冻融循环作用下含水率对粗颗粒填料水分迁移影响的宏细观试验研究北大核心CSCD

冻融循环作用和初始含水率是影响粗颗粒填料水分迁移特征和冻胀融沉变形的两个主要因素。为明确冻融循环作用下,不同初始含水率粗颗粒填料的水分迁移特征及细观机制,采用荧光素为追踪剂,以CT细观机理观测为研究手段,开展了不同初始含水率条件下粗颗粒填料的一系列冻融循环试验,探究了温度场和冻深变化、水分迁移图像、补水量变化、最终含水率分布及CT值变化规律等。试验结果表明,冻深基本随冻融循环的次数增加不断加深,初始含水率越大,不同冻融循环作用下冻深的变化越稳定。外界补水量和液态水迁移高度与初始含水率呈负相关。CT扫描结果分析表明,经历多次冻融循环后,试样中的水分迁移导致土体孔隙结构及颗粒构造发生变化,试样的密度普遍增加,孔隙率以减小为主,进而导致土体发生相应变形。     

一维连续导电剖面的反演问题

基于Schlumberger装置测得的视电阻率,在Coen理论的基础上对一维连续直流导电剖面的反演问题进行研究。分别给出了导电剖面是常函数、线性函数、幂函数、指数函数、分段函数情况下的精确数据和噪音数据反演结果。利用一个野外场地反演的例子,把利用该方法进行反演得到的连续模型和Inman得到的层状模型进行了相应的比较,发现该方法在处理实际场地数据也是有效的。     

冻融与静荷载双重作用下土体中水分场变化规律模型试验研究

在季节冻土区,反复冻融作用能够导致土体中水分迁移和重分布;对土体施加静荷载时,土体内部应力场发生变化,水分场也发生变化。通过对EC-5土壤水分传感器进行标定发现,相同密度条件下,含水量低于26.2%时,测试结果误差较小,高于26.2%时,则误差较大;不同密度时,密度越大,所测得的电压值越大。通过模型试验,研究冻融循环作用和冻融与静荷载双重作用下土体中水分场的变化规律,试验结果表明:两种情况下,土体内部水分含量都随冻融循环次数的增加而逐渐增大;无荷载时,在距表层0~20 cm范围内有含水量较高区域;施加静荷载时,在荷载下方和距离荷载最远的土体表层有三个水分集中区域,而在荷载两侧则有两个低含水量区域。     

冻融循环过程中土体的孔隙水压力测试研究

冻融循环对土的结构以及物理力学性质有着重要影响,其变化与冻融过程中的孔隙水压力变化有密切关系。但土体冻结过程中的孔隙水压力测试一直是冻土土工测试试验的技术难题。针对这一难题,研发了一种适用于冻结土体孔隙水压力测试的探头,并对砂土和粉质黏土在冻融循环过程中的孔隙水压力发展变化进行了实时监测,获得了圆柱试样冻融循环过程中不同深度处的孔隙水压力变化过程。在冻结过程中,粉质黏土形成冻结缘区及可视的分凝冰,而砂土则无冻结缘及分凝冰的形成。冻融循环过程中土体内部的孔隙水压力变化受温度、冻结速率、冻融循环以及土质等因素的影响。孔隙水压力随温度的循环变化而经历周期性变化：冻结过程中,孔隙水压力不断下降,吸力不断增加;融化过程中,孔隙水压力增大。而冻结速率、冻融循环及土质主要对孔隙水压力降的幅值变化产生影响。此外,冻结锋面位置附近孔隙水压力的下降、吸力的增加,正是水分由未冻区向冻结区迁移的主要驱动力。根据以上试验结果及其理论分析发现,所研制的孔隙水压力探头具有一定的实用性。     

正冻土冻结缘研究现状及展望

湿土冻结过程中， 生长发育于冰透镜体与冻结锋面之间特殊的区间带称为冻结缘带。冻结缘作为温度场、 水分场和应力场三场耦合作用的结果， 是冰分凝的水源补给站， 冰水相变发生的剧烈区域以及水分迁移的必经之路， 具有重要的研究意义， 也是深入认识冻胀机理的基础。通过系统地阐述冻结缘的形成过程、 相关理论与试验、 微结构特征、 参数特征及冻结缘的模型构建等5个方面的研究进展及成果， 结合各个方向的发展趋势提出了冻结缘研究的重点， 即对冻结缘的研究应回归到试验研究， 利用新型测试技术深入对冻结缘微结构的观测， 结合物理参数及结构性参数变化构建耦合的冻结缘模型， 从而揭示其热力学机理， 为冻胀机制分析、 冻土精确预报提供理论支撑。     

