考虑结构性的冻融作用对黄土湿陷系数的影响

结构性是黄土的基本属性,黄土的湿陷特性与其结构性之间有着必然的联系。针对冻融作用对不同结构性黄土湿陷性的影响,以水泥作为模拟土颗粒间的联结材料制备了人工结构性土,开展了不同水泥含量的人工结构性土与相应的原状土、重塑土的湿陷试验,分析了结构性、冻融作用、初始含水率、湿重度及荷载大小对湿陷系数的影响规律。试验结果表明：冻融前后,人工结构性黄土的湿陷系数均比原状土、重塑土的湿陷系数小,且随着水泥含量的增加,湿陷系数有所减小;冻融之后,各土样的湿陷系数几乎均有所增加,但增加的程度和土样初始结构、含水率、干密度（压实系数）及竖向荷载关系密切,尤其当含水率接近最优含水率和土样为重塑土或水泥含量较低的人工结构性土时,冻融后湿陷系数增大幅度显著。在标准荷载200 kPa下,冻融前后原状土、重塑土的湿陷系数与其湿重度之间基本呈较好的线性负相关关系,而人工结构性黄土湿陷系数与湿重度之间并不呈线性关系;竖向荷载为50 kPa时,重塑黄土和5%水泥含量黄土的湿陷系数与冻融次数之间存在着较好的对数关系。以水泥作为土颗粒间联结材料,制备的人工结构性土是否能很好地代替原状土反映结构性黄土的湿陷特性,还需更进一步深入研究。     

Assessment of Terrestrial Ecosystem Sensitivity and Vulnerability in Tibet

The Tibetan Plateau serves an important shelter function for the ecological security of Asia, and especially China. Here, we proposed and improved indicators and methods for assessing the ecological sensitivity and vulnerability of the terrestrial alpine Plateau ecosystems and assessed the freeze-thaw erosion, land desertification, water-caused soil loss, and land salinization sensitivity, together with ecological vulnerability, from the overall ecological sensitivity, ecological pressure, and elasticity aspects in Tibet. The results indicate that the terrestrial ecosystem of Tibet is quite sensitive to freeze-thaw erosion, land desertification and water-caused soil loss. Extremely and highly sensitive regions account for 9.62% and 83.69%, respectively, of the total area of the Tibet Autonomous Region. Extremely and highly vulnerable areas account for 0.09% and 52.61%, respectively, primarily distributed in the Himalayan and Gangdise mountain regions in west Tibet; the Nyainqentanglha, Tanggula, Hoh Xil, and Kunlun mountain regions; and the northwest and northern regions of the Changtang Plateau. The results will aid the development of customized protection schedules according to different ecological issues in each region.     

冻融条件下土壤中水盐运移规律模拟研究

冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制,冻融条件下土壤中盐分迁移是水分对流、浓度梯度、温度梯度、不同溶质、土壤结构及质地等因素作用下的综合结果,温度是导致土壤中水分与盐分迁移的驱动力。在土壤冻融过程中,水分和盐分的两次迁移过程构成了特殊的水盐运动规律。在冻融过程中,土壤剖面结构发生变异,形成冻结层、似冻结层和非冻结层。冻结带土水势降低导致水分不断向冻层迁移,冻结缘以下的盐分同步向上运移,整个冻层的土壤含盐量明显增加;在融化过程中,随着地表蒸发逐渐强烈,使冻结过程中累积于冻结层中的盐分,转而向地表强烈聚集,使表层的盐分含量急剧上升。当冻结层未融通之前,尚未融化的冻层起到隔水的作用,不但阻止顶部融水向下层渗透,而且隔断了与下层水的联系。模拟实验结果充分证明了中国北方冻融区域土壤盐碱化的发生过程,为有效防治土壤盐碱化提供了理论依据。     

冻融循环对黄土二次湿陷特性的影响研究

在黄土地区公路路基建设中, 通常会采用预湿陷等办法来对湿陷性黄土进行处理以达到工程要求.但是在季节冻土区, 处理过的黄土路基却在运营几年后, 仍发生大量的不均匀沉降、 塌陷等病害.为分析冻融循环作用对黄土二次湿陷的影响, 采用室内试验方法, 使大体积黄土样品先完成一次湿陷, 再进行冻融循环和黄土二次湿陷.试验结果表明: 重塑黄土与原状黄土的二次湿陷系数随着冻融循环次数的增加趋向于同一个特定值; 重塑黄土和原状黄土的二次湿陷系数皆大于0.015, 说明二者皆满足湿陷条件, 在冻融条件下具有二次湿陷性.     

冻融循环作用下土工袋冻胀量和融沉量试验

为研究季节性冻土地区冻融循环作用下土工袋防冻融、冻胀效果,对不同冻融循环作用下土工袋和土进行了室内模型试验,在开放系统和封闭系统中分别研究了土工袋和土冻胀量、融沉量之间关系,试验结果表明,经历4次冻融循环作用后,封闭系统中土工袋冻胀量、融沉量分别小于土的冻胀量、融沉量;开放系统中土的冻胀量为土工袋冻胀量的1.9倍,土的融沉量为土工袋融沉量的2.2倍,开放系统中地下水对土工袋的补给量远小于土的补给量,试验验证了土工袋可以有效防止渠道及建筑物基础冻融、冻胀破坏,可为渠道防冻胀提供理论基础。     

