寒区土体一维水-热-力耦合模型与数值分析

寒区土体的冻胀融沉特性对结构物稳定带来极大挑战，冻土冻融作用机理的研究对寒区冻融灾害预防具有极其重大的意义。文中通过质量守恒定律以及能量守恒定律建立寒区一维土柱水分场、温度场数值模型，考虑冰水相变引起土体内部应力变化以建立应力场。构建一维非饱和土柱水热力耦合模型，通过与已有研究比对以验证三场耦合数值模型的准确性。研究表明：冻结锋面随冻结时间不断下移。在冻结初期，冻结锋面下移速度较快，在冻结后期冻结速度变缓，且土柱内温度成近似线性分布趋势。土柱内水分场在冻结锋面处出现明显的S形曲线。在冻结条件下，土柱发生竖向的冻胀变形，模拟结果与已有试验数据吻合良好，验证了该模型的合理性以及准确性。