土体冻融特征研究现状与展望

冻土中水分迁移是导致土体冻胀的关键因素,而研究水分迁移及其驱动力的核心问题是要充分理解未冻水含量与温度、基质吸力等变量之间的关系,这些关系可充分体现土体在冻融过程中土水变化特征。长期以来,对土体冻融特征的研究采取的是与非饱和土力学中的土水特征类比的方法进行,结果也证明了二者存在一定的相似性。但是冻土中因冰-水相界面作用产生基质吸力与融土中水-气相界面作用产生基质吸力的机理并不完全相同,而由于相变等其他作用产生的冻融滞后效应与融土中孔隙“墨水瓶效应”等引起的滞后效应机理也有区别。针对这些机理性的不同,还需要做大量的研究工作才能真正揭示土体的冻融特征。通过对目前土体冻融特征方面研究进展和存在问题的归纳总结,笔者认为今后在这方面还需深入开展如下研究：建立适合各类土壤冻融特征的一般预测模型,使得在缺少数据条件下能快速获取所需土样的冻融特征;研究土体在冻融和干湿变化过程中存在的类似性及区别,对冻融过程中存在的滞后效应机理给出合理的解释;提升冻融特征变量的测试技术水平,研发高精度的相关仪器设备。     

10年来锡林郭勒盟草原植被长势变化及其影响因子分析

对草原植被长势变化的监测,及其与气候因子关系的分析,对生态环境治理及保护具有重要意义。本文利用250m的MODIS-NDVI数据,构建草原植被长势指数(MGI),分析了16天间隔的植被长势变化及其与降水、气温的相关性和对降水响应的滞后性。得到锡盟3种草原类型区2001-2010年草原长势变化情况,及降水、气温在草原生长不同阶段对草原长势的影响。研究结果表明:(1)在空间上长势东部变化好于中部与西部,北部好于南部;时间上2003年长势最好、2001年长势最差。(2)锡盟内3种草原类型区MGI均与降水关系明显,与气温相关性不显著,降水对温性草原区长势变化的影响最大。(3)在草原生长的不同阶段,影响因子不同,前期与后期主要受气温影响,中期主要受降水影响,草原生长对降水存在明显的滞后,一般在32-48天,同时指出草原植被在不同时间段对降水响应的滞后时间。     

近15a新疆不同类型植被NDVI时空动态变化及对气候变化的响应

为了研究新疆不同类型植被对气候变化的响应,以地带性划分的植被类型作为研究对象,1998-2012年为时间尺度,利用GIS的空间分析方法结合数学统计方法,分析了新疆各地带植被覆盖变化的时空分布特征;并采用"多元回归+残差插值"的方法,模拟了气温和降水量的空间分布;利用SPOT VGT/NDVI数据以及气候数据(气温和降水量数据),分析了5个不同地带植被的动态变化、年际变化和生长季内各月变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)新疆各地带植被覆盖度存在着显著差异,其中,温带北部草原地带高植被区和浓密植被区的范围较广,植被覆盖度较高,而高寒荒漠地带的极低植被区占该地带面积的一半以上,且植被覆盖度最低。(2)新疆各地带植被覆盖在近15 a间呈波动增加的趋势,5个地带的植被覆盖均有所改善,其中,高寒荒漠地带和暖温带半灌木、灌木地带的植被覆盖改善较为明显,其余3个地带均有少部分地区出现轻微改善现象。(3)温带半灌木、矮乔木荒漠地带,暖温带半灌木、灌木荒漠地带和温带半灌木、灌木荒漠地带4~10月的平均气温呈上升趋势,而温带北部草原地带、高寒荒漠地带对应的平均气温则出现下降趋势。5个地带的降水量在该时段内均表现为下降趋势。(4)基于年际尺度,新疆各地带植被NDVI与气温、降水量的相关性均不显著;基于月尺度,各地带植被NDVI受降水量的影响比气温大。同时,仅有暖温带半灌木、灌木荒漠地带植被NDVI与气温存在1个月的滞后性,其余4个地带对气温和降水均不存在滞后性。     

