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BAI Qing-bo, LI Xu, TIAN Ya-hu, FANG Jian-hong. Equations and numerical simulation for coupled water and heat transfer in frozen soil[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2015, 37(zk2): 131-136. DOI: 10.11779/CJGE2015S2026
Citation: BAI Qing-bo, LI Xu, TIAN Ya-hu, FANG Jian-hong. Equations and numerical simulation for coupled water and heat transfer in frozen soil[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2015, 37(zk2): 131-136. DOI: 10.11779/CJGE2015S2026

Equations and numerical simulation for coupled water and heat transfer in frozen soil

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  • Received Date: April 25, 2015
  • Published Date: July 24, 2015
  • Frost heaving and thaw collapsing are the main defects of subgrade in permafrost areas and are highly related to the coupled heat-moisture migration. Based on the water flow theory of unsaturated soil and the heat transfer theory of soil, the differential equations for coupled water and heat transfer are established. The coupled water and heat transfer problem of frozen soil is solved using the secondary development of COMSOL Multi-physics. To verify the method for simulating the heat-moisture coupled process, the freezing and thawing processes of soil columns are simulated, and the results are compared with the measured data from laboratory tests. Finally, a case study is carried out for the subgrade in Maduo county, Qinghai Province, and the characteristics of the coupled heat-moisture migration in permafrost subgrade are analyzed.
  • [1]
    徐学祖, 王家澄, 张立新. 冻土物理学[M]. 北京: 科学出版社, 2001: 75-98. (XU Xue-zu, WANG Jia-cheng, ZHANG Li-xin. Permafrost physics [M]. Beijing: Science Press, 2001: 75-98. (in Chinese))
    [2]
    李述训, 程国栋. 冻融土中的水热输运问题[M]. 兰州: 兰州大学出版社, 1995. (LI Shu-xun, CHENG Guo-dong. Problem of heat and moisture transfer in freezing and thawing soils[M]. Lanzhou: Lanzhou University Press, 1995. (in Chinese))
    [3]
    王铁行, 胡长顺. 多年冻土地区路基温度场和水分迁移场耦合问题研究[J]. 土木工程学报, 2003, 36(12): 93-97. (WANG Tie-xing, HU Chang-shun. Study on the problem of coupled temperature field and moisture migration field of subgrade in permafrost region[J]. China Civil Engineering Journal, 2003, 36(12): 93-97. (in Chinese))
    [4]
    TAYLOR G S, LUTHIN J N. A model for coupled heat and moisture transfer during soil freezing[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1978, 15: 548-555.
    [5]
