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一维饱和冻土融化固结分析 总被引：3，自引：2，他引：1
冻土的融化固结是在融化的基础上进行的,是温度与变形耦合作用的结果.根据考虑冰水相变的热传导方程和水分迁移方程,建立以孔隙比为变量的融化变形固结理论.利用有限元软件对冻土一维融化固结进行数值模拟,分析了融化过程中孔隙比、孔隙水压力、变形等随时间的变化规律,并与实验结果进行对比.研究表明：含水率的增大会阻碍融化锋面的推进速率,进而降低土体固结速率,而且冻土的固结过程滞后于冻土的融化过程.随着融化锋面的移动,固结区域不断增大.冻土的融化固结过程也是孔隙水的消散过程,随着孔压的不断消散,变形量逐渐增加.最大位移出现在土体表面,最大沉降量随时间增长而增大,最后趋于一个稳定值. 相似文献
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季节冻土区水盐迁移及土体变形特性模型试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究盐渍化冻土水分、盐分迁移规律以及变形特性,探索寒区旱区土壤盐渍化机制,配制了不同含盐量的粉质黏土进行模型试验。试验结果表明,温度、水分、盐分和土体变形之间相互耦合。温度降低有利于盐晶体析出和未冻水结冰;反之,温度升高易于晶体溶解和冰融化。水盐相变过程中伴随能量的释放或吸收,影响土体温度。盐分改变了流体的动力黏度和土体冻结温度,并且盐分结晶使土体产生较大的吸力,加剧了未冻水含量的变化。水分是盐分迁移的介质,盐分以离子形式随未冻水迁移。降温期水分盐分向上迁移,升温期迁移方向相反。迁移速率与吸力有关,冻结缘附近吸力最大,速率最快。盐渍化冻土的变形是盐分和水分共同作用的结果,含盐量较低时冻胀和融沉是土体变形的主要因素;当含盐量较高时盐胀和溶陷占主导作用。 相似文献
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一、引言 在多年冻土地区,随着土中水分的冻结和融化,会导致一系列奇异独特的冻土现象,如冻胀丘、冻融滑塌和热融沉陷等。这些现象往往给结构物造成灾害,如建筑物的损坏,道路的翻浆和沉陷,管道的折裂和变形等。因此测定冻土水分随季节、土质和土层深度等的变化,确定冻结和融化速率及多年冻土上限等,就是冻土研究和勘测的一项重要内容。 相似文献
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青藏铁路路基下融化夹层特征及其对路基沉降变形的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
基于青藏铁路多年冻土区路基地温与变形现场监测资料, 研究了青藏铁路路基下融化夹层特征及其对路基沉降变形的影响. 结果表明:在已有监测场地中, 青藏铁路沿线天然场地融化夹层发育较少, 而路基下融化夹层发育较多. 低温冻土区路基下融化夹层能够逐渐完全回冻使其消失, 高温冻土区大部分路基下融化夹层有进一步发展的趋势. 当融化夹层下部为高含冰量冻土时, 融化夹层与路基沉降变形关系密切, 路基易产生较大的沉降变形; 当融化夹层下部为低含冰量冻土时, 路基沉降变形较小. 相似文献
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土冻结过程中的水分迁移、积聚是冻害形成的关键环节,至今仍是冻土物理学研究的前沿和重要课题。二十世纪七八十年代冻土水分迁移研究黄金时代以后,长期未有经典理论和科学认知的重大突破,冻土水分迁移中涉及的许多机理性问题和关键瓶颈难题至今仍不能准确回答,尚存在很多争议和认识上的不足,现有研究成果在实际工程中的应用并不令人完全满意。因其性质的易变性、微观性和突变性,冻结相变区（冻结缘）仍是冻土水热输运研究中的一个“黑箱”。研究评述了冻土水分迁移驱动力与迁移过程相关研究的发展历程、主要研究进展与现状;分析了孔隙水压力、土水势驱动冻土水分迁移的物理原理和基本规律,综述了孔隙水压力、土水势的理论表征与试验测试等方面的最新进展、认知现状与主要科学问题;分析了三种流行的冻土水分迁移理论,即毛细水迁移理论、薄膜水迁移理论和水汽迁移理论;总结了制约冻土水分迁移科学认知突破的关键瓶颈难题,展望了未来研究的重点和方向。认为未来的研究应加强仪器设备的改进、研发与新技术引入,重点关注冻土水分迁移驱动力的物理本质和精准监测,强化冻土水分迁移的微观过程及机制认识,需从非平衡态热力学的视角关注热质输运与冰-水相变过程,注重工... 相似文献
