NaCl盐溶液对珊瑚钙质砂导热系数的影响试验研究

作为海岛工程的常用建筑材料,珊瑚钙质砂在海水环境中的热传导特性变化是一个值得关注的问题.基于热探针法测定模拟海水作用试验条件下珊瑚钙质砂的导热系数变化特征,探讨了盐溶液浓度、盐溶液含量、浸泡养护时间等因素对钙质砂导热系数的影响规律.试验结果表明:(1)珊瑚钙质砂导热系数λ值随着NaCl盐溶液浓度M、浸泡养护时间T的增加分别递减,减少幅度逐渐变缓;(2)NaCl盐溶液含量ω极大地影响着珊瑚钙质砂导热系数λ的变化,λ值随ω值的增加而递增,二者具有较好的指数增长关系;(3)上述规律发生的本质原因在于室温下NaCl盐溶液的导热系数λ小于蒸馏水的导热系数λ值,且前者的λ值随着盐溶液浓度M的增加而递减;(4)考虑NaCl盐溶液作用(海水环境)下珊瑚钙质砂导热系数λ的计算模型具有很好的适用性.     

钙质砂热传导性能试验

基于热针法测得了不同条件下南海钙质砂的热传导性能,探讨了含水率、干密度、温度、颗粒粒径等因素对钙质砂热导率的影响。研究结果表明：钙质砂热导率随含水率、干密度的增大而增大,且含水率越大,干密度对热导率的影响越明显;相对于随干密度的变化,钙质砂热导率随含水率的变化尤为显著;钙质砂热导率随温度升高而增大,但是热导率在不同温度下随含水率的增长趋势不同;颗粒粒径对钙质砂热导率的影响甚微;在钙质砂中掺入一定量石英砂有助于改善其导热性能。     

土壤一维热渗传递实验台的研制及模型实验

利用 3D 打印技术, 研制出一个可模拟温度场和水平渗流场耦合作用下土壤传热效能的模型实验台, 并开展了不同渗流工况下中砂的传热效能模型实验。研究结果表明: 自主研制的一维模型实验台能有效模拟地下水渗流作用下的土壤传热过程; 一维水平渗流可减小实验土柱内的最高温度和冷热端的最终温差, 即缓解了土壤中的热量堆积; 当渗流沿热量传递方向作用时, 渗流速度越大, 热量传递效率越高; 在较低的渗流速度下, 实验土柱内温度随时间呈先快后慢的变化趋势; 当渗流速度较高时, 其对于中砂在地埋 管中传热的作用为可减少冷热端的温差, 从而有效地缓解土壤中的热量堆积; 当渗流背向热量传递方向时,会减小热源的影响范围, 即阻碍了热量的传递。     

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程,引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（P_s=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律,利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而递增,P_s小于10%时,λ呈线性递增,P_s大于10%时,λ增长缓慢;随着水泥掺量P_s的增大,胶结钙质砂中孔隙数量越来越少,孔隙占比下降明显,但P_s增大到10%后,总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓;不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系,本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙,降低了其孔隙率,改善了砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而增大。     

基于NMR技术的胶结钙质砂热特性机理分析

钙质砂含有丰富的内、外孔隙,且颗粒具有易破碎性,因此,钙质砂的微观孔隙结构变化是引起其热传导特性演变的本质原因。为了探究钙质砂微观孔隙结构对其热特性演变的影响机理,首先基于热针法探讨了5个不同水泥掺量(P_s=5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%)胶结钙质砂在不同养护龄期(t=1d、3d、7d、14d、28d)的导热系数,分析了水泥掺量P_s和养护龄期t对胶结钙质砂热传导特性的影响规律;利用核磁共振(NMR)技术揭示了上述过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释了各影响因素作用下胶结钙质砂热特性演化的微观机理。试验结果表明：(1)胶结钙质砂的导热系数λ随养护龄期t的增加先急剧增大而后缓慢减小,随水泥掺量P_s递增而增加,但增长幅度递减;(2)NMR试验曲线反映了胶结钙质砂内部孔隙大小和数量的变化,根据反演的孔径d可将曲线划分为微孔隙(＜66.24nm)、小孔隙(66.24nm~6.048×10^₃nm)和大孔隙(6.048×10^₃nm~1.92×10^₅nm)3个区域;其中,微孔隙的变化情况反映了胶结钙质砂中水泥水化过程,中、大孔隙的变化情况反映了钙质砂中孔隙被水化胶凝产物分割、填充过程;(3)胶结钙质砂内微观孔隙大小、数量的变化从本质上决定了其宏观导热系数的变化规律,可利用NMR曲线得到合理的微观机理解释。     

TBM自重对围岩变形影响的数值模拟研究

为研究双护盾全断面隧道掘进机(TBM)自重对围岩变形的影响,基于FLAC3D有限差分软件,通过改变隧道的埋深与围岩条件,建立3种工况数值模型,并对每个工况分别进行了考虑TBM自重与不考虑其自重的数值模拟,以对比各种工况下有无TBM自重作用的隧道围岩纵向位移曲线(LDP曲线);研究了TBM自重对围岩变形的影响。模拟结果表明,TBM自重可抑制隧道围岩的径向位移,并随着开挖隧道的围岩等级升高、埋深变浅,其自重对围岩变形的影响越大,且与不考虑TBM自重的围岩变形相比,边墙洞壁的径向位移减小率最大,仰拱与拱顶次之。这些认识对研究TBM与围岩的相互作用和预测卡机有重要意义。     

珊瑚钙质砂导热系数测定及预测模型研究

利用热探针法测得了不同含水率条件下珊瑚钙质砂的导热系数，采用Johansen模型和Chen模型对珊瑚钙质砂的导热系数进行了预测计算，并结合试验实测值对模型参数进行修正，尝试寻找出合适的预测模型对珊瑚钙质砂导热系数进行有效的模拟计算。研究结果表明：珊瑚钙质砂的导热系数随含水率的增加呈现出线性递增趋势；Johansen模型和Chen模型的预测值均与试验实测值存在较大偏差；改进的Johansen模型和Chen模型预测值均与试验实测值较为接近，均方根误差值(Root-mean-square error)小于0.05，可用来预测珊瑚钙质砂的导热系数，且计算精度较高。