【摘 要】
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中西部地区自然条件恶劣、生态环境脆弱,工程建设和人类活动的频繁进行也为防灾减灾、人与环境协调带来挑战。随着十四五规划的到来,实现黄河流域生态保护与高质量发展成为新时代我们面临的一个难题,其中,岩土体热湿迁移特性及其环境灾害效应值得重视。因此,本文以扰动黄土场地为背景,通过试验测试、统计分析和模拟验证等方法,研究黄土热特性、结构特性和热湿迁移与多场耦合等问题。旨在深化对土体热湿迁移特性及环境、灾害效
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中西部地区自然条件恶劣、生态环境脆弱,工程建设和人类活动的频繁进行也为防灾减灾、人与环境协调带来挑战。随着十四五规划的到来,实现黄河流域生态保护与高质量发展成为新时代我们面临的一个难题,其中,岩土体热湿迁移特性及其环境灾害效应值得重视。因此,本文以扰动黄土场地为背景,通过试验测试、统计分析和模拟验证等方法,研究黄土热特性、结构特性和热湿迁移与多场耦合等问题。旨在深化对土体热湿迁移特性及环境、灾害效应的认识,为黄土分布区的工程建设、防灾减灾和生态宜居等提供科学依据。首先,优选稳态热流法测试了重塑黄土热参数,通过统计和拟合分析,得到导热系数或比热容与干密度和含水量的变化关系、经验模型,探讨土体传热蓄热机理。结果表明,不同地区黄土热参数的差异取决于物质组成,同一地区则主要受干密度、含水量等状态参数影响。导热系数或比热容与干密度和含水量具有良好的曲面拟合关系,水对热参数的贡献具有双重性。其次,从黄土结构特性和水、气迁移特性出发,明确结构特性与水、气输运关系。分析认为,类团聚体有团聚体、桥状联结和“颗核-颗衣”结构三种形式,与单颗粒共同构成基本结构单元,粘土颗粒常聚集成团,作为胶结物或形成团聚体。黄土孔隙主要划分为大孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和胶结物孔隙,前两者为水气输运的主要通道、贡献显著,粒内孔隙次之,而胶结物孔隙在连通性和水气通透性能上均较差。土中水分迁移以自由水为主,土水势差作用下水分由高势向低势区迁移,迁移形式和量与含水状态密切相关,迁移方向和速率取决于温、湿度梯度。非饱和土中,水-气两相共存且相互作用,可以通过气体渗透率预测饱和渗透系数。最后,通过室内土柱试验研究土体热湿迁移特性,总结热湿迁移的环境影响,通过试验以及黄土高填方边坡的热湿分布模拟,探讨热湿耦合迁移及其灾害效应。研究发现,仅温度梯度作用时,含水均匀土体温度重分布明显、湿度变化不大。温、湿度梯度共同作用下,水分迁移活跃、热湿变化复杂,土中温度和水分迁移相互影响,两者的重分布过程相互联系。自然环境变化或人类活动影响下,土体热湿迁移现象广泛存在,对农田水利、工程建设和生态保护等都有影响,研究土体热湿迁移时必须考虑耦合问题。热湿变化引起土体变形增大、强度衰减、应力状态调整,实则为热水力(THM)多场耦合问题,因此,土体热湿迁移引发的灾害效应不可忽视。
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