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受气温变化影响,浅层冻土滑坡失稳涉及水分的固液相态转换,是一个复杂的水热力耦合过程。为揭示气温变化对多年冻土斜坡稳定性的影响,基于冻土水热力耦合数值模型,模拟了2020—2024年青海省多年冻土区斜坡水热力演化过程。研究结果表明:水分迁移速率呈周期性变化,每年5—10月活动层融化程度高,总体积含水率变化趋势显著;夏季多年冻土上限以下的高含冰量土层融化产生厚度约15 cm的富水层,孔隙水压难以消散;4年间多年冻土上限下移10.4 cm,导致活动层和富水层的厚度增大,上覆融土下滑力增大、抗滑力减小,土体抗剪强度进一步下降;活动层土体每年产生数厘米冻胀融沉变形,抗剪强度不断劣化,坡脚处最容易形成薄弱带。 相似文献
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我国冻土融化压缩性研究 总被引：4，自引：1，他引：4
冻土中的热交换是冻土生存与消融最重要的因素。随着国民经济建设的发展,改变了多年冻土及季节冻土区建筑物热量和地面条件,从而加速了冻土中热迁移过程。防止冻土融化是保持多年冻土地基强度的重要措施。然而,当冻土的融化不能防止时,对冻土融化固结特性的研究就成为冻土力学研究的主要课题,其中包括冻土的融化下沉系数、融化速率、压缩系数,以及它们与冻土基本物理指标间的关系等。建筑实践经验告诉我们,融沉破坏是多年冻土区建筑物冻害的主要原因.对季节冻土区工民建筑物浅基的实施,冻土融化下沉性则成为基础埋置深度设计的重要依据。 相似文献
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吉林省土壤冻融的逐日变化及与气温、 地温的关系 总被引：2，自引：1，他引：1
土壤冻融过程对气候和生态环境演变有重要影响。为了研究季节冻土区土壤冻融过程及其对气候变化的响应,利用2014-2017年吉林省典型代表观测站逐日冻土、气温和地温数据,研究土壤冻融的逐日变化及其与气温、地温的关系。结果表明：在土壤冻结和融化完整过程中,冻土上限呈直线上升趋势变化,下限呈先增大后减小的三次曲线趋势变化,即从稳定冻结初日起,冻土深度逐渐加深,在达到最大值后,缓慢变浅。冻土融化包括下限和上限融化两个过程,具有“两头化”的变化特征。冻土上限融化与下限同时开始或者晚于下限,但冻土上限融化的日变化量要大于下限。在土壤冻结过程中,活动积温、0 cm地积温、10 cm地积温与冻结深度呈三次曲线变化关系,随负积温的增加,冻结深度加深。在冻土上限融化过程中,活动积温、0 cm地积温、10 cm地积温与冻土上限深度呈三次曲线变化关系,随正积温的增加,上限融化深度加深。在冻土下限融化过程中,活动积温、0 cm地积温、160 cm地积温与冻土下限深度呈显著的直线趋势,随正积温的增加,下限融化深度变浅。 相似文献
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在周期温度边界条件下,冻土呈现出与常温边界不同的融化固结特性. 基于融化固结理论提出了一种适用于周期温度边界条件下融化固结计算的数值模拟方法,并通过试验验证了该方法的有效性. 通过对比分析试验及数值结果表明,提出的数值方法能够很好地描述周期温度边界条件下冻土的融化固结特性. 同时,融化深度和变形均随时间呈现出阶梯型的变化趋势. 这是周期温度边界下土体融化固结行为最显著的特点. 随着冻融次数的增加,融化深度和变形均趋近于常温边界条件下的结果,这表明若干个冻融循环后周期温度边界对融化固结行为的影响将逐渐消失. 相似文献
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含NaCl和Na2SO4双组分盐渍土的水盐相变温度研究 总被引：1，自引：0，他引：1
盐渍土相变温度是判断土体中水分冻结与融化、盐分结晶与溶解的重要参数。不同盐分含量相变温度的差异,给盐渍土在降温过程中的水盐迁移过程及变形规律的模拟带来极大的不确定性。通过降温试验,研究了降温过程中氯盐和硫酸盐综合作用盐渍土中水盐相变温度的变化情况。结果表明：全盐量相同时,盐结晶温度随NaCl和Na2SO4比例的不同而不同。随NaCl的加入,在Na+同离子效应的影响下,Na2SO4更容易结晶,但土体的冰和芒硝共晶点温度下降,使得冰含量显著减少,从而降低了孔隙溶液中固相的产生比例,起到抑制Na2SO4盐渍土盐冻胀变形的作用。当土中只含Na2SO4盐时,随Na2SO4浓度的增加,冰和芒硝共晶点的温度先上升而后缓慢下降,二次相变前冰盐的累积量是导致冰和芒硝共晶点产生这种变化的主要原因。盐渍土三相共晶点温度随NaCl含量的增加呈现上升趋势,这是因为随着NaCl的加入,在发生三相共晶前,孔隙溶液发生相变的固相含量减少,从而使孔隙结构对三相共晶点的影响减小。此外,含有NaCl与Na2SO4双组分的盐渍土,水分和盐分可能以单固相、双固相以及三固相状态析出。研究结果可为深入认识盐渍土的相变规律及物理性质提供理论支撑。 相似文献
