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水分迁移,近相变区,冰-水相变,振动荷载,环境温度,加载频率
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吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (2): 550-562.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230197
振动荷载作用下近相变区冰-水相变迁移规律
周琨超1,2，王志远1，翟金榜1，张泽1,3,4,5，孟祥熙1，袁名扬1
1.东北林业大学土木与交通学院，哈尔滨150040
2.陕西交通控股集团有限公司，西安710065
3.东北林业大学冻土研究所，哈尔滨150040
4.东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测站（东北林业大学），哈尔滨150040
5.东北多年冻土区环境、道路建设与养护协同创新中心（东北林业大学），哈尔滨150040
Migration Law of Ice-Water Phase Transition in Near-Phase Transition Zone Under Vibrational Loading
Zhou Kunchao1, 2, Wang Zhiyuan1, Zhai Jinbang1, Zhang Ze1,3,4,5, Meng Xiangxi1, Yuan Mingyang1
1. School of Civil Engineering and Transportation, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China
2. Shaanxi Transportation Holding Group Co., Ltd., Xi’an 710065, China
3. Institute of Permafrost Research, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China
4. Northeast Permafrost Zone Geological Environment System Field Scientific Observatory (Northeast Forestry University),
Ministry of Education， Harbin 150040, China
5. Northeast Permafrost Zone Environment, Road Construction and Maintenance Collaborative Innovation Center (Northeast
Forestry University), Harbin 150040, China
摘要： 为了证明振动荷载作用下冰中存在水分迁移，并探究冰中水分迁移的规律，以人造柱状冰作为研究对象，开展了负温条件下的振动试验，通过改变环境温度和加载频率对冰中液态水的迁移进行研究。首先结合多年冻土地区公路所承受重型满载货车的载荷特征，以55 kPa为荷载幅值，循环振次设置为2 880～28 800次，开展了在-3 ℃、0.5 Hz条件下循环振动荷载分层柱状冰的水分迁移试验；然后在-5 ～-1 ℃、0.1 ～0.5 Hz条件下开展了循环振动荷载人造柱状冰的水分迁移试验；最后对试验数据进行拟合。结果表明：在振动荷载作用下，冰中的液态水沿结构裂隙向加载方向迁移；在不同的环境温度下，水分迁移量呈指数性增长；在不同的加载频率下，水分迁移量以分段函数的形式分阶段增长。当加载频率和荷载幅值恒定时，水分迁移量与增速峰值随环境温度升高而增大，随温度的下降而减小，-1 ℃测定的水分迁移量约为-5 ℃的3.75倍；越靠近熔点，增速峰值出现得越快，反之越慢。当环境温度和荷载幅值恒定时，水分迁移量与增速峰值随频率增大而增大，随频率的降低而减小，1.0 Hz测定的水分迁移量约为0.1 Hz的2.04倍；加载频率越快，增速峰值出现得越快，反之越慢。
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