近相变区细砂土导热系数试验及预测模型研究

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在全面建设社会主义现代化和“一带一路”倡议稳步推进的内外需求下,我国对青藏地区的开发已逐步加深。由于全球气候变化和人类的工程活动日益频繁,多年冻土出现了明显的退化,这也给冻土区的各项重大线性工程的修建与运营带来了新的问题与挑战,特别是在近相变区,由于其对温度较为敏感,冻土灾害的发生也更为频繁。而导热系数作为影响冻土分布的重要热参数,如何精确地测定近相变区冻土导热系数对于描述冻土工程的温度场分布、确保工程安全起到了至关重要的作用。本文以青藏工程走廊内的细砂土为研究对象,针对目前存在的导热系数测试方法的不足,对测试仪器在小温差条件下能够实现有效测试导热系数进行了验证,结合细砂土的冻结温度试验确立了细砂土近相变区导热系数试验方案并展开了相应的测试试验。通过量子粒子群寻优算法确定了名义导热系数对应的定性温度,并分析了导热系数与各因素之间的关系。结果表明,名义导热系数对应的定性温度在近相变区小于样品上下端的平均温度,而在低温区则高于样品上下端的平均温度。采用核磁共振技术对细砂土近相变区未冻水含量进行了测试并探究了其与导热系数的关系。结果表明,细砂土的近相变区范围为-0.5~-5℃;未冻水含量与初始含水率间为正相关关系,与干密度关系不明显,仅在干密度差距较大时呈现正相关关系;未冻水含量的变化与导热系数的变化呈现出极为相似的规律。对测试数据分析得出冻土导热系数的增幅区间主要发生在近相变区,增长幅度约占整个负温区导热系数总增幅的50%左右,且随温度降低,导热系数的增幅逐渐减小;导热系数与含水率、干密度为正相关关系。基于试验数据,运用岭回归方法建立了两种细砂土近相变区导热系数预测模型并与前人得到的冻土导热系数模型进行了对比,得出以过余温度、干密度、含水率、冻结导热系数、融土导热系数作为预测因子的预测模型预测效果最好。
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