季冻区公路路基砂类土冻胀分类研究

针对季冻区公路路基用土未按照土的分类标准进行冻胀分类的现状,本文对不同含泥量的砂类土在不同含水量、饱和度和密实度状态下进行了一系列闭式冻胀模拟试验。用数理统计方法分别研究了不同含泥量砂类土的冻胀率随含水量的变化规律,并且依据现行公路土的分类标准进行了冻胀分类,为公路勘察、设计、施工和维护提供重要的参考,并为季冻区公路设计规范的编制提供可靠的资料。     

季节冻土区公路路基细粒土冻胀敏感性研究

通过4种不同塑性细粒土料的室内闭式冻胀模拟试验,阐述了土的含水量、塑性、饱和度和密实度等因素对冻胀性的影响.在分别建立粘性土和粉土的η~(W-Wp)关系的基础上,综合分析并给出了细粒土的η~(W-Wp)关系.提供了典型土料的η~(W-Wp)~K_d~S_r关系图,提出了细粒土的η~(W-Wp)~K_d/S_r多元线性回归方程式.通过因子贡献率大小分析,指出超塑含水量(W-Wp)大小是影响细粒土冻胀敏感性的主导因素.     

基于竖管法的轻非水相液体毛细上升特性研究

被称为“工业血液”的轻非水相液体(LNAPL)及其衍生物在开采、生产、运输过程中所产生的污染已经成为常见的污染物,目前诸多学者对LNAPL污染进行了广泛研究,但对于LNAPL在土壤中的迁移及毛细作用研究尚不充分。本次试验的目的是通过室内模拟试验分析不同竖管直径条件下LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,为研究LNAPL对地下水污染提供一定的理论依据。结果表明：影响毛细上升高度的因素大小依次为：溶液>介质>竖管直径;竖管直径与最大毛细上升高度并不是完全成比例关系,并且对毛细上升高度的影响相对较小;水与柴油在不同介质中毛细上升高度、毛细上升速率变化趋势基本一致,但是具体数值上存在差异,柴油的最大毛细上升高度与水相比降低了40%～50%,柴油的最大毛细上升速率与水相比降低30%～50%。这些特征都能够较好地体现LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,在认识LNAPL对地下水的污染以及污染土地修复方面具有重要意义。     

基于土水特征曲线预测多孔介质毛细上升过程

多孔介质中毛细吸力作为其重要物性参数,有着重要的工程应用背景。本文结合Gardner模型的土水特征曲线和Micro-CT(Micro computerized tomography)断层扫描仪获取的多孔介质的结构形态参数,根据吸力和饱和度的拟合关系,建立了一维非饱和毛细上升模型。同时,采用有限差分方法对多孔介质非饱和毛细水上升模型进行非稳态求解,获取不同时刻湿度场和毛细吸力的分布情况,并给出了一种量化多孔介质毛细上升过程的理论方法。为验证该方法的有效性,本文在室内以窄筛分洗砂作为研究对象,通过室内试验测定其毛细吸渗上升过程及稳定时的湿度分布。结果证实,模拟结果和实测结果整体上具有较高的吻合性。本文提出的多孔介质毛细上升的预测方法具有可行性,可用于预测砂土的毛细水上升高度和湿度场的分布状态。     

融沉系数在季冻区高速公路路基冻害研究中的应用

在季节冻土地区, 防治路基冻害问题, 强调较多的往往是室内冻胀指标, 而对融沉指标考虑的较少. 根据2000-2002年对吉林省几条高速公路所做的路基冻害钻探调查和现场观测获得的资料, 对融沉系数与含水量和干容重的关系进行了统计分析, 举例说明了春季冻害调查和融沉系数资料在估计现场融沉和冻胀大小、分析路基冻害原因、评价筑路材料的抗冻性能等方面的应用.     