    田亚护, 刘建坤, 钱征宇, 等. 多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟[J]. 中国铁道科学, 2002, 23(2): 59-64. (TIAN Ya-hu, LIU Jian-kun, QIAN Zheng-yu, et al. Numerical simulation for temperature field of roadbed on permafrost with insulation[J]. China Railway Science, 2002, 23(2): 59-64. (in Chinese))
    [6]
    徐学祖, 邓友生. 冻土中水分迁移的实验研究[M]. 北京:科学出版社, 1991. (XU Xue-zu, DENG You-sheng. Experimental research of moisture migration in permafrost[M]. Beijing: Science Press, 1991. (in Chinese))
    [7]
    孙增奎, 王连俊, 魏庆朝, 等. 青藏铁路多年冻土区路基温度场的模拟与预测[J]. 北京交通大学学报, 2004, 28(1): 55-59. (SUN Zeng-kui, WANG Lian-jun, WEI Qing-chao, et al. Simulation and Prediction of temperature field of Qinghai-Tibet railway roadbed on permafrost regions[J]. Journal of Northern Jiaotong University, 2004, 28(1): 55-59. (in Chinese))
    [8]
    王俊智, 梁四海, 万 力, 等. 高寒地区冻土活动层温度场数值模拟[J]. 人民黄河, 2013, 35(3): 20-23. (WANG Jun-zhi, LIANG Si-hai, WAN Li, et al. Numerical simulation of the thermal regime of permafrost active layer in alpine regions[J]. Yellow River, 2013, 35(3): 20-23. (in Chinese))
    [9]
    毛雪松, 王秉刚, 胡长顺, 等. 冻土路基水热迁移问题的理论模型及数值模拟[J]. 中外公路, 2006, 26(1): 23-26. (MAO Xue-song, WANG Bing-gang, HU Chang-shun, et al. The theoretical model and numerical simulation of water-heat transfer problems in permafrost roadbed[J]. Journal of China & Foreign Highway, 2006, 26(1): 23-26. (in Chinese))
    [10]
    陶文铨. 传热学[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2006. (TAO Wen-quan. Heat Transfer[M]. Xi'an: Northwestern Polytechnical University Press, 2006. (in Chinese))
    [11]
    卢 宁(美), LIKOS William J. 非饱和土力学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2012: 269-287. (LU Ning, LIKOS William J. Unsaturated soil mechanics[M]. Beijing: Higher Education Press, 2012: 269-287. (in Chinese))
    [12]
    COMSOL Multiphysics User’s Guide (Version:4.3a)[R]. Stockholm: COMSOL AB, 2012.
    [13]
    曹元兵, 盛 煜, 吴吉春, 等. 上边界条件对多年冻土地温场数值模拟结果的影响分析[J]. 冰川冻土, 2014, 36(4): 802-810. (CAO Yuan-bing, SHENG Yu, WU Ji-chun, et al. Influence of upper boundary conditions on simulated ground temperature field in permafrost regions[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2014, 36(4): 802-810. (in Chinese))
    [14]
    吴紫旺. 冻土的温度水分应力及相互作用[M]. 兰州: 兰州大学出版社, 1989: 21-36. (WU Zi-wang. Interaction among Temperature, Moisture and Stress Fields in Frozen Soil[M]. Lanzhou: Lanzhou University Press, 1989: 21-36. (in Chinese))
    [15]
    毛雪松, 马 骉. 基于水热耦合效应的冻土路基稳定性研究[M]. 北京: 人民交通出版社, 2011: 76-85. (MAO Xue-song, MA Biao. Studies on the stability of permafrost subgrade based on coupled water and heat transfer[M]. Beijing: China Communications Press, 2011: 76-85. (in Chinese))
  • Cited by