Analysis of influencing factors of clay particle diffusion in electric double layer北大核心CSCD

双电层结构对研究黏土力学特性、冻土水分迁移等具有重要意义。为了探究不同影响因素对黏土颗粒扩散双电层电势分布的影响,借鉴Gouy-Chapman-Stern双电层理论,基于Nernst-Planck方程和Poisson-Boltzmann方程,利用数值软件COMSOL定量分析了温度、浓度、颗粒尺寸、颗粒形状以及溶液相对介电常数对扩散双电层电势分布的影响规律。研究表明：温度对电势分布的影响不明显,但随着温度以及Stern层厚度增加,黏土颗粒表面电势和Stern电势均增加;而随着溶液浓度以及相对介电常数减小,表面电势值增加;在矿物成分、表面电荷密度以及颗粒形状确定的情况下,尺寸对于扩散双电层电势分布的影响不显著;但颗粒的不规则形状对电势分布的影响较为明显,当颗粒形状存在夹角时,夹角处的表面电势远大于其他位置,且夹角越小,夹角处表面电势值越大。     

The modes and its implications of water accumulation near the freezing front during soil freezing with considering ice segregation北大核心CSCD

Water accumulation associated with water migration is closely related with the ice segregation,but their coupling relationship is still unclear. To decoupling the relationship of water accumulation and ice segrega⁃ tion,herein,the dynamics of water migration and ice segregation during the freezing and thawing of different soil types under different water supplying conditions have been investigated based on pore water pressure mea⁃ surement and layer-scanning technique. Results showed that apparent water accumulation near the freezing front during the freezing of silty clay and loess tested here,but there exist differences in modes. During loess freezing under closed system,no ice segregation was observed,the pore water pressure increased,and there existed ap⁃ parent liquid water accumulation during the early stage of freezing;while during the freezing of silty clay,there existed ice segregation,the pore water pressure decreased,and no apparent liquid water accumulation occurred during the early stage of freezing. The results implied that there exist two modes of water accumulation near the freezing front during soil freezing：one is the water accumulation induced by water pressure gradient induced by pore ice which results in water flowing from the frozen zone and unfrozen zone to the location near the freezing front;the other is the water accumulation induced by cryo-suction of segregation ice which results in the water flowing from the unfrozen zone to the location near the freezing front. Notably,the contribution from each mode associated with water accumulation of soil freezing depends on whether the ice segregation exists. As no ice seg⁃ regation forms,water accumulation induced water pressure gradient predominates during the early stage of freez⁃ ing. As there exists ice segregation during freezing,water accumulation induced cryo-suction predominates dur⁃ ing the later stage of freezing. Investigating on different modes of water accumulations will be helpful for the ex⁃ ploring the mechanisms of freeze-thaw diseases and the ground ice in the cold regions. © 2023 Chinese Journal of General Practitioners. All rights reserved.     

冻土水分迁移机理研究：评述与展望

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...     

2003年甘肃民乐——山丹地震隐伏发震构造的浅层地震勘探研究

采用浅层高分辨率多次覆盖共中心点地震反射技术,对2003年10月25日民乐—山丹地震隐伏发震构造:民乐—永昌断裂和童子坝河断裂,进行了地球物理勘探研究.地震勘探剖面揭示,民乐—永昌隐伏断裂与先前推测的断裂性质基本一致,为逆冲断层,倾向北东,倾角越往深部越缓,约在30°—45°之间,测线处上断点深度小于15m;童子坝河隐伏断裂根据地震剖面结合地貌特征及区域应力分析,可判定具正断层特性,倾向南西,倾角约77°,并非以前所认为的逆冲断层.上述两条断裂于晚第四纪表现出了一定的新活动性,其共同作用导致了2003年10月25日民乐—山丹MS6.1和MS5.8地震的发生.     

秦岭北缘断裂带温泉水渗流特征与地震活动水平研究

前人对秦岭北缘断裂带出露温泉水的氢氧同位素、He同位素和SiO2含量进行了计算,得到了温泉水的热储温度和循环深度。在此基础上,运用温度场作用下的热水垂向运移数学模型演算了循环深度和断层带渗透性之间的关系。根据1970～2008年的区域台网资料,对断裂带进行了分段地震活动多参数组合方法分析,并结合历史中强地震(公元前781年～公元2008年)的空间分布特点,分析总结了断层带不同区段渗透特征和地震活动的关系。最后对秦岭北缘断裂带的渗透性成因进行了解释。