嘉峪关市气温对细菌性痢疾发病的滞后效应研究

探讨分析气温对细菌性痢疾发病的影响及其滞后效应。通过收集嘉峪关市2008-2013年每日细菌性痢疾发病资料,结合同一时间段的气象资料,利用分布滞后非线性模型分析气温与人群细菌性痢疾发病的关联性,分析不同气温和不同滞后天数对细菌性痢疾发病可能的影响。结果表明细菌性痢疾发病与气象因素关系密切,发病高峰一般出现在每年6-8月,对气象因素与细菌性痢疾病例数据做相关分析,表明嘉峪关市细菌性痢疾每日发病人数与气温、气压和降水量均存在相关性,嘉峪关市日平均气温对不同性别、不同年龄人群暴露效应曲线为J型和U型,气温对细菌性痢疾日发病存在明显的滞后效应,在暴露当天出现,女性2~3 d达到峰值,男性3~5 d达到峰值。气温对细菌性痢疾发病的效应中,女性所受的高温效应大于男性,高温效应随着年龄的增长而增大。气象因素在嘉峪关市细菌性痢疾的发生和发展中发挥重要作用,细菌性痢疾发病受到多种气象因子共同作用的影响,但首要影响因素是高温。气温对细菌性痢疾发病不是直接作用,而是通过影响细菌性痢疾发病的各个环节(居民生活习惯、传播途径与易感人群自身体质),间接影响细菌性痢疾在人群中的分布。     

软土地区盾构施工参数对土体位移影响的滞后性试验研究

由于软土地区深部地层超孔隙水压等因素存在,调整盾构参数对土体位移的影响往往具有一定的滞后性,该时段施工参数调整效应并不完全发生在当前时段,更多影响该断面土体的后期位移。在上海软土地区盾构施工现场设置两相同断面监测土体位移,在盾构施工不同阶段调整关键施工参数,分析各参数对土体位移扰动的时效性。在盾构靠近监测断面前调整土仓压力,穿越断面时调整掘进速度,在盾尾脱出时调整注浆量。通过监测数据以及关联系数时间效应分析得知,在盾构穿越断面时土体位移受前期调整的土仓压力的扰动影响,盾尾脱出时的土体位移体现穿越断面掘进速度所引起挤土效应改变,而后期固结阶段土体位移量体现出盾尾脱出时注浆量增大所带来稳定控制效应。因此,施工时不仅需关注当前土体变形,还应对参数调整后土体变形趋势预测给以足够重视,以避免因忽略滞后效应而导致事故发生。     

强降雨条件下框架预应力锚杆柔性支护结构整体稳定性影响参数分析

为完善框架预应力锚杆柔性支护结构稳定性研究,针对该结构的稳定性分析和设计均未考虑降雨入渗影响的现状,基于GeoStudio软件,分析了黄土地区强降雨条件下的框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性影响参数,在分析中考虑了土体含水率变化对摩擦型灌浆锚杆极限抗拔承载力的影响。分析结果表明:降雨持时、降雨强度和地下水位对框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性有明显的影响; 土体饱和渗透系数的影响十分显著; 渗透各向异性的影响可以忽略; 降雨条件下框架预应力锚杆柔性支护结构的安全系数变化存在滞后效应:随着降雨持时和土体饱和渗透系数增大,滞后效应逐渐减弱; 降雨强度越大、初始地下水位越高,滞后效应越明显。本文的研究成果能为非饱和黄土地区框架预应力锚杆柔性支护结构考虑降雨影响的设计和施工提供指导。     

