Page 80 - 2024年第55卷第8期

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θ ２ ρ ２ θ １ ρ １
ａ ＝ （１４）
ｍ
２ ρ ＰＣＭ
ρ ＰＣＭ θ ＰＣＭ
Δ Ｈ ＝ ａ ｃ Δ Ｈ ＰＣＭ （１５）
ρ ｅ
分别为固相 ＰＣＭ与液相 ＰＣＭ的密度；Ｃ 、Ｃ 分别为固相 ＰＣＭ与液相 ＰＣＭ的比热；Δ Ｈ
ｐ，１ ｐ，２
式中：ρ １ 、ρ ２
与 Δ Ｈ ＰＣＭ 分别为相变黏土与 ＰＣＭ的相变潜热；ａ为质量分数；ａ为 ＰＣＭ在黏土多孔介质中的结晶度。
ｍ
ｃ
２．５ 数值模型建立及验证 采用控温箱对不同 ＰＣＭ 掺量（质量比 ０、４％和 ８％）条件下的心墙相变黏
土试样进行室内控温试验。试验铁箱内部土体尺寸为 １０ｃｍ × １０ｃｍ × １９ｃｍ。为模拟绝热边界条件，用
保温泡沫（厚 ３ｃｍ）在试样土体四周覆盖 １层，底部覆盖 ２层，如图 ３（ａ）所示。数值模型的几何结构
与室内控温试验一致，如图 ３（ｂ）所示。

图 ３ 试样装置与数值模型

图 ３（ｂ）中边界条件的具体处理方法如下：
（ １）对流换热。对相变黏土及保温材料的暴露表面施加对空气流换热边界条件：
ｎ·ｑ
－ 珗 珒 ＝ ｈ（Ｔ－ Ｔ） （１６）
ａ ａ
ｎ、ｑ分别为暴露表面上的法向向量和热通量；ｈ为暴露表面与空气之间的对流换热系数。
式中： 珗 珒
ａ
（２）表面对空气辐射。考虑到暴露表面对环境的辐射作用，施加辐射边界条件：
４
４
－ 珗 珒 ＝ εσ （Ｔ－ Ｔ） （１７）
ｎ·ｑ
ａ
式中：ε 为表面辐射率，对于相变黏土和绝热保温材料可取 ０．９５；σ为 Ｓｔｅｆａｎ － Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ常数。
（ ３）绝热与初始温度。对试样底部施加绝热边界条件，并为试样赋予初始温度，以保证数值模拟
结果的唯一性：
－ 珗 珒 ＝ ０ （１８）
ｎ·ｑ
Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ ＝ ０ ） ＝Ｔ （１９）
０
式中 Ｔ为施工控制初始温度。
０
室内控温试验和数值模拟均采用相同的设计温度曲
线、试验工况和模型参数。设计温度曲线如 图 ４所 示，
试验工况如表 ２所示，模型参数如表 ３、表 ４所示。其
中，相变黏土的压实特性取自击实 试验 ［１４］ ；土体骨架
的热学性能取自热学性能试验反演分析，其他材料热学
性能参数取自供应商的产品质量检测报告 ［１６］ 。
分别通过室内控温试验和数值模拟，得到各工况下
黏土压实表层温度的实测值和模拟值，如图 ５所示。本文
选择平均绝对误差 ＭＢＥ、均方根误差 ＲＭＳＥ和模型有效性
系数 ＭＥ对模型进行验证 ［２２ － ２３］ 。误差分析结果如表 ５所示。 图 ４ 设计温度曲线

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