    Periodical cited type(32)

    1. 高猛,何恩光,周鹏,田淞文. 盾构机切桩对主轴承载荷及寿命的影响. 轴承. 2025(05): 1-7 .
    2. 王德福. 盾构滚刀切削桩基相互作用机理及关键参数分析研究——以海珠湾盾构隧道为例. 现代隧道技术. 2024(01): 216-228 .
    3. 张锟,徐前卫,孙庆文,薛海儒,来守玺. 地铁盾构下穿高层建筑基础的扰动变形影响与实测研究. 城市轨道交通研究. 2024(04): 129-135 .
    4. 乔世范,张睿,王广,王刚,陈道龙,张喆. 砾砂地层盾构切削大直径群桩的刀具研究. 铁道科学与工程学报. 2024(05): 1966-1978 .
    5. 丁小彬,杨辉泰,施钰. EPB盾构刀盘泥饼成因分析及评价模型构建. 华南理工大学学报(自然科学版). 2024(05): 71-83 .
    6. 陈一凡,黄书华,沈翔,盛健,陈湘生,张良. 密集城区超大直径盾构切削群桩对上部建筑物振动影响规律分析. 现代隧道技术. 2024(03): 266-275 .
    7. 周广铁,朱利,高文宪,侯邦,朱睿琦,李娇蓉. 盾构滚刀切削钢筋混凝土桩基影响规律研究. 江西建材. 2024(06): 243-245 .
    8. 韩强,张旭,成铭,胡军勇,谢开晋. 地铁盾构下穿既有车站直接磨桩技术研究. 工程建设与设计. 2024(17): 186-189 .
    9. 白建军,彭凯西,吴奔,梁嘉骏. 盾构直接切削钢筋混凝土桥基引起的变形分析. 现代隧道技术. 2024(S1): 445-453 .
    10. 赵立锋,郭伟,胡适韬,程传过. 盾构穿越既有车站结构地下连续墙施工关键技术研究. 现代隧道技术. 2024(S1): 996-1001 .
    11. 刘欣然,高伟琪,刘学彦,韩汝存,马纯梁. 盾构直接连续切削大直径桩施工技术研究. 现代隧道技术. 2024(S1): 1002-1010 .
    12. 林向阳,高伟琪,刘学彦,赵洪生,郑德文. 盾构直接切削大直径桩施工技术研究. 土木工程学报. 2024(S1): 178-183 .
    13. 万宝林. 盾构穿越既有线运营车站围护桩关键施工技术. 建筑机械化. 2023(03): 24-27 .
    14. 张昆. 盾构掘进遇既有桥桩截桩桥梁防护应用研究. 工程技术研究. 2023(04): 108-110 .
    15. 刘欣玮,杨涛. 地铁隧道下穿既有车站方案研究. 工程技术研究. 2023(04): 208-210 .
    16. 李谷阳,王广. 盾构刀具形状对切削桩基影响及刀具选型研究. 广东建材. 2023(05): 112-115 .
    17. 姜梅杰,徐涛,刘晓凤. 隧道施工对邻近桩基变形与受力影响数值模拟研究. 黑龙江工业学院学报(综合版). 2023(06): 117-125 .
    18. 廖秋林,宋跃均,方建华,杨昊,赵立安,陈子豪. 软流塑地层盾构切削钢筋混凝土桩基工程实践. 都市快轨交通. 2023(05): 100-109 .
    19. 贾蓬,孙占阳,赵文,宋立民. 盾构切削桩基研究现状综述. 隧道建设(中英文). 2023(10): 1637-1656 .
    20. 邱金亮. 大直径盾构隧道近距离穿越桥梁桩基扰动分析. 黑龙江交通科技. 2023(12): 93-96+101 .
    21. 岳玮琦,顾展飞,苏伟林. 盾构滚刀作用下混凝土材料破碎分形与能耗. 材料科学与工程学报. 2023(06): 995-1000+1010 .
    22. 朱敏,徐琛,汪子豪. 富水砂层既有运营车站地下障碍物的冻结法清障方案力学分析及工程应用. 隧道建设(中英文). 2023(S2): 395-405 .
    23. 徐敬民,章定文,刘松玉. 地表框架结构作用下隧道施工诱发的砂质地层变形. 岩土工程学报. 2022(04): 602-612 . 本站查看
    24. 王军. 大直径泥水盾构始发段掘进对近接既有地铁桥梁的影响分析. 中国安全生产科学技术. 2022(04): 176-184 .
    25. 高洪梅,蔡鑫涛,张正,李兆,王志华. 盾构下穿桥梁桩基的截桩效应. 地下空间与工程学报. 2022(06): 2044-2051 .
    26. 张天宝,王雪颖. 基于AHP-熵权法的跨燃气管道现浇梁施工风险评价. 工业安全与环保. 2021(02): 65-69 .
    27. 金平,夏童飞,刘晓阳. 复合地层盾构磨除地下连续墙关键技术研究. 四川建筑. 2021(01): 224-228 .
    28. 奚晓广,吴淑伟,王哲,孙九春,许四法,王瑞. 砂砾地层盾构施工土体变形规律三维数值分析. 地基处理. 2021(01): 29-33 .
    29. 赵勇,周学彬,彭祖民,喻伟,李宏波. 盾构下穿高强预应力管桩基施工技术. 建筑机械化. 2020(08): 51-54 .
    30. 庄欠伟,袁一翔,徐天明,张弛. 射流联合盾构切削钢筋混凝土仿真与试验. 岩土工程学报. 2020(10): 1817-1824 . 本站查看
    31. 李发勇. 可拆解盾构下穿既有桥桩磨桩施工影响研究——以宁波轨道交通4号线柳宁盾构区间为例. 隧道建设(中英文). 2020(10): 1506-1515 .
    32. 周国强,杨高伟,奚灵智. 软土地区地铁盾构区间的桥梁稳定性研究. 工程技术研究. 2020(24): 34-36 .

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