基于pF Meter的土体冻结特征曲线研究

为解决冻土中土体冻结特征曲线(SFCC)长期以来只能通过经验模型间接推测获得,且土体冻结特征曲线(SFCC)与土水特征曲线(SWCC)间关系的相关研究也因技术手段制约而仅停留在理论假设阶段的问题,采用可直接用于极端负温条件下的pFMeter基质势传感器,得到青藏红黏土、兰州粉土、细砂这3种不同粒径土体的冻结特征曲线,获得三者在冻结过程中未冻水数量与能量变化之间的规律;对过去冻土学研究中利用Clapeyron方程间接转换获得土体冻结特征曲线方法的可靠性进行试验验证;此外,针对不同粒径大小土体冻结特征曲线及土水特征曲线进行比较,并对以往冻土冻胀研究中将饱和冻土中冰晶等划为非饱和融土中气体的方法进行验证。结果表明:Clapeyron方程得到的冻结特征曲线与实际测定的冻结特征曲线基本一致,Clapeyron方程可用于土体冻结特征曲线的预测;冻结特征曲线与土水特征曲线虽在形态上具有一定的相似性,但由于冻结过程与脱湿过程土中相的不同所致的各相间界面力不同,导致其在数值上存在一定差异,且差值大小与土体平均粒径成反比,进而证明了被广泛用于冻土研究中的将冻土中冰晶体视作融土中气体来简化冻结过程中冰晶-液态水-土颗粒关系的方法并不合理,并从理论上阐述了其机理;相关研究成果可为后续研究冻胀过程中水分迁移机制与水分迁移驱动力提供相应的基础理论支撑。

基于pF meter传感器的土体冻融过程中基质势与未冻水量关系研究

基质势是驱动冻土中水分发生迁移的关键驱动力之一,但由于以往的技术限制,负温下土体的基质势难以被直接测量,冻土基质势相关问题成为冻土水热过程研究中的难题。利用可用于极端负温条件下的pF meter基质势传感器,针对青藏红黏土、兰州粉土以及张掖细砂这三种不同粒径级配的土体,分别从粒径大小和初始含水量的角度,通过室内试验,研究了土体冻结与融化过程中基质势、未冻水量以及温度三者之间动态变化的关系。结果表明:冻土中的冰晶体对基质势和未冻水量的影响类似于融土中的气体,而冰晶体的含量又与土体温度相关;由粒径级配决定的比表面积对冻土基质势存在着决定性的影响;此外,初始含水量的多少对冻土基质势也存在与融土类似的影响。研究成果揭示了负温冻土中未冻水的数量与能量状态随冻结与融化过程的变化关系,为研究冻土中水分在基质势驱动下的迁移过程提供了理论基础和试验支撑。

PF低温发泡设备的自动电控系统

本文叙述PF低温发泡机的自动控制,包括3个组份的配量系统,温控系统和出料浇注系统的控制与运作。

水盐相变对硫酸盐渍土基质吸力影响规律研究

硫酸盐渍土是中国西北寒旱区盐渍土的主要类型,在温度变化过程中,水分和盐分的相变会引起盐渍土基质吸力发生改变。以硫酸钠盐渍黄土为研究对象,探究了降温过程中的水盐相变对土体基质吸力的影响规律。结果表明:当土体尚未发生相变时,土体的基质吸力随温度的降低线性增加,而当土体中存在冰或者水合盐结晶时,土体的基质吸力在相变点处发生突变,盐渍土的基质吸力与土体的液态水含量息息相关。由于硫酸钠盐渍土在降温过程中会发生二次相变,二次相变使得盐渍土的基质吸力在二次相变点处同样产生突变,二次相变量的多少也会直接影响土体基质吸力的增加量。基于试验结果,进一步分析了不含盐素土基质吸力的预测方法,并讨论了硫酸钠盐渍土在冻结过程中的水分迁移驱动力。该研究不仅为深刻理解盐渍土水分迁移驱动力提供重要的参考,而且为盐渍土多场耦合理论的发展提供借鉴。

土体冻结过程中基质势与水分迁移及冻胀的关系

土体冻结过程中不同位置液态水的能量差引起了水分迁移与重分布,进而引发冻胀,关于势能差驱动下的冻土水分迁移问题一直由于技术手段的匮乏而没有完全解决。利用新近推出的可用于冻土水热研究的p F meter基质势传感器与5TM水分传感器,实时监测研究饱和青藏红黏土单向冻结过程中基质势-液态含水率-温度-含冰量-水分迁移量-冻胀变形之间在时间、空间上的耦合变化关系。结果表明:土体温度场变化引起内部液态水相变,打破了原有的能量平衡,试验结束后12~14 cm土样高处含水率最高达到55%,靠近冻融交界面处(10 cm)的未冻区含水率减小至25.8%,水分整体向冷端发生迁移;土体冻胀的快慢及冻胀量大小与水分迁移速率及数量具有线性关系;试验后土体内总含水率的分布与分凝冰透镜体的分布一致,已冻区液态含水率的分布与温度梯度近似成线性关系,未冻区液态含水率的分布与水分的迁移量有关,与温度梯度无关。此外,温度场对水分场的变化具有诱导作用但二者并不同步,当冻结速率减小到一定程度时水分才开始迁移,第10小时后温度场趋于稳定而水分迁移并未停止。研究成果揭示了土体单向冻结过程中液态水、基质势、温度等物理参数的动态变化过程及内在联系,为冻胀机制的研究以及冻胀模型的建立提供了试验基础。

青藏铁路路基下部土体水热过程变化的监测研究

修筑路基后土体水分变化是影响路基稳定性的重要因素,然而关于路基土体水分变化认识是极为缺乏的.采用了pF-meter传感器来监测土体温度和水分变化,获得了近3a的连续监测数据.结果表明,pF-meter较好地反映了路基土体温度和水分变化特征以及土体水分迁移特征.但是,pF-me-ter传感器不能定量地给出土体水分变化,这限制了pF-meter在土体变化监测中的应用.

小容量变压器综合保护装置的测试设备设计

为保障照明、煤电钻综合保护装置的电气安全性能,提出了一种小容量变压器综合保护装置测试设备的设计。着重介绍该设备的组成、控制方法、测控程序、PF9830的自动采集及运算程序。该测试设备经过实践运行,表明其具有控制方便、程序清晰、运算快速、准确及界面简洁等优点。