饱和正冻土水热力耦合模型及其工程应用研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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何敏著 著

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• 正冻土
• 水热耦合
• 数值模拟
• 工程应用
• 热工
• 冻土工程
• 热力学
• 饱和土
• 模型研究
• 岩土工程

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出版社： 黄河水利出版社

ISBN：9787550919976

商品编码：28097824721

出版时间：2018-02-01

作  者:何敏 著 定  价:36 出 版 社:黄河水利出版社 出版日期:2018年02月01日 页  数:149 装  帧:平装 ISBN:9787550919976 ●第1章绪论
●1.1研究背景与意义
●1.2研究现状
●1.3研究思路与主要内容
●第2章正冻土的多孔介质理论框架
●2.1引言
●2.2定义
●2.3控制微分方程
●2.4正冻土中的水分驱动力模型
●2.5小结
●第3章准饱和正冻土水热力改进耦合模型
●3.1引言
●3.2饱和正冻土水热力耦合理论框架剖析
●3.3考虑温度影响的黏弹性本构关系的监理
●3.4基于温度影响的黏弹性本构关系的正冻土水热力耦合模型
●3.5小结
●第4章带相变瞬态温度场问题扩展有限元解析
●4.1引言
●4.2纯物质相变瞬态传热问题描述
●4.3冻土工程相变温度场特征
●部分目录