钙质砂中毛细水高度与影响因素试验研究

钙质砂是指富含碳酸钙或其他难溶碳酸盐类的海洋成因的特殊介质,具有形状不规则、多孔隙且富含内孔隙等特点;土体因孔隙特性而存在广泛的毛细现象,植物根茎内的导管有如极细的毛细管,能由此吸收土壤里的水分,故钙质砂地层毛细水上升高度研究对岛礁生态研究有重要的意义。采用竖管法研究级配、粒径、干密度、盐度等因素对钙质砂毛细水上升高度的影响,结果显示：细颗粒含量越多、级配越好的连续级配钙质砂试样毛细水上升高度越高;单一粒径钙质砂试样毛细水上升高度随粒径的增大而减小;随着钙质砂干密度增加,粒径小于0.075 mm时毛细水上升高度逐渐减小,而粒径为0.075～0.250 mm时毛细水上升高度逐渐增大;与淡水相比,在低盐度下NaCl溶液对毛细水上升有抑制作用,海水对毛细水上升有促进但效果微弱。钙质砂中毛细水上升高度随时间变化关系符合双对数坐标下的二次多项式关系,其参量与钙质砂的物理性质以及溶液类型相关。     

非饱和含黏土砂毛细上升试验研究

采用MP406水分传感器、WM-1负压计和DT80数据记录仪等设备,开发了一套毛细上升试验系统,对非饱和含黏土砂做了3个不同初始含水率的毛细上升试验,得到了试样各个断面的含水率和吸力随时间的变化规律。研究表明：初始含水率对毛细上升高度和上升速度有显著影响,本套系统可测定毛细上升的实际高度,在土样渗透系数未知的情况下可对不同土样测定其毛细上升的最大高度;可根据湿润锋运动速度、土样含水率变化和吸力变化数值,确定非饱和土渗水系数,从而避免了渗透系数确定费时、费力的困难;可由吸力预测试样的渗水系数,只需测定该土的土-水特征曲线或进行吸力量测即可确定出该土在这一吸力下的渗水系数;并拟合出不同初始含水率试样的湿润锋随时间变化规律     

层状土毛细水上升过程中Lucas-Washburn模型评价及修正

受界面效应影响,毛细水在层状土中运移规律还难以用描述均质土中水分运移规律的Lucas-Washburn（LW）渗吸模型进行描述。基于此,本文设计了层状土室内模型试验,采用分布式的主动加热光纤法（简称AHFO）监测毛细水上升过程。根据AHFO测试结果,进一步对LW模型进行了修正,提出了适用于描述层状土中毛细水上升规律的ILW模型,并对ILW模型进行了试验验证。试验结果表明:（1）当毛细水湿润锋抵达“黏土（下部）-砂土（上部）”界面时,会产生“毛细屏障作用”,从而导致上部砂土中毛细水含水率急剧下降;（2）“毛细屏障作用”由砂土和黏土中的基质吸力不均衡造成,基质吸力大小由含水率决定;（3）当毛细水湿润锋抵达“砂土（下部）-黏土（上部）”界面时,在界面处出现“反毛细屏障作用”,从而导致上部黏土层中的含水率比相邻下部砂土层含水率更高;（4）虽然常见的LW模型可准确预测均质土中毛细水上升高度及速率,但受“毛细屏障作用”和“反毛细屏障作用”影响,LW模型在层状土中失效;（5）相比LW模型,ILW模型精度更高,能够更加准确地描述层状土中毛细水上升规律。     

风积砂毛细现象的试验研究

为了研究颗粒配比对风积砂中毛细现象的影响,本文通过9种不同颗粒配比的风积砂进行室内竖管法毛细水上升高度试验,得出了如下结论:(1)在单一砂样试验中,粗砂(粒径0.5～2 mm)、中砂(粒径0.25～0.5mm)、细砂(粒径0.075～0.25 mm)、粉土(粒径<0.075 mm)的最大毛细水上升高度分别为7.5 cm、16.0 cm、30.5cm、98.0 cm;(2)在混合砂样试验中,中砂和粉土以9:1、8:2、7:3、1:1混合,最大毛细水上升高度分别为32.0 cm、51.0 cm、71.0 cm、73.0 cm。揭示了风积砂平均粒径越小,最大毛细水上升高度越高,并建立了风积砂毛细水上升高度h(cm)-时间t(min)lnh=a(lnt)2+b(lnt)+c形式的预测模型,其中a、b、c是与风积砂物理性质有关的物理量,为生态保护及工程应用提供参考依据。     

