表土低含水率条件下土壤非稳定蒸发研究

本文论述了室内无出流和补给时低含水率条件下土柱蒸发试验。用水、汽、热耦合模型计算了土壤蒸发过程中水、汽运动规律,并进行了验证。文中讨论了温度梯度对土壤水,汽运动的影响,以及低含水率条件下土壤蒸发时蒸发面下移的规律。     

潜水稳定蒸发条件下土体响应模拟

基于Gardner提出的模型,对潜水稳定蒸发条件下,欧洲地区5种土体响应进行了模拟研究。数值实验结果表明：土壤含水率和对数坐标系下的土壤水吸力分布曲线分别呈现单拐点和双拐点的特点;相同地下水埋深条件下,土体的最大蒸发强度与黏粒含量呈负相关关系,二阶多项式可以很好的拟合地下水埋深与最大蒸发强度之间的关系;蒸发强度介于0.01cm/d～0.1cm/d,潜水稳定蒸发时,土体对应的最大地下水埋深值可以作为临界水深的参考范围;相对蒸发系数的模拟结果与相关文献记录的实验规律相似。使用Gardner模型可以对土体潜水稳定蒸发响应进行很好的模拟,模型求解方法相对简单,模拟结果可靠性高。     

降雨对浅埋地下水补给的初步探讨

的我国北方平原地区,降雨对地下水补给是地区地下水资源主要补给水源。研究降雨对地下水补给对地区地下水资源评价和合理开发利用地下水有着十分重要的意义。本文根据饱和——非饱和水分运动微分方程和初边值条件模拟浅埋地下水位在降雨入渗补给下有关土壤水和地下水问题。探讨降雨强度对地下水补给的影响;地下水位埋深对降雨补给的影响,以及土壤剖面含水量对降雨补给的影响,最后通过实例模拟蒸发——降雨条件下土壤水和地下水运动问题。     

季节性冻融土壤水分运动规律

从定性和定量两个层面分析了潜水浅埋深条件下季节性冻融土壤水分运动的一般规律,结果表明：1）冻结期内土壤水分向上运动,潜水补给土壤水;消融期则以20～40cm深度为界,土壤水分向上下两端运动,土壤水补给潜水,整个过程导致潜水位先降后升,但一部分损失于潜水蒸发.2）在冻融过程中各个阶段,20～40cm以上土层和以下土层水分...     

EB-PVD工艺参数对沉积Ti-Al薄板的影响

为了获得采用EB-PVD技术制备Ti-Al薄板的合理工艺参数,分析了Ti-Al薄板在实际试验条件下的蒸发与沉积过程.采用相关热学理论,结合分析试验的方法并依照EB-PVD工艺特点,对蒸气粒子的传输、饱和蒸气压对蒸发原子的影响以及Al的再蒸发进行了研究.结果表明:EB-PVD工艺制备Ti-Al薄板的最佳靶基距为280mm;饱和蒸气压的差异使得材料截面呈现分层特征;加入Nb片可以减小由于Ti、Al的蒸发速率差异导致的沉积材料与靶材之间的成分偏差,Al在基板上的2次蒸发可忽略不计.工艺参数的合理设计及在熔池中添加Nb金属,能够提高Ti-Al薄板的沉积速率,并降低由于元素饱和蒸气压的差别对成分偏析的影响.     

切应力作用下的层流饱和蒸发降膜流动和传热模型

处于切应力作用下的层流饱和蒸发降膜流动,具有广泛的工业应用价值和潜在的应用前景。基于力平衡和能量守恒原理,建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜传热特性的物理模型,推导出无量纲液膜厚度和表面传热系数与流动长度、界面切应力、界面对流换热强度、雷诺数间的非线性关系式,为从理论上揭示层流饱和蒸发液膜的传热机理提供了一种可供分析的数学模型。     

浅析影响氧化铝蒸发能耗的因素

在氧化铝的生产过程中，蒸发站是一个十分重要的工序，其主要任务是平衡氧化铝生产过程中的水量和排出杂质盐类，我国拜耳法生产氧化铝的蒸发站多采用降膜蒸发器，加热源多采用0.6MPa的饱和新蒸汽。目前绝大部分蒸发站能耗高，是氧化铝生产过程中的薄弱环节，所以就需要我们进一步研究分析影响蒸发站能耗的因素有哪些，找到原因后就可以有效地提高产能，降低能耗。     

