Effective thermal expansion coefficient of frozen granite soil


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Abstract

The paper focuses on the development of a model for the coupled thermal transfer and frost action of a soil medium, considering the phase-change effect in the frozen fringe, for a closed system. The frost pressure of the cylindrical soil specimens observed in the freezing test gave a reference value to determine the effective thermal expansion coefficient numerically. Through the proposed numerical technique, the effective thermal expansion coefficient was defined for the frozen granite soil as a function of subzero temperature and initial in situ pore-water content. A comparative analyses between the numerical results and the measurements obtained in the freezing chamber test was conducted to verify the performance of the effective thermal expansion coefficient and the agreement was good.RésuméCet article porte surtout sur un modèle pour le transfert thermique et l'action du gel couplés d'un milieu de sol, en considérant l'effet de la frange gelée dans un système fermé. La pression du gel de spécimens cylindriques de sol observée dans l'essai de gel a donné une valeur de référence pour déterminer numériquement le coefficient d'expansion thermique effective. Utilisant la technique numérique proposée, on a défini le coefficient d'expansion thermique effective pour le sol granitique gelé en fonction de températures sous zéro et de la teneur en eau interstitielle initiale in situ. On a réalisé des analyses comparatives entre les résultats numériques et les mesures obtenues dans l'essai en chambre froide afin de vérifier la performance du coefficient d'expansion thermique effective, et la concordance était bonne.

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