论文中文题名: | 水、盐含量对黄土电阻率及热参数影响的试验研究 |
姓名: | |
学号: | 19209212043 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085217 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 地质工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2021 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 地质灾害防治 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2022-06-21 |
论文答辩日期: | 2022-05-29 |
论文外文题名: | Experimental study on the influence of water content and salt content on resistivity and thermal parameters of silty clay |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Loess ; Resistivity ; Thermal parameters ; Water content ; Salt content |
论文中文摘要: |
水、盐含量对黄土地球物理表现的影响是近些年来工程地质学、土壤学、能源学、电气安全学及地热资源开发领域的研究热点,国内外众多学者围绕水、盐耦合作用下的地球物理表现进行了大量的试验研究。然而,目前关于土体的水、盐含量与电阻率及热参数的关系却很少被提及,相关研究也不够系统。泾阳南塬系渭北黄土台塬,随着该地区农业的发展,大量化学肥料在农耕活动中被使用,随着漫灌的进行,肥料中的各种盐分被灌溉水溶解,入渗斜坡并发生迁移,最终在斜坡坡脚处积累,黄土中出现“析盐”现象。水、盐的作用会改变黄土的结构,进而对其力学性质造成影响。在这一过程中,黄土的地球物理表现会发生显著变化,尤其是电阻率和热参数。因此,查明黄土中电阻率、热参数随水、盐含量变化的规律,对土体的水盐运移规律和地球物理表现研究具有重要意义。 为了探明黄土中水、盐含量与电阻率和热参数的关系,拟通过电阻率测试试验,得到水、盐含量与电阻率间的变化关系;进一步利用单轴压缩试验与电阻率测试试验相结合,得到在黄土受压变形过程中的电阻率变化规律;最后通过热参数测试试验,得到水、盐含量与热导率、比热容及热扩散率间的变化关系。具体有以下认识: (1)电能传导遵循优势路径原则。随着黄土试样中含水量的增加,电能传导通道从固-液混合传导变为液-液传导,电阻率下降;随着含盐量的增加,试样中游离态的Na+和Cl-增多,试样的导电性增强,电阻率下降;测试频率会使测试层中游离态的Na+、Cl-和H2O分子产生定向排列和电离极化现象,随着测试频率的增大,土体颗粒双电层中游离态的离子会被逐渐释放出来,使试样的导电性增强,电阻率下降; (2)当黄土试样的应变较小时,黄土结构挤密,孔隙逐渐闭合,电阻率略有上升;随着应变逐渐增大,试样中产生轴向微裂隙,孔隙水会进入微裂隙中,试样导电性增强,电阻率降低;随着应变进一步增大,试样中轴向的微裂隙逐渐扩张并形成横向连通,试样导电性增强,电阻率降低;当试样剪切破坏时,其中的微裂隙贯通,电能传导基本以孔隙水为主,电阻率变化幅度极小; (3)随着含水量的增加,黄土试样中会产生“液桥”现象,热能传导路径从固-气传导为主变为了液-液传导为主,热导率总体呈现上升趋势;随着含盐量的增加,试样中会出现“压缩双电层”和“絮凝”现象,热导率总体上呈现为先上升后下降趋势; (4)在低于塑限含水量的条件下,随着含水量的增加,孔隙水进入孔隙占据了空气的位置,黄土试样的比热容快速上升;当含水量达到塑限之后,随着含水量的增加,孔隙水彼此连通,试样的比热容快速上升;盐含量对比热容的影响较小。 (5)当含水量在8~16%时,试样的热扩散率整体变化较小;当含水量大于16%后,热扩散率有一定程度的下降;当含盐量在0~6%时,试样的热扩散率总体呈下降趋势。 |
论文外文摘要: |
In recent years, the influence of water and salt content on loess geophysical performance has become a research hotspot in the fields of engineering geology, soil science, energy science, electrical safety and geothermal resource development. Many scholars at home and abroad have conducted a large number of experimental studies on the geophysical performance under the coupling effect of water and salt. However, the relationship between water and salt content of soil and resistivity and thermal parameters has rarely been mentioned, and the relevant research is not systematic enough. With the development of agriculture in this area, a large number of chemical fertilizers were used in farming activities. With the progress of flood irrigation, various salts in fertilizers were dissolved by irrigation water, infiltrated into slopes and migrated, and finally accumulated at the foot of slopes, resulting in "salt evolution" in loess. The action of water and salt will change the structure of loess and then affect its mechanical properties. During this process, the geophysical characteristics of loess, especially resistivity and thermal parameters, will change significantly. Therefore, it is of great significance to find out the law of resistivity and thermal parameters changing with water and salt content in loess, and to study the law of water and salt migration and geophysical behavior of soil. In order to explore the relationship between water and salt content in loess and resistivity and thermal parameters, it is planned to obtain the relationship between water and salt content and resistivity through resistivity test. Furthermore, uniaxial compression test and resistivity test were combined to obtain the resistivity variation rule during the compression deformation of loess. Finally, the relationship between water and salt content and thermal conductivity, specific heat capacity and thermal diffusivity is obtained through thermal parameter test. The specific conclusions are as follows: (1) Electric energy conduction follows the principle of dominant path. With the increase of water content in loess samples, the power conduction channel changes from solid-liquid mixed conduction to liquid-liquid conduction, and the resistivity decreases. With the increase of salt content, the free state Na+ and Cl- in the sample increase, and the electrical conductivity of the sample increases, but the resistivity decreases. The free Na+, Cl- and H2O molecules in the test layer are oriented and ionized. With the increase of the test frequency, the free ions in the double electric layer of soil particles are gradually released, which makes the electrical conductivity of the sample enhanced and the resistivity decreased. (2) When the strain of loess sample is small, the loess structure is compact, the pores gradually close, and the resistivity rises slightly; As the strain gradually increases, axial micro-cracks occur in the sample, and liquid will enter into the micro-cracks. The conductivity of the sample increases and the resistivity decreases. With the further increase of strain, the axial micro-cracks in the sample gradually expand and form transverse connectivity, and the electrical conductivity of the sample increases, but the resistivity decreases. When the sample is broken by shear, the microcracks are connected, and the electric energy conduction is mainly pore water, and the resistivity variation is very small. (3) With the increase of water content, "liquid bridge" phenomenon occurs in loess samples, and the heat conduction path changes from solid-gas conduction to liquid-liquid conduction, and the thermal conductivity generally presents an upward trend. With the increase of salt content, the phenomenon of "compressed double electric layer" and "flocculation" will appear in the samples, and the thermal conductivity will increase first and then decrease. (4) When the water content is lower than the plastic limit, with the increase of water content, water enters the pores and occupies the position of air, and the specific heat capacity of loess samples rises rapidly. When the water content reaches the plastic limit, the pore water is connected with each other with the increase of water content, and the specific heat capacity of the sample rises rapidly. Salt content has little effect on specific heat capacity. (5) When the moisture content is 8~16%, the thermal diffusivity changes little. When the water content is more than 16%, the thermal diffusivity decreases to a certain extent. When the salt content is 0~6%, the thermal diffusivity of the samples decreases. |
参考文献: |
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中图分类号: | P642.131 |
开放日期: | 2022-06-22 |