МОДЕЛЬ МИГРАЦИИ ВОДЫ В ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ ПРИ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ A water migration model for saturated rock mass at low temperature

Naifei Liu, Ning Li, Shuangjie Wang, Guofeng Li

Аннотация


Исследования миграции воды при низких (в зоне фазовых переходов грунтовой влаги) температурах в основном сосредоточены на дисперсных грунтах и меньше внимания уделяется трещиноватым массивам горных пород. В статье, на основе определения эквивалентной гидравлической ширины трещины (EHWF) и кубического закона просачивания, составлено уравнение эволюции EHWF и модель просачивания в одиночной трещине в низкотемпературном горном массиве с учетом влияния температуры, фазовых переходов, химического состава, и механического поведения грунтов. В соответствии с адсорбционно- пленочной теорией, предлагается уравнение для равновесного давления незамерзшей водной пленки в трещинах и потенциала миграции незамерзшей влаги. Предложена анизотропная модель миграции воды, учитывающая влияние параметров распределения трещин в низкотемпературном трещиноватом массиве горных пород; также показано влияние температуры на EHWF и равновесное
давление воды. Модель развивает теоретические основы поведения водонасыщенных трещиноватых горных массивов при низких температурах.


Полный текст статьи публикуется в английской версии журнала
«Soil Mechanics and Foundation Engineering”, vol.62, No.1


Литература


Y. M. Lai, X. T. Xu, Y. H. Dong, S. Y. Li, “Present situation and prospect of mechanical research on frozen soils in China,” Cold Reg. Sci. Technol., 87, 6-28 (2013).

S. B. Huang, Q. S. Liu, A. P. Cheng, Y. Z. Liu, G. F. Liu, “A fully coupled thermo-hydro-mechanical model including the determination of coupling parameters for freezing rock,” Int. J. Rock Mech. Min., 103, 205-214 (2018).

F. X. Chen, “The fully coupled modeling of the Thermal-moisture- deformation behavior for the saturated freezing soils,” Ph.D. thesis, Xi’an University of Technology, Xi’an, China (2001).

D. H. Everett, “The thermodynamics of frost damage to porous solids,” Transactions of the Faraday Society, 57, 1541-1551(1961).

G. Beskow, “Soil freezing and frost heaving with special application to roads and rail-roads (in Swedish),” Swedish Geology Survey Yearbook (Series C), 26(3), 14-21(1935).

R. D. Miller, “Freezing and heaving of saturated and unsaturated soils,” Highway Research Record, 393, 1-11(1972).

J. M. Konrad, N. R. Morgenstern, “The segregation potential of a freezing soil,” Can. Geotech. J., 18(4), 482-491 (1981).

J. S. Walder, B. Hallet, “A theoretical model of the fracture of rock during freezing,” Geol. Soc. Am. Bull., 96(3), 336-346 (1985).

J. B. Murton, R. Peterson, J. C. Ozouf, “Bedrock Fracture by Ice Segregation in Cold Regions,” Science, 314(5802):1127 (2006).

G. S. Yang, C. H. Zhou, Y. G. Tian, Z. J. Hou, “Primary experimental study on moisture and heat transfer of soft rock material during its freezing and thawing,” Chin. J. Rock Mech. Eng. 25(9):1765-1770 (2006).

S. Akagawa, Fukudam, “Frost heave mechanism in welded tuff,” Permafrost Periglac., 2(4), 301-309 (1991).

X. J. Tan, W. Z. Chen, H. Y. Liu, L. Y. Wang, W. Ma, A. H. C. Chan, “A unified model for frost heave pressure in the rock with a penny-shaped fracture during freezing,” Cold Reg. Sci. Technol., 153, 1-9 (2018).

Y. S. Kang, Q. S. Liu, S. B. Huang, “A fully coupled thermo-hydro- mechanical model for rock mass under freezing/thawing condition,” Cold Reg. Sci. Technol. 95, 19-26 (2013).

P. Zhang, “Research on influence of the morphology of the joint surface on the deformation and seepage behaviors of single joint rock mass,” Ph.D. thesis, Xi’an University of Technology, Xi’an, China (2007).

H. Yasuhara, D. Elsworth, A. Polak, “Evolution of permeability in a natural fracture: Significant role of pressure solution,” J. Geophys. Res. Solid Earth, 109(B3), 413-413 (2003).

J. Liu, J. Sheng, A. Polak, , D. Elsworth, H. Yasuhara, A. Grader, “A fully-coupled hydrological- mechanical-chemical model for fracture sealing and preferential opening,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 43(1), 23-36 (2006).

H. R. Thomas, M. R. Sansom, “Fully Coupled Analysis of Heat, Moisture, and Air Transfer in Unsaturated Soil,” J. Eng. Mech., 121(3), 392-405 (1995).

B. V. Derjaguin, N. V. Churaev, “The definition of disjoining pressure and its importance in the equilibrium and flow of thin films,” Colloid Journal of the USSR, 38(3), 402-410 (1976).

J. S. Wettlaufer, M. G. Worster, “Preemelting dynamics,” Annu Review of Fluid Mechanics., 38, 427–452 (2006).

W. Ma, L. H. Zhang, C. S. Yang, “Discussion of the applicability of the generalized Clausius-Claperyron equation and the frozen fringe process,” Earth-Sci. Rev., 142, 47-59 (2015).


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.