压气机饱和湿压缩过程的分析

为了研究湿压缩压气机最大进口喷水量和所喷入水滴直径大小,考虑水滴是在压力、温度变化的环境条件下进行蒸发,采用等压差微元段形式建立了饱和湿压缩数学模型．分析了饱和湿压缩对压气机耗功、出口温度、最大喷水量的影响,得到了各压比下所需要的最大喷水量,并在理论上研究了水滴在压气机内的蒸发速率和蒸发时间．     

野外非饱和土壤水动态的数值模拟

本文通过对南宫野外试验场实测资料的分析,将零通量面法与一元非线性回归分析相结合,建立了大气平均蒸发力(?)_0=1.65mm/d下的土壤水分蒸发模式,并以此为基础采用数值模型反演出一簇不同大气条件下相对蒸发率与表土基质吸力的指数型衰减曲线。对非饱和土壤水动态的数值模拟表明,计算值与实测值有着良好的一致性。     

热回收型热管式蒸发冷却空调机组自控方案设计

为了保障蒸发冷却空调机组工作稳定并且达到节能、节省人力的目的,本文在分析热回收型热管式（间接＋直接）蒸发冷却空调机组的空气处理过程的基础上,采用西门子PLC设计了自动控制方案,实现了蒸发冷却空调机组运行过程的自动控制.     

非饱和粘土路基平衡湿度空间分布特征及预估

通过室内外试验探讨了非饱和粘土路基平衡湿度沿道路横断面的空间分布特征,并基于非饱和土力学基本理论,采用滤纸法测定了不同含水量土样的基质吸力,标定了反映含水量与基质吸力单值函数关系的土水特征曲线模型,建立了大气降水/蒸发影响区以外非饱和粘土路基平衡湿度的预估方法.研究结果表明,近中央分隔带和路肩处的上部路基土的平衡湿度受大气降水/蒸发的影响显著;大气降水/蒸发影响区以外的路基土平衡湿度主要受控于地下水位的影响;Fredlund＆Xing模型可较好地表征非饱和粘性路基土湿度和基质吸力的相关关系,模型参数拟合结果具有较高的可靠性;地下水位控制区粘土路基平衡湿度预估结果与试验测试值之间具有较高的一致性,预估方法合理可靠.     

均质SAP复合土质覆盖层水分运移规律研究

为了提高覆盖层的防渗性能,提出采用高性能吸水性树脂(SAP)颗粒提升土体的储水能力,掺入土中构建均质SAP复合土质覆盖层,然而其水分运移规律尚不明确。开展了一系列简易蒸发单元试验和土柱模型试验,测量了SAP复合土质覆盖层不同深度孔隙水压力和体积含水量的变化。研究表明,质量分数1%的SAP颗粒掺入土中形成的SAP混合土体,饱和体积含水量增加了29%,土水特征曲线中下降段的斜率绝对值增加了36%,但进气值几乎无变化。在失水过程中孔隙水压力降低较快,而体积含水量降低明显较慢,存在较强的滞回效应。覆盖层中的SAP混合土体的体积含水量(储水量)随着深度的增加而减少。在南京地区百年一遇的极端降雨条件下,均质SAP复合土层下渗量仅为12.7 mL,而均质砂土层渗流量高达2 510 mL,说明防渗性能良好。     

基于多孔介质理论的冻土水热迁移耦合模型推导

在多孔介质理论的基础上,基于非线性达西定律并假设水分迁移过程为单向、可逆及水分迁移过程中无溶质迁移,推导得出了无相变以及考虑相变的水分迁移方程;引入土体传热方程和土骨架质量密度变化方程,过程中考虑了冻土中温度变化,扩散和对流,以及水分相变和温度、质量变化之间的相互影响。联立各方程得到了非饱和冻土水热分布控制方程,建立了非饱和冻土水热迁移耦合模型。文中亦对模型中具体参数的确定方法提出了建议。方程属于非线性偏微分方程,无法得出解析解,须采用数值解法。     

土-作物-大气系统中动态根系生长及水动力学模拟

针对土-作物-大气连续系统的土壤水动力学模型对根系动态生长的模拟不理想,通过引入最新的根系生长模型理论、根长密度分布函数以及联合国粮农组织推荐的计算蒸发及蒸腾总量的模型理论,与现有的模拟水土运动的有限元程序相耦合,建立模拟土-作物-大气系统的水动力学模型.基于荷兰实验农场的小麦实验数据的模拟结果表明,在不同时期、不同深度处土壤中水的体积分数与实验值比较吻合;由于降雨和蒸发的上边界影响,上部土壤中水的体积分数随时间变化较快;除接近地表的个别根长密度模拟点偏差较大外,总体来说根长及根长密度模拟结果与实验值比较吻合;蒸腾量和蒸发量的模拟结果可靠.建立的新模型合理,可以有效地模拟土-作物-大气系统中的根系生长及水动力学.     

