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退化多年冻土区桩基水分迁移规律

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:水分迁移一般经历以“S”形、“Z”形、“V”形向桩心位置迁移。图5.6120cm处含水率沿桩径分布曲线图5.7110cm处含水率沿桩径分布曲线同时,1D至3D处曲线斜率较大,在1D处含水率大于平均含水率。说明在距离桩心较近位置,水分迁移剧烈,水分迁移在水平向的含水率大小分布曲线以“S”为主。因此水分横向迁移驱动力主要考虑温度势和基质势。图5.8水分横向迁移示意图

退化多年冻土区桩基水分迁移规律

不同深度含水率沿桩径分布如图5.5所示。从整体来看,在不同深度沿桩心距方向,含水率由外向里即向靠近桩中心处迁移。水分迁移一般经历以“S”形、“Z”形、“V”形向桩心位置迁移。水分迁移是三维进行,水分迁移的结果使较深位置处的水分向上、向桩心迁移。远离桩心位置的含水率最终会低于初始平均含水率,试坑上部深度处靠近桩心位置处的含水率会明显高于初始平均含水率,而且沿桩心距方向最终含水率分布曲线呈近斜直线分布。

图5.5 不同深度含水率沿桩径分布曲线

从底层分析,如图5.6至图5.7所示,深度120cm处水分向桩心迁移,1D处含水率明显高于7D处含水率,相应桩心距处,120cm深度处5D位置向下凹,而110cm深度处5D位置向上凸,这也充分验证了守恒定律,符合上述竖向迁移规律,说明此深度的水分同时向上迁移。

图5.6 120cm处含水率沿桩径分布曲线

图5.7 110cm处含水率沿桩径分布曲线

同时,1D至3D处曲线斜率较大,在1D处含水率大于平均含水率。说明在距离桩心较近位置,水分迁移剧烈,水分迁移在水平向的含水率大小分布曲线以“S”为主。在桩的整体水分迁移曲线中也可以看出含水量是波浪趋势,含水量率的一高一低现象也正是水分迁移造成的。

对横向水分迁移,在非饱和条件下,土中孔隙与大气相通,土中水承受大气压,故压力势为零。若只考虑水分在土中的运动,而不涉及植物根系供水,则土中不存在半透膜,溶质势可视为零。因此水分横向迁移驱动力主要考虑温度势和基质势。(www.xing528.com)

事实上,土中温度的分布和变化对土中水分运动的影响是多方面的,有些大大超过了温度势本身的作用。由于桩与土的材料差异性,对于桩-土体系的温度分布有很大影响,是促使水分横向迁移的一个重要原因。在开始冻结阶段,因为混凝土桩的导热系数较大,在外界温度降低作用下,桩身比周围土壤冷得快,会形成水平向的温度梯度,以及桩土界面处的一层冰膜,如图5.8所示,这使得桩土界面处的土颗粒表面薄膜水先开始冻结,水化膜变薄,分子吸力有了剩余,将侧向暖处的尚未冻结的薄膜水吸来。另外,在界面处冰膜形成前,桩身与土壤间隙较之土壤本身土颗粒间隙大很多,外部冷空气的进入也会使得界面处的温度先降低。

图5.8 水分横向迁移示意图

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