台风暴雨型滑坡滞后效应分析

我国东南沿海地区台风登陆频繁,伴生暴雨诱发的台风型滑坡造成了严重的经济损失和人员伤亡。已有研究在单峰型、多峰型台风暴雨的斜坡水文响应过程及稳定性分析方面取得了一定成果,但缺乏对台风暴雨型滑坡滞后效应的研究和机理分析。为此,以台风“利奇马”在浙江青田县的登陆为例,基于对台风型滑坡发生数量与降雨量的统计,构建16组不同结构组合的斜坡模型,模拟在台风登陆过程中不同降雨工况条件下斜坡的渗流—稳定性变化。结果表明,台风“利奇马”离陆后青田县内仍有26.4%的滑坡发生,存在一定滞后;不同结构组合斜坡稳定性在离陆后最低,相较于台风登陆前稳定性系数降低了13.82%;在台风登陆暴雨作用下,青田县斜坡稳定性结构影响参数中坡度最为敏感;讨论认为在台风不同登陆阶段的降雨会导致边坡的入渗特征差异,从而形成滞后效应。研究结论对于该区域的台风型滑坡早期识别具有一定指导意义。     

CTD测温滞后效应修正的一点探讨

由测温滞后效应引起CTD测量中盐度曲线的尖峰(SPIKE)现象已成为当今CTD测量技术发展的障碍之一。本文介绍一种应用计算机数据处理技术修正补偿测温滞后效应的方案,该方案不同于其它方法。它以实验数据为基础,经过曲线拟合计算得到一系列修正系数,根据热交换理论和定律推导的典型公式进行修正补偿,力求获得与海上现场情况更趋于一致的效果。     

基于孔隙胀缩的土−水特征曲线滞后增量模型

土体孔隙比对土?水特征曲线（SWCC）具有重要影响。试验研究表明,土体在经历不同水力荷载路径后,孔隙发生胀缩致使SWCC产生滞后现象。基于这一发现,假设孔隙胀缩可致使SWCC曲线及扫描曲线产生滞后现象,并以轴平移技术为例解释了土体孔隙在水力载荷作用下胀缩的细观行为。在此基础上,将由变截面毛细管模型定义的孔隙等效半径与Fredlund-Xing方程相结合,通过将孔径控制参数?d简化为常量,推导得到了考虑孔隙胀缩并能反映滞后效应的非饱和土SWCC增量方程。该模型仅需通过主干燥及任意一条扫描曲线确定模型参数,即可预测其他扫描曲线。最后,通过5组试验数据验证了该模型对不同类型土的适用性且该模型具有预测高阶扫描曲线的能力。     

北极重要海峡气温—海冰密集度影响滞后效应分析

全球变暖导致北极海冰的面积与厚度逐步减小，这一趋势为北极通航提供了可能，北极航道在北极地缘环境格局中的战略地位日益提升。北极地区的重要海峡作为“冰上丝绸之路”运输的重要交通枢纽，其冰情变化在北极航道的开通中起到直接影响作用。本研究以北极地区东北航道和西北航道上14个重要海峡近35年的海冰密集度为研究对象，采用分布式滞后非线性模型，研究海冰表面气温对北极重要海峡海冰密集度变化的阈值和滞后效应。研究结果表明：（1）除白令海峡、尤戈尔斯基沙尔海峡和喀拉海峡以外，其他11个海峡气温对海冰密集度变化的影响都存在高温阈值，并且其阈值集中在-10℃附近；（2）高温对于海冰密集度变化的影响存在0—3月的滞后期，而低温的滞后期为0—4月；（3）14个海峡在非线性滞后模型中表现出不尽相同的滞后效应，存在空间异质性特征。滞后期内高温影响最为剧烈的是维利基茨基海峡，相对累积效应值为-3.34%（-5.6% — -1.1%）；（4）整体上看，东北航道滞后有效期与西北航道相比较长，东北航道受温度影响的滞后效应值比西北航道的要大，且在高纬环境地区，高温对海冰密集度的相对变化的影响较为明显。