Multiscale Thermo-Hydro-Mechanics of Frozen Soil: Numerical Frameworks and Constitutive Models
Notice bibliographique
Résumé
This study introduces numerical frameworks for simulating the interactions within soil systems subjected to freezing and thawing processes, crucial for addressing geotechnical challenges in cold regions. By integrating robust thermo-hydro-mechanical (THM), this research offers a general understanding and specific insights into the deformation, thermal, and moisture transport behaviors of freezing-thawing soils. The first part of this study presents a soil freezing characteristic curve (SFCC) adaptable to various computational frameworks, including THM models. The SFCC, enhanced by an automatic regression scheme and a smoothing algorithm, accommodates the dynamic changes in soil properties due to phase transitions. This model effectively captures the unique behaviors of different soil types under freezing conditions, addressing key factors such as freezing temperature, compaction, and mechanical loading. Building on this foundation, the second framework employs the phase-field method (PFM) coupled with THM to model the behavior of ice-rich saturated porous media. This approach advances the field by enabling distinct representations of the mechanical behaviors of ice and soil through a diffused interface, introducing anisotropic responses as the soil undergoes freezing. By integrating a transversely isotropic plastic constitutive model for ice, this method provides a tool for capturing the phase transition processes and the resulting mechanical responses of frozen soil. The third part extends these methodologies to model thaw consolidation in permafrost regions using a THM framework combined with phase field methods. This model incorporates internal energy functions and a multiscale modified Cam-Clay model within a damage phase field framework, adept at capturing the simultaneous effects of phase change and particle rearrangement. Through validation against experimental scenarios, this model demonstrates its effectiveness in understanding the microstructural evolution and plastic softening in thaw-sensitive soils, which is vital for enhancing infrastructure resilience under thaw conditions. Together, these integrated approaches represent a leap in the modeling and simulation of geotechnical behaviors in cold regions, offering potential applications in predicting and mitigating the impacts of climate change on permafrost and other freeze-thaw affected terrains.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».