用和准确; 3)铺设保温材料的地连墙限制了冷量的耗散,有利于基坑阳角与冻结管轴面之间土体的降温,而冻结管轴面对称位置的冻土温度明显更高(最大温差达17℃),成为冻结薄弱区域; 4)在基坑局部渗漏水冻结修复时,考虑绝热边界积极效果的同时也应关注冻结薄弱区域的存在,以优化冻结管与绝热边界的位置关系。
为求解基坑工程围护结构出现渗漏而采用局部冻结止水的温度场分布,以基坑阳角处3管冻结封水为背景,考虑地连墙绝热边界的影响,基于热势叠加理论和镜像法,推导获得稳态温度场解析解,并通过不同特征截面上解析与数值结果的对比,验证解析解的准确性和适用性。研究表明:1)稳态条件下各特征截面的温度误差在0.3℃以内,解析解具有足够的精确性; 2)随着冻结天数的增加,冻结模型由非稳态逐渐向准稳态转变,温度误差不断减小,由第10天的17.1℃降低到第100天的0.3℃,解析解随冻结时间延长而逐渐适用和准确; 3)铺设保温材料的地连墙限制了冷量的耗散,有利于基坑阳角与冻结管轴面之间土体的降温,而冻结管轴面对称位置的冻土温度明显更高(最大温差达17℃),成为冻结薄弱区域; 4)在基坑局部渗漏水冻结修复时,考虑绝热边界积极效果的同时也应关注冻结薄弱区域的存在,以优化冻结管与绝热边界的位置关系。