冻融循环对青藏高原腹地不同生态系统土壤细菌群落结构的影响

通过构建16S rRNA基因克隆文库,研究了冻融循环对青藏高原腹地北麓河的高寒沼泽草甸和高寒沙化草原两种不同生态系统土壤细菌群落结构的影响. 结果表明: α-、 β-、 γ- 和δ-变形菌门(α-、 β-、 γ- 和δ-Proteobacteria)、 酸杆菌门(Acidobacteria)、 放线菌门(Actinobacteria)、 拟杆菌门(Bacteroidetes)和浮霉菌门(Planctomycetes)为两个生态系统土壤共有的细菌类群, 其中, 变形菌门、 酸杆菌门及浮霉菌门细菌为研究区域优势菌, 而厚壁菌门(Firmicutes)为高寒沼泽草甸土壤所特有, 疣微菌门(Verrucomicrobia)和绿弯菌门(Chloroflexi)细菌是高寒沙化草原土壤特有的细菌类群, 表明青藏高原腹地两种生态系统土壤具有丰富的细菌多样性. 冻融循环会降低区域土壤的细菌多样性, 随冻融循环, 高寒沼泽草甸和高寒沙化草原生态系统土壤放线菌门丰度均呈现下降趋势, 但大部分细菌随冻融循环的变化在两种生态类型中呈现不同的变化规律, 结果说明冻融循环对于不同生态系统土壤细菌群落结构的影响既存在相似性, 也存在着较大的差异.     

法向承力锚拖曳安装过程的整体模拟

法向承力锚(Vertically Loaded Plate Anchor,VLA)是一种适用于深水的新型系泊基础,它的拖曳安装过程直接决定了其系泊定位的精度和锚体的最终承载能力。综合考虑VLA锚体、锚泊线和上部船体的运动,建立了一种新的准静力整体分析模型。模型包括不断贯入海床的锚体、锚泊线(土中反悬链段和水中悬链段)和安装船体三部分,针对确定的锚泊线长度,安装船运动张紧锚泊线进行安装的过程,计算了此过程中锚体的运动轨迹、锚泊线形态和作用在船体上的锚泊线张力矢量的变化,重点分析了不同抛链长度和海床土体的参数对安装过程控制的影响,发现链长与水深之比达到5时,接近极限贯入深度。     

Effects of scour-hole dimensions and soil stress history on the behavior of laterally loaded piles in soft clay under scour conditions

Bridge pile foundations in the midst of water current are often subjected to scour, which induces the loss of soil support around the piles and thus results in a significant decrease of foundation capacities or even the failure of bridges. In the current practice, when the scour-affected behavior of the pile foundations is analyzed, either the whole scour-hole geometry or the possible changes in the stress history of the remaining soils is often ignored. In reality, however, scouring creates scour holes with certain dimensions around the pile foundations and the remaining soils that are not scoured away undergo an unloading process at the same time, which will increase the over-consolidation ratios of the remaining soils and accordingly changes of their mechanical properties. This paper examines the behavior of laterally loaded piles in soft clay under scour conditions by using the p-y method. The conventional p-y curves have been modified appropriately to reasonably reflect the effects of three-dimensional scour-hole geometry as well as the stress history of the soils, with the aid of integration of Mindlin’s fundamental solutions. A field test is used to serve as a reference case and to investigate the effects of stress history, scour depth, scour width, and scour-hole slope angle on the responses of laterally loaded piles in soft clay. The results indicate that neglecting the stress history effect can be unconservative for scour-affected pile foundations in soft clay, whereas neglect of the scour-hole dimensions and geometry would lead to over-conservative predictions/design of the laterally loaded piles under scour condition.     

双层地基水平受荷桩受力变形分析

基于双层地基中的水平受荷桩的特性,对其受力变形进行了分析。将水平受荷桩视为竖直放置的弹性地基梁,基于Winkler弹性地基梁理论,考虑桩土共同工作得到水平受荷桩位移控制微分方程及其幂级数解答,进而根据内力与位移的连续条件得到了由桩顶受力及变形条件表示任一深度处桩身的水平位移、转角、弯矩及剪力的计算矩阵表达式。通过一具体算例将幂级数解计算结果与《公路桥涵地基与基础设计规范》推荐的简化计算公式计算结果进行了比较。结果表明：当第1层地基土的厚度在某一定值时,《规范》简化计算方法所得结果与幂级数解接近;但当层厚不在该值附近时,两个方法计算结果存在差异。     

砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算

由冲刷引起的深水结构物桩基础周围土体损失致使基础水平承载性能下降的问题越发受到重视。应变楔方法假设桩前土体抵抗为三维楔形体,其尺寸发展与楔形体区域土体发挥的内摩擦角有关,从而得到水平受荷桩的p-y曲线。本文对应变楔方法进行修正和拓展,建立非线性位移假设以考虑桩前楔形体区域土体应变沿深度的非均匀分布,将冲刷坑底以上土体的有效自重作用等效为竖向荷载,对楔形体的深度进行修正,以解决楔形体方法只适用于地表水平的情况,得到砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算方法;并通过与模型试验及三维有限元分析的对比来验证该方法的合理性。分析结果表明:冲刷深度增加会显著降低桩基水平承载性能,冲刷深度3.2D和6.4D情况下的桩顶位移比平均值分别趋近于1.8和3.0;相比有限元方法,本文修正SW方法计算的p-y曲线结果与实测结果更为接近。