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月球极区冻结模拟月壤物理力学特性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
近年来越来越多的探测结果表明,月球极区永久阴影区月壤中存在水冰。水是人类赖以生存的化学物质,也是理解月球独特的形成与演化过程的关键环节。因此,各航天大国均将月球极区作为探月工程的重要目标。冻结月壤的导热系数和单轴抗压强度是月球极区原位探测取样的基础和关键参数。本研究采用低温试验研究了冻结模拟月壤的导热系数和单轴抗压强度。结果表明：冻结模拟月壤导热系数随含水率增大而线性增大,冻结模拟月壤的导热系数为0.2~1.3 W?m-1?K-1。冻结模拟月壤单轴压缩过程中发生脆性破坏,5%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为5 MPa,10%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为13 MPa。在初始加载阶段,干密度相同、含水率不同的冻结模拟月壤试样因微裂纹压密导致的应变量基本相同;在线弹性阶段,冻结模拟月壤有效弹性模量随含水率增大而增大,其主要原因是含水率增大使得月壤颗粒间的冻结强度增大;在破坏阶段,含水率较高的冻结模拟月壤表现出脆性破坏特征,含水率较低的冻结模拟月壤表现出更显著的塑性特征。研究结果将为月球永久阴影区水冰探测方案制定、探测器研制等提供基础的科学数据支撑。 相似文献
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为了研究不同酸碱环境下锌离子对饱和高岭土压缩特性影响,以及锌离子向其中扩散特性,利用室内人工配制的重塑土开展了一维固结试验和土柱扩散试验。试验结果表明,锌离子浓度不高于0.05 mol/L时,污染土的压缩指数变化不大,但氢氧化锌沉淀量的增加会导致高岭土的压缩性略有降低。高岭土处于碱性环境时,其上部自由溶液中锌离子浓度降低最快,中性环境次之,酸性环境时最慢。溶液电导率可间接反映出其中的溶解态锌离子浓度,高岭土处于中性和碱性环境时,土柱上部自由溶液的电导率与溶液中锌离子浓度呈正相关,而当高岭土处于酸性环境时,土柱上部自由溶液的电导率与溶液中锌离子浓度呈负相关,对于这种酸碱土体环境下的反常规律,在利用溶液电导率快速评价重金属离子浓度时需引起重视。 相似文献
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含水量对冻结含盐粉土单轴抗压强度影响的试验研究 总被引：7，自引：4，他引：3
采用取自甘肃省白银市平川区黄河岸边的天然盐渍土,用蒸馏水洗去土中的盐分,配制成NaCl/Na2SO4含量为1.5%,含水量不同的试样,研究了冻结条件下含水量对冻结含盐粉土单轴抗压强度、破坏应变的影响.结果表明:当含水量较小时,随着含水量的增加,冰的胶结作用增强,并与土颗粒、盐晶体一起承受荷载,冻结含盐土的单轴抗压强度不断增大;当含水量超过某一值时,试样更多地呈现出冰的性质,而冰的强度远远小于矿物颗粒的强度,单轴抗压强度随含水量的增加而减小.随着含水量的变化,含盐土的破坏应变与单轴抗压强度有相似的变化规律. 相似文献
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为了研究混凝土在冻融交替与盐类侵蚀双重因素作用下的抗冻耐久性能,根据季节冻土区大安境内盐渍土中主要易溶盐的类型与含量,配制了3种质量分数的复合盐侵蚀溶液,制备了普通混凝土、2种引气混凝土及2组粉煤灰混凝土试件,进行盐蚀[CD*2]快速冻融循环试验,对盐冻破坏后混凝土的质量损失、动弹性模量衰减及其微观结构进行分析。试验结果表明:在冻融循环作用下,复合盐加剧了混凝土的冻融剥蚀破坏;混凝土的冻害程度与侵蚀盐溶液的质量分数、冻融循环次数、混凝土的含气量、粉煤灰掺量等因素有关;造成混凝土发生盐冻破坏的原因有水结成冰的膨胀压力,或冰与水的渗透压力以及复合盐与水泥水化产物发生的化学侵蚀和盐类的结晶膨胀,其中,盐类结晶压对混凝土内部结构的破坏更严重。 相似文献
