模拟季节冻土层影响的冻土墙模型试验

在季节冻土环境中使用人工冻结法时,由于季节冻土层与人工冻土共同存在,在前者影响下人工冻土墙的水平位移和制冷能量消耗与无季节冻土层时有显著不同。在改装的试验台上,通过使用水平冻结管形成季节冻土,用竖向冻结管形成冻土墙,施加水平荷载,模拟了6种季节冻土层温度条件下冻土墙的形成与开挖过程,以研究季节冻土层对冻土墙耗能、受力和变形性能的影响。结果显示,与无季节冻土层的情况相比,季节冻土层温度为-12 ℃时可减小冻土墙水平位移达8.79 mm,约占墙体总位移的52%,耗能量可减小40.4%。试验结果证明季节冻土层对冻土墙的影响不容忽视,在工程中应充分考虑季节冻土层的节能效应和变形约束能力。     

冻土层重构技术在木里矿区生态环境治理修复中的应用

木里矿区露天煤矿山的开挖对天然冻土层造成破坏,形成的采坑、渣山及积水等直接影响了多年冻土层的特性,对矿区周边水源涵养及生态功能造成不利影响。在矿山环境修复治理中冻土层的修复是面临的主要问题之一。木里矿区修复治理作为我国在高原高寒生态功能脆弱区实施的首例大型矿山修复治理工程,在分析冻土层原始形态和破坏情况的基础上,通过系统分析、探测监测及试验等方法,构建了冻土层回填、活动场再造和冻土层保护三大结构层。冻土层重构技术在聚乎更四号矿井现场应用,取得了良好的冻土层修复和植被复绿效果。     

兰州黄土侧限松弛特性试验研究

预变形过程可以认为是应力历史的作用,为了探明预变形对兰州黄土应力松弛特性的影响,开展了一系列室内侧限松弛试验,研究了不同预变形量条件下黄土的应力松弛过程曲线。试验结果表明：预变形量愈大,起始松弛应力愈大,在试验历时内的应力松弛量也较大。根据松弛曲线特征,提出松弛程度的概念,试验发现,预变形量愈大,达到同一松弛程度所需时间较短;随应力松弛进一步发展,这种时间差别愈明显。从试验出发,探讨了松弛过程的阶段性,将全过程分为瞬时松弛阶段、衰减松弛阶段和稳定松弛阶段3个阶段。预变形选择恒变形速率加载过程,研究了不同变形速率对松弛过程的影响。在分析松弛试验数据基础上,获得了一种能够描述卸载过程的流变关系,并对其可靠性进行了验证     

青藏高原隆升速率对冻土层形成影响的数值模拟

青藏高原隆升速率是研究者们关注的问题。由于海拔升高引起地表温度降低,形成了现今的青藏高原冻土层。抬升速率不同,冻土层的形成历史和现今状态也会不同,因此,冻土层内可能包含了高原抬升的有关信息。本文用有限元方法计算了同一地点分别用2Ma时间和5Ma时间由1000m抬升到5000m的两种抬升速率下的情景。计算表明快速抬升和慢速抬升形成的冻土层厚度会有一定的差别,慢速抬升时有更长的热传导时间,形成的冻土层略厚,冻土层年龄较老。所以存在通过现今冻土层厚度、温度随深度变化、以及冻土年龄等资料,并在测得冻土准确参数的条件下,有助于估测青藏高原隆升的时间和过程。     

青海木里地区冻土层、断层分布特征与天然气水合物成藏条件分析

以往研究表明冻土层及断层是陆域冻土区天然气水合物重要成藏要素,为了研究木里天然气水合物地区的断层及冻土层分布情况和天然气水合物成藏条件,应用音频大地电磁测深对木里试验区进行了冻土层及断层构造调查。依据试验区电性结构划分出了5组断层和4个断层构造发育区,其中F_3断层发育规模最大。试验区冻土层发育不均匀,平面以岛状特征分布,平均厚度超过60 m,划分了3个冻土层发育区。分析了天然气水合物成藏与冻土层、断层构造之间的关系,结合冻土层及断层构造条件,试验区东部F_(3-3)至F_(3-5)及F_4断层附近为天然气水合物成藏有利区。     

深上限-退化型多年冻土路基变形特征分析

为了研究深上限-退化型多年冻土路基变形特点,基于青藏公路多年冻土路基地温和沉降现场监测资料,通过分析西大滩、唐古拉山北坡以及唐古拉山南坡路段的土质、冻土含冰量、冻土地温以及路基沉降变形数据,对冻土上限变化过程与路基沉降特点进行了研究,同时对沱沱河和清水河地区冻土路基分层沉降观测结果进行了分析。结果表明,土质和含冰量对退化型冻土路基的沉降变形影响较大,深冻土层的融化对路基沉降变形影响较小,退化型冻土路基的沉降变形主要发生在退化后的冻土层中,退化冻土层在冻融循环过程中,需要较长时间才能完成固结。对于冻土含冰量为少冰、多冰的稳定路段,退化冻土路基年平均沉降速度约为3.9～5.6 mm/a,路基沉降量极小;对于含冰量较高且土质以粉黏性颗粒为主的不稳定路段,路基沉降速度具有持续性和无减缓性的特点,路基年平均沉降量达到0.03 m/a,路基变形表现为整体均匀沉降,横向差异沉降量较小。     

羌塘盆地冻土结构特征及其对天然气水合物成藏的影响

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。     

岩土类材料松弛模量的确定

岩土材料,即,土、冻土、岩石以及混凝土具有明显的徐变和应力松弛现象。通过徐变试验可容易确定徐变柔量;而应力松弛试验难度很大,故难以通过试验确定其松弛模量,以致岩土材料的松弛模量一直没有合适方法来确定。作者直接根据岩土材料的徐变柔量,通过解析计算给出了其松弛模量的显式算式,并且给出了三个解析算例。     

高温冻土松弛特性试验研究

为深入认识高温冻土的松弛规律,查明预应变对松弛过程的影响,开展了一系列室内高温冻土松弛试验。研究发现,预应变过程明显影响了高温冻土的松弛过程,表现为预应变量增大,瞬时松弛量相应提高,松弛稳定历时延长;对于恒应变速率加载而言,恒应变速率增大延长了松弛稳定历时,并提高了高温冻土的松弛速率;对于恒应力率加载过程而言,恒应力率增大,松弛稳定历时延长,松弛速率也随之提高。偏应力与时间对数的关系具有明显的非线性特征,不能简单描述为单一直线,采用双曲线型关系描述其关系时效果很好,根据双曲线型获得了一种经验型的流变关系,并对该流变关系的可靠性进行了验证。     

排水和不排水条件下高温冻土松弛特性研究

为了探明排水条件对高温冻土应力松弛特性的影响,开展了室内松弛试验,研究了排水和不排水情况下高温冻土的应力松弛过程．结果表明：围压对高温冻土的松弛过程影响明显;不排水情况下,围压增大,松弛稳定历时延长,瞬时松弛量增大;松弛过程初期松弛速率受围压影响较大,而后逐渐减弱;排水情况下,松弛过程发展初期的松弛速率略高于不排水情况...