我国季节冻土区路堑段路基水热特性及冻胀发展过程监测研究

路基冻胀问题严重影响季节冻土区高速铁路的运营安全。基于哈大客运专线长春市郊区试验路段某一路堑段路基,采用级配碎石+防水土工膜+A、B组填料+防水土工膜的新型路基结构,对不同位置及深度的温度、水分及冻胀变形进行监测,分析了季节冻土区不同深度下的水热特性及冻胀随温度变化的特征。结果表明：复合土工膜对路基冻结期水分迁移起到隔断作用,对于路堑式路基而言,由于边坡汇水作用,坡脚冻深大于路基中心。路基基床上层及中层变形主要受含水量影响较大,而下层由于温度基本为正温变形主要受路基填料质量控制。     

季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化

在季节冻土区,路基水分迁移变化是道路冻害最积极活跃的因素.在路堑段,不管地下水位埋深大小,冻结期间水分都向路基上部路床迁移,但其特征有所不同.线路气候条件和路基土质条件都对水分竖向的迁移和冻胀大小有重要影响.这种竖向迁移,导致路基上部土层产生强烈冻胀作用.水分的它向迁移(包括路肩坡面、失效的排水沟、路面裂缝和中央隔离带等)也可能是产生道路冻害的不可忽视的因素.道路修建以后,其路基土的干湿状态可能比当初设计状态严重恶化,从而产生冻害.     

季节冻土场地上的地脉动特征

以张掖市的一场地为研究对象,通过对不同季节地脉动的测量和分析,研究了场地的脉动频谱特性随季节的变化.对场地实测资料的分析发现,冬季随着上覆冻土层的出现,使得场地刚度发生变化,频谱形状也明显地改变,地脉动的卓越频率明显提高.     

浅埋集输油管线拟稳态温度场及热工计算

从二维相变热传导方程出发，应用保角变换将研究区域规整化，在热力等效原理基础上导出冬季冻结期输油管拟稳态温度公式，并由此给出保温隔热层厚度，管线散热量，管道轴向温降，管道上部最大冻深，冻结速率，系统热阻热工公式。     

季冻区低路堤土基强度与影响因素相关性

对吉林省高等级低路堤公路填土高度与最大冻深进行了调研,该地区低路堤填土高度为0.0~2.2 m,钻孔数据表明路基最大冻深为距路表1.6~2.4 m。选取3种不同塑性指数的路基土,采用正交表L₁₆(4⁵)进行了试验设计,应用静力成型法,使得土体在设定的含水率和压实度的水平下成型,并经历不同的冻融循环次数后,分别测试土体的无侧限抗压回弹模量。试验结果表明:1)对同一种土质,影响因素的大小排序为:含水率>冻融次数>压实度。2)随着含水率增大,土基强度接近线性减小;随着冻融次数的增加,土基强度逐渐减小,前2次冻融影响较大,之后幅度变小趋于稳定;随着压实度的增大,土基强度逐渐增大,增大幅度较小。3)采用指数函数对3种土的室内试验数据进行多元非线性拟合,拟合结果较好。     

非规则边界相变温度场奇异摄动解

研究了季节冻土地区集(输)油管线基础土体在冬季冻结期间的相变温度场的奇异摄动解法，通过共形映射将非规则区域进行规则化，导出映射后坐标系中非线性、非稳定热传导方程和相变界面热通量连续性方程；采用奇异摄动方法和变分原理对映射坐标系中的热传导问题进行近似分析计算，获得集(输)油管线基础土体在冬季冻结过程中的非线性温度场近似解。     

冻结滞水形成机制的探讨

资料表明，冻结滞水形成机制是在冬季的冻结作用下，包气滞冻土层内产生氢键吸附能，饱和水汽压差和气管薄膜等机制构成冻结势。它具用奶强的吸附能凝聚水分，全副钨气带水和潜水液态，汽态向冻结层迁移富集；形成季节性固态地下水。在冻结期间包气带水盐具有明显倒置分带性：冻结滞水带；过渡水分带；支持毛管水汽化输水带。