MODELING OF PORE WATER PRESSURE IN FREEZING DISPERSED SOILS DURING MOISTURE MIGRATION

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Frost heaving of soils is the main cause of engineering accidents in cold regions, but the current experimental as well as numerical studies focus on frost heaving deformation of soils, while there are fewer numerical studies on the main factors causing frost heaving deformation: pore water pressure. In this study, new calculation formulas of pore water pressure for saturated frozen soil are obtained by solving Gibbs free energy equation, and a thermo-hydraulic coupling model under different boundary conditions is constructed to calculate the pore water pressure values and water flow during water migration process. The results showed: (1) the pore water pressure of freezing soil with the ice lens is about ten times that without the ice lens, and the calculated results agree with the previous known experimental results; (2) The temperature of the cold end directly determines the upper limit of the pore water pressure value of freezing soil; (3) Pore water pressure decreases with depth much faster than the rate of temperature decrease.

Sobre autores

Zhou Bicheng

Lomonosov Moscow State University

Autor responsável pela correspondência
Email: zhoubicheng@mail.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninskie gory 1

A. Brushkov

Lomonosov Moscow State University

Autor responsável pela correspondência
Email: brouchkov@geol.msu.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninskie gory 1

Hu JiaBo

China University of Geosciences

Autor responsável pela correspondência
Email: jiabo96@163.com
China, 430074, Wuhan, Hubei, Lumo Av.

Bibliografia

  1. Akagawa, S., Hiasa, S., Kanie, S. et al. Pore water and effective pressure in the frozen fringe during soil freezing. In: Proc. the 9th Int. Conf. on Permafrost, 2008, pp. 13–18. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2019.102899
  2. Bai Qing-Bo, Li Xu, Tian Ya-Hu, Fang Jian-Hong. Equations and numerical simulation for coupled water and heat transfer in frozen soil. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2015, vol. 37 (2), pp. 131–136.
  3. Beskow, G. Soil freezing and frost heaving with special application to roads and railroads: with special supplement for the English translation of progress from 1935 to 1946. Technological Institute, Northwestern University. 1947. https://doi.org/10.1097/00010694-194804000-00015
  4. Fowler, A. Secondary frost heaving in freezing soils. SLAM Journal on Applied Mathematics, 1989, vol. 49, pp. 991–1008. https://doi.org/10.1137/0149060
  5. Geng, L., Tang, S.Y., Cong, X.Z. Ling, J.Lu. Three-dimensional analysis of geosynthetic-encased granular columns for liquefaction mitigation. Geosynthetics International, 2016, vol. 24 (1), pp. 45–59. https://doi.org/10.1680/jgein.16.00014
  6. Harlan, R.L. Analysis of coupled heat-fluid transport in partially frozen soil. Water Resources Research, 1973, vol. 9 (5), pp. 1314–1323. https://doi.org/10.1029/wr009i005p01314
  7. Hoekstra, P. Moisture movement in soils under temperature gradients with the cold-side temperature below freezing. Water Resources Research, 1996, vol. 2 (2), pp. 241–250. https://doi.org/10.1029/wr002i002p00241
  8. Huang, X., Rudolph, D.L. Coupled model for water, vapour, heat, stress and strain fields in variably saturated freezing soils. Advances in Water Resources, 2021, vol. 154, pp. 39–45. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2021.103945
  9. Konrad, J.M. Unfrozen water as a function of void ratio in a clayey silt. Cold Region Science and Technology, 1990, vol. 18 (1), pp. 49–55. https://doi.org/10.1016/0165-232x(90)90037-w
  10. Konrad, J.M., Duquennoi, C. A model for water transport and ice lensing in freezing soils. Water Resources Research, 1993, vol. 29 (9), pp. 3109–3124. https://doi.org/10.1029/93wr00773
  11. Konrad, J.M., Morgenstern, N.R. A mechanistic theory of ice lens formation in fine-grained soils. Canadian Geotechnical Journal, 1980, vol.17, pp. 473–486. https://doi.org/10.1139/t80-056
  12. Lai, L., Zhang, M. et al. Study on theory model of hydro-thermal-mechanical interaction process in saturated freezing silty soil. Int. Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, vol. 78, pp. 805–819. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.07.035
  13. Loch, J.P.G., Kay, B.D. Water Redistribution in Partially Frozen, Saturated Silt Under Several Temperature Gradients and Overburden Loads. Soil Science Society of America Journal, 1978, vol. 42 (30), pp. 400–406. https://doi.org/10.2136/sssaj1978.03615995004200030005x
  14. Lu Ning, Likos William J. Unsaturated soil mechanics. Beijing: Higher Education Press, 2012, pp. 269–287.
  15. Miller, R.D. Freezing and heaving of saturated and unsaturated soils. Highway Research Record, 1972, vol. 393, pp. 1–11. https://doi.org/10.1029/2011wr010512
  16. Miller, R.D. Frost heaving in non-colloidal soils. In: Proc. 3rd Intern. Permafrost Conf., Edmonton, Canada, 1978, pp. 708–713.
  17. Miller, R.D. Lens initiation in secondary heaving. Highway research record, 1972, vol. 393, pp. 1–11.
  18. O’Neill, K. The physics of mathematical frost heave models: a review. Cold Regions Science and Technology, 1983, vol. 6 (3), pp. 275–291. https://doi.org/10.1016/0165-232x(83)90048-4
  19. Taber, S. Frost heaving. The Journal of Geology, 1929, vol. 37 (5), pp. 428–461. https://doi.org/10.1086/623637
  20. Thomas, H.R., Cleall, P. et al. Modelling of cryogenic processes in permafrost and seasonally frozen soils. Geotechnique, 2009, vol. 29 (3), pp. 173–184. https://doi.org/10.1680/geot.2009.59.3.173
  21. Zeng Guijun, Zhang Mingyi, Li Zhenping et al. Review of mechanical criterion for formation of ice lens in freezing soil. J. of Glaciology and Geocryology, 2015, vol. 37 (1), pp. 192–201.
  22. Zhang Lian-Hai, Ma Wei, Shi Ya-Jun et al. The modes and its implications of water accumulation near the freezing front during soil freezing with considering ice segregation. J. of Glaciology and Geocryology, 2022, vol. 44 (6), pp. 1–11.
  23. Zhou, J.Z., Li, D. Numerical analysis of coupled water, heat and stress in saturated freezing soil. Cold Regions Science & Technology, 2012, vol. 72, pp. 43–49. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2011.11.006

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2.

Baixar (467KB)
Metadados
3.

Baixar (176KB)
Metadados
4.

Baixar (33KB)
Metadados
5.

Baixar (74KB)
Metadados
6.

Baixar (118KB)
Metadados
7.

Baixar (130KB)
Metadados
8.

Baixar (66KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Чжоу Бичэн, А.В. Брушков, Ху ЦзяБо, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».