内容简介

冻土在地球上有着广泛的分布，我国的多年冻土分布面积约占世界冻土分布面积的1/10，占到中国国土总面积的1/5。

好的，根据您的要求，我将为您撰写一本关于非饱和土水热耦合模型及其工程应用研究的图书简介。这本书将深入探讨土壤中的水、热、气等多相流相互作用机制，以及如何将这些理论模型应用于实际的土木、环境和岩土工程领域。 --- 图书名称：非饱和土水热耦合模型及其工程应用研究 核心内容概述 本书系统性地阐述了非饱和土体中水、热、气多场耦合作用的理论基础、本构模型构建、数值模拟方法以及在实际工程中的应用。非饱和土，即土体孔隙中同时存在水、气（或蒸汽）和固体颗粒的土体，在自然界和工程环境中普遍存在。理解其水热耦合特性对于确保地基稳定、能源设施安全、环境污染控制乃至地质灾害防治至关重要。 本书聚焦于如何建立能够精确描述孔隙水压力（$psi_w$）、温度（$T$）、孔隙气体压力（$p_g$）以及固相应力（$sigma'$）之间复杂相互作用的数学模型，并探讨如何将这些模型应用于解决实际工程问题。 第一部分：非饱和土的水热耦合理论基础 本部分为全书的理论基石，详细梳理了描述非饱和土物理行为的基本原理和控制方程。 第一章：非饱和土基础与多相流理论 非饱和土的定义与特性： 深入探讨土体含水量、孔隙比、饱和度、基质吸力等关键参数的相互关系。重点分析了基质吸力（Matric Suction）在描述非饱和土力学行为中的核心地位。 热力学基础： 介绍非饱和土体系下的热力学基本定律，包括能量守恒与热量传递的驱动力（如傅里叶定律在非均匀温度梯度下的修正）。 水-气-固多相流： 建立基于质量守恒和动量守恒的多孔介质中水、气相流动的基本方程组，引入达西定律（Darcy's Law）的修正形式，考虑不同压力梯度和渗透率对流体流动的影响。 第二章：热传递机制与温度效应 热传导与对流： 区分非饱和土中热量传递的主要方式，包括通过固相骨架的传导、孔隙水和孔隙气的对流及辐射。分析热扩散系数对含水率和温度的敏感性。 热力耦合效应： 详细分析温度梯度如何影响孔隙水的重新分布（开尔文效应或热虹吸现象）。讨论温度升高或降低对土体有效应力和孔隙结构（如冻融循环）的潜在影响。 热力学驱动的质量迁移： 引入热扩散对水蒸汽迁移的驱动作用，特别是当土体温度梯度较大时，蒸汽迁移在水分再分配中的重要性。 第三章：非饱和土的本构关系与耦合模型 广义有效应力原理： 评估并对比布歇斯（Bore-Bishop）双变量有效应力原理和三变量（考虑气体压力）有效应力原理在不同工程条件下的适用性。 水力本构模型： 详述范·格努克坦（Van Genuchten）模型、卡尔曼（Krogh-Krogh）模型等描述吸力-含水量关系（$psi_w - heta$ 曲线）的本构方程，并讨论其参数辨识方法。 热力本构模型： 建立描述土体热导率、热容与含水率/温度之间关系的经验或半经验模型。 全耦合模型构建： 将上述水力、热力、力学控制方程进行耦合，形成一个描述非饱和土水热耦合行为的偏微分方程组。重点讨论在强耦合（如干燥或饱和过程）条件下的求解策略。 第二部分：数值模拟与求解技术 本部分侧重于将抽象的数学模型转化为可操作的工程分析工具，主要关注有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）在处理复杂耦合问题中的应用。 第四章：数值求解的数学框架 时间离散与空间离散： 介绍在求解非线性、多场耦合问题时，如何选择合适的时间步进方案（如隐式或显式方法）和空间离散技术。 非线性方程组的求解： 由于耦合模型通常表现出高度的非线性，详细阐述牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson）迭代法及其收敛性控制策略，以确保数值解的稳定性和精度。 质量守恒与能量守恒的检验： 介绍在数值模拟过程中，如何通过残差分析来验证质量和能量在整个计算域内的正确传递与平衡。 第五章：软件实现与案例分析 耦合模型的软件实现思路： 概述利用通用有限元软件平台（如COMSOL Multiphysics或定制开发环境）构建水热耦合模块的流程，包括单元的建立、材料属性的输入和边界条件的施加。 关键算例验证： 通过典型的基准算例（如瞬态土壤加热试验、降雨入渗过程下的温度场变化）来验证所构建模型的可靠性，并与室内试验数据进行对比分析。 第三部分：工程应用研究 本部分将理论与模型应用于解决工程实践中面临的实际问题，展现非饱和土水热耦合分析的实用价值。 第六章：地基工程中的水热耦合问题 路基和机场道面的热稳定性分析： 研究季节性温度变化对路基土体水热状态的影响，特别是冰冻土的形成与融化过程，评估其对路面结构承载力的长期影响。 深基坑开挖与降水的影响： 分析基坑开挖导致的土体应力释放和地下水位下降如何耦合影响土体的体积变形和渗透性能，尤其是在干燥或半饱和状态下的土体侧向抗力变化。 边坡稳定性评估： 探讨降雨入渗或蒸发导致的土体含水率和吸力变化如何耦合作用于边坡的有效应力状态，进而影响边坡的抗滑稳定性安全系数。 第七章：能源与环境工程中的应用 地下热能交换系统（GSHP）： 模拟地源热泵系统长期运行过程中，换热管周围土体的温度扰动对土体渗透率和热阻抗的影响，优化换热井的设计寿命。 放射性废物处置库的长期安全评估： 关注深层地下结构中，由于高放废物衰变产生的热量如何驱动水分和蒸汽向外迁移，评估这一过程对回填材料（如膨润土缓冲材料）的力学性能和密封性的长期影响。 土壤干燥与污染迁移： 研究在土壤修复（如热脱附）或自然干燥过程中，温度梯度驱动下的挥发性有机污染物（VOCs）的迁移规律，为污染控制提供理论指导。 结论与展望 本书总结了当前非饱和土水热耦合模型在理论和工程应用中取得的进展，并指出了未来研究的方向，包括考虑土体骨架的变形效应（固-水-热-力完全耦合）、更精细的孔隙结构表征、以及模型在极端气候条件（如永久冻土退化）下的适用性拓展。本书旨在为岩土工程师、水资源专家及环境工程研究人员提供一个全面、深入且实用的技术参考。

评分☆☆☆☆☆

这本《饱和正冻土水热力耦合模型及其工程应用研究》真是让我大开眼界！虽然我并非专业的冻土学研究者，但书中清晰的逻辑和严谨的论证，让我对原本晦涩难懂的理论有了全新的认识。作者从基础概念入手，循序渐进地介绍了饱和正冻土的形成机理、水热耦合的内在联系，以及如何构建复杂的数值模型来模拟这些过程。我尤其欣赏书中对模型建立过程中各种假设条件的详细说明，以及对不同参数敏感性分析的深入探讨，这使得模型结果的可信度大大增强。 最令我印象深刻的是，书中不仅仅停留在理论层面，而是将模型紧密地与实际工程应用联系起来。通过多个案例分析，我看到了这些理论模型如何在实际工程项目中发挥关键作用，例如在寒冷地区基础设施建设、永久冻土区公路桥梁设计、以及地下工程的稳定性评估等方面。书中详细展示了如何利用模型预测冻土融沉、冻胀以及可能带来的结构变形，并提供了相应的工程对策建议。这些内容对于我理解冻土工程的复杂性和重要性，以及如何科学地进行设计和施工，提供了宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

