振动荷载作用下近相变区冰-水相变迁移规律

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。

关键词

水分迁移 / 近相变区 / 冰-水相变 / 振动荷载 / 环境温度 / 加载频率