Vertical vibration of a floating pile in a saturated viscoelastic soil layer overlaying bedrock

An axisymmetrical analytical solution is developed to investigate the vertical time-harmonic vibration of a floating pile in a saturated viscoelastic soil layer overlaying bedrock. The soil is described by porous medium model established by Boer, while the pile is described by a beam vibration theory. By using separation theory of differential operator and variables to solve the dynamic governing equations for the soil, the fundamental solutions for the soil reactions on side and bottom of the pile are obtained. The dynamic impedance of the pile head is then derived by solving the vibration equation for the pile according to the compatibility condition between the pile and the soil. The proposed model is validated by comparing special cases of our model with the existing results. Numerical examples are presented to analyze the vibration characteristics of the pile.     

常用屋顶绿化基质材料的保水性能

研究在饱和状态、反复干湿循环和自然蒸发3种情况下常用屋顶绿化基质材料陶粒、草炭和保水剂的保水性能。通过抽真空饱和试验得到基质材料的蓄水性能,试验发现基质材料混合后实测饱和含水量大于理论推算值,分析了导致材料混合使得蓄水性能大幅提高的原因。采用反复干燥吸水试验证明陶粒和草炭具有良好的热稳定性,而保水剂在较高温度烘干时主分子链易断裂,反复吸水和烘干后其保水性能大幅降低。常温常压蒸发试验表明在含水量较高时,三者蒸发速率与自由水面蒸发的相当,随着含水量降低,保水性能越差的基质材料蒸发速率降低越快,合理添加保水剂能有效改善基质材料保水性能。     

下卧基岩横观各向同性饱和地基上刚性圆板的扭转振动

通过Hankel变换求解了横观各向同性饱和地基在简谐扭矩作用下的动力方程，结合基础与地基接触面为混合边界和基岩面处地基位移为零的边界条件，建立了刚性基础的扭转对偶积分方程，化对偶积分方程为第二类Fredholm积分方程求解了相应的动力响应问题，并给出了基础的动力柔度系数和角位移幅值以及基底接触剪应力的表达式.数值分析结果表明：下卧基岩饱和地基上基础扭转动力柔度系数的实部和虚部都呈现出一定的波动，地基的各向异性程度对基础的动力柔度系数和扭转角位移幅值有很大影响；基础的振动频率和地基的各向异性程度对基底接触剪应力的分布也有一定影响.     

非饱和土的黏弹塑性本构模型研究

非饱和土变形是随时间发展的,为了描述非饱和土随时间变化的长期变形行为,本文建立了非饱和土黏弹塑性模型.在已有的非饱和土率无关模型的基础上,考虑应变率对变形和强度影响,建立了一个非饱和土率相关的黏弹塑性模型.根据试验结果,应变率越大,屈服应力则越大,将屈服应力表示为应变率的函数,给出率相关影响的加载湿陷屈服面.利用一致性条件,给出了一维条件下非饱和土的增量方程.对模型进行数值分析,对模型基本行为进行预测.将模型退化饱和条件和率无关2种情形,利用已有的试验结果对模型进行了验证,结果表明模型可以用于预测非饱和土的蠕变行为.     

初始地下水对浅层边坡降雨入渗及稳定性影响

浙江省山地丘陵地区浅层边坡土层大多存在稳定的初始地下水,从而导致土体含水率分布复杂、降雨入渗和稳定性分析难度大。为此,根据土体非饱和特性确定考虑初始地下水影响的坡体含水率指数分布模型,根据雨强与土体饱和渗透系数的对比关系将降雨分为弱降雨和强降雨两类工况,基于Green-Ampt入渗模型及水量平衡原理推导考虑初始地下水影响的浅层边坡降雨入渗物理方程解析解;结合浅层无限边坡模型,分析考虑初始地下水影响的浅层边坡在降雨作用下的稳定性;当假定坡体含水率均匀分布时,改进模型可近似退化为传统模型;当坡体含水率呈指数分布时,通过数值模拟验证改进模型的有效性。结果表明：当浅层边坡基岩上部土层存在初始地下水时,降雨导致的失稳将发生在基岩面处,且失稳时间早于传统模型的预测结果;弱降雨工况下,雨强提高导致边坡触发失稳的时间呈近指数关系快速缩短;强降雨工况下,当不考虑坡面径流对入渗的促进作用时,雨强提高导致边坡触发失稳时间缩短,速度趋于平缓。