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冻结作用对青藏红黏土及兰州粉土微观结构的影响分析 总被引：1，自引：0，他引：1
冻土微观孔隙特征是决定冻土体一系列物理、力学性质的基本参数,冻土中存在的冰晶体其体积受温度影响发生变化会影响到冻土的土体微观结构及孔隙特质发生变化。利用可用于负温冻土观测的新型扫描电镜,通过对青藏红黏土及兰州粉土不同初始条件下的土样冻结前后微观结构进行研究分析。结果表明：冻结作用发生后,冰晶生长对周围土颗粒产生挤压作用,导致周围土颗粒的移动和结构破坏,土中大孔隙的数量增多,加之周围小孔隙补给大孔隙中的冰晶进一步生长,出现局部个别大孔隙体积增大,小孔隙体积缩小的现象,表现在孔隙率上为土体在冻结后孔隙率减小;此外,对于粒径级配不同的土体而言,冻结作用对细颗粒土的土体孔隙的尺寸、形态以及排列方式等方面的影响均大于粗颗粒土;同样,初始含水率决定了冻结作用发生后参与改变土体微观结构的冰晶体生长的"量"的大小,在冻结作用对土体结构性破坏的过程中起重要作用。研究成果定量揭示了冻结作用对不同初始条件下的土体微观结构的影响,为研究冻土宏观力学特性和冻胀机制等提供了理论基础与和试验支撑。 相似文献
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为了掌握高海拔多年冻土区露天煤矿边坡形成后的水分变化规律,明晰其对边坡稳定性的影响特征,依托青海木里聚乎更矿区露天煤矿矿坑开挖过程,运用调查和监测的方法分析了采场边坡的水冰环境。调查分析结果表明,矿区内分布着连续的厚度不等的多年冻土（岩）层,矿坑开挖切割不同岩性的冻结地层而形成多种类型的边坡,由于边坡地层岩性和结构的差异而使岩体含冰特征体现出较大不同。原始冻结岩土体因开挖形成边坡而使其温度与水分环境发生了显著变化,边坡表面地层由温度和水分稳定态转化为温度与水分敏感态,即逐渐由多年冻土（岩）层转化为季节冻土（岩）层,在水分和温度的双重因素作用下,边坡岩体的水冰环境在不断地发生着复杂的变化。通过地层温度和水冰环境的调查与分类概化,可为研究岩体的真实冻融劣化规律及边坡稳定性演化规律提供科学基础。 相似文献
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冻土-气候关系模型评述 总被引：32，自引：12，他引：20
冻土-气候关系模型是目前冻土学领域的研究热点,评述了冻土对气候系统的响应模型以及陆面过程模型中的各种冻土参数化方案.建立在传热学基础上的物理模型具有动态性、普适性的优点,适合于冻土工程计算,当把它们推广到面上时,需要对其进行简化.经验模型大都只使用有限的变量,与地理信息系统结合紧密,因此模型具有空间性,较为适合于冻土制图.陆面过程模型中的冻土参数化目前有3类方法:1)限定或修正水热参数;2)比较单位土层中耗热或放热量与可耗热或可放热量而计算产冰率;3)使用土壤基质势定义土壤冻结后的未冻水含量.现有的陆面过程模型中的冻土参数化方案需要进一步的改进. 相似文献
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寒区工程与冻融力学 总被引：5，自引：0，他引：5
从环境与生态、减灾防灾与中国 2 1世纪寒区建设实际和全球气候变化等方面进行论述 ,指出 :寒区工程学研究对象广泛 ,涉及低温环境 (0℃以下 )和冻融变化对工程建设影响的问题都属于它的研究范围 ;多年冻土向季节性冻土转化 ,冻融变化的交替作用将引发泥石流、滑塌、滑坡、冰锥等一系列灾害 ,给寒区工程和生态系统造成破坏 ;另外 ,由于人类工程活动对环境的反作用 ,也不同程度地加剧了滑塌、滑坡、地震、泥石流等灾害的发生 ;中国西部和寒冷地区蕴藏着丰富的自然资源 ,如何加快西部大开发和寒区经济建设 ,并在开发和建设中减灾防灾、改善和保护环境 ,是一个重要问题。同时 ,进一步提出作为地学、物理学与力学的交叉学科———冻融力学的概念、研究对象、研究方法和研究任务 ,指出 :冻融力学研究正温—负温环境交替变化对材料的物理、力学性质的影响 ,研究冻融灾害的规律及其预防措施 ,是一门具有很强寒区工程背景的应用学科 ;冻融力学以包括冻土 (负温或零温度状态含有冰的各种土 ,而负温下的干土称为寒土 )在内的冰水介质 (含冰含水的介质 )为研究对象。从研究对象和研究范围来看 ,冻土力学只是冻融力学的一部分 ;从研究内容来看 ,冻融力学比冻土力学要丰富得多。文末给出若干有益建议和设想。 相似文献