读完《饱和正冻土水热力耦合模型及其工程应用研究》，我才真正体会到“冰冻三尺，非一日之寒”这句话的深意。书中对饱和正冻土内部复杂的水分迁移和热量传递过程进行了细致入微的剖析，让我了解了温度变化如何影响土壤的含水量，以及水分的流动又如何反过来加速或减缓热量的扩散。作者不仅描述了这些相互作用，更重要的是，他通过构建一个严谨的数学模型，将这些抽象的物理过程量化，使得我们可以对其进行精确的预测和控制。 书中大量的图表和数值模拟结果，生动地展现了模型在不同工况下的表现。我看到了在温度波动、降雨入渗等外部因素影响下，冻土的含水量和温度场是如何变化的，以及这些变化对土体稳定性可能产生的潜在威胁。作者在解释这些结果时，并没有使用过于专业化的术语，而是力求通俗易懂，让我这个非专业人士也能大致理解其科学原理。这本书记载的不仅仅是冻土的研究，更是一种严谨的科学思维方式。

评分☆☆☆☆☆

对于任何对寒区工程和地质灾害感兴趣的读者，《饱和正冻土水热力耦合模型及其工程应用研究》都是一本不容错过的佳作。书中关于饱和正冻土水热耦合过程的阐述，不仅在理论上具有高度的科学价值，更在实践中具有极强的指导意义。我尤其喜欢书中关于模型验证和不确定性分析的部分，这部分内容体现了作者对研究严谨性的极致追求，也让我能够更客观地认识到模型的局限性，从而更审慎地应用于实际工程。 书中提供的案例研究，覆盖了从区域冻土分布规律到具体工程构筑物稳定性的各个层面。我特别留意了书中关于冻土融化对地下管线、边坡稳定以及高层建筑基础影响的分析，这些内容都贴近实际工程中可能遇到的难题，并且提供了基于模型的解决方案。这种将理论研究转化为实际解决问题的能力，是本书最宝贵的价值所在。对于从事相关领域工作的工程师和研究人员来说，这本书无疑是一份宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

我一直对冻土地区独特的地质现象感到好奇，《饱和正冻土水热力耦合模型及其工程应用研究》这本书，为我打开了一扇了解这些现象背后科学原理的大门。书中系统地介绍了饱和正冻土中水分和热量之间相互制约、相互促进的复杂关系，以及如何通过建立数学模型来捕捉这些动态变化。作者对于如何将复杂的物理现象抽象化为数学方程，并进行数值求解的阐述，让我对科学研究的严谨性和创新性有了更深刻的理解。 本书的工程应用部分尤其令我印象深刻。书中通过详实的数据和图示，展示了如何利用建立好的模型来预测冻土在不同环境条件下的行为，并为工程设计和施工提供科学依据。例如，在探讨如何减少冻胀对道路路面的破坏，或者如何确保地下水库在极寒条件下的正常运行等方面，书中的模型预测和对策建议都非常有说服力。这本书的价值在于，它不仅解答了“为什么会发生”，更提供了“如何解决”的思路。

评分☆☆☆☆☆

《饱和正冻土水热力耦合模型及其工程应用研究》这本书，以其宏大的视角和精细的分析，为我深入理解饱和正冻土的水热耦合机制提供了极好的平台。书中不仅详细阐述了冻土形成、融化过程中水分迁移和热量传递的内在联系，更重要的是，作者通过构建一系列精密的数学模型，将这些复杂的自然现象进行了理论上的升华和量化。我特别欣赏书中对模型参数的选取和敏感性分析的深入探讨，这让我了解到模型的可靠性是如何一步步建立起来的。 书中丰富的工程应用案例，更是本书的一大亮点。作者将理论模型巧妙地应用于实际工程问题，例如在寒冷地区道路、机场、铁路等基础设施的规划设计中，如何利用模型预测冻土的长期稳定性，规避潜在的冻胀和融沉风险。书中提供的具体计算方法和分析流程，对于我理解如何在工程实践中应用这些先进的科学工具，具有极其重要的参考价值。这本书不仅仅是理论的堆砌，更是科学智慧在工程实践中的生动体现。