块石基底路基中局部非热平衡效应研究北大核心CSCD

块石作为一种高孔隙率、大粒径的多孔介质,因其可通过调节内部冷暖季节对流方式实现多年冻土路基降温,而被广泛应用于青藏铁路工程以减弱气候变暖及工程扰动对多年冻土路基的影响。因此,精准描述块石路基结构换热机理并模拟其长期热防护效应十分重要。在一些领域内,已经证明使用局部非热平衡(LTNE)可以提升多孔介质的计算精度,但在块石结构孔隙尺度下的传热效能计算中仍较少使用。其中,多孔介质内部流固换热系数(hsf)是LTNE能量方程中重要的参数,该系数如何选取也决定着模型计算的准确性。本文以块石基底路基为例,通过数值模拟方法,将传统路基使用的局部热平衡(LTE)模型与LTNE模型的模拟结果与实测数据进行对比,并分析了不同经典hsf对块石结构换热的影响。研究结果表明,块石基底路基局部非热平衡效应明显:模拟结果显示LTNE模型中,同一时间内块石与空气温度不相等,空气与块石在夏季和冬季的最大温差高达1.54℃和0.80℃;LTNE的模拟结果与实测数据更为接近,且LTE模型的降温幅度略高于预期,二者在2 m、5 m、10 m处的年平均误差百分数分别相差6%、1%和8%;不同研究者(Achenbach、Wakao、Dixon等、Pallares等)得出的hsf在块石路基中变化趋势相近,峰值差异明显,但对块石路基下部土体温度的影响较小。     

温度对颗粒膨润土热传导特性的影响EI北大核心CSCD

颗粒膨润土作为优良的接缝和间隙回填材料,在高放废物深地质处置库中具有较大的应用前景。以颗粒高庙子膨润土为研究对象,采用热探针法测试颗粒膨润土在不同条件下的热传导性能,探讨了温度、干密度和含水率等因素的影响。试验结果表明:相同含水率和干密度下,粉末膨润土压制样的热传导系数大于颗粒膨润土压制样;相同含水率下,随着干密度的增大,粉末压制样和颗粒压制样之间的热传导系数差异渐小。温度越高,含水率越大,干密度越小,颗粒压制样热传导系数的温度效应越显著。相同干密度下,粉末压制样内集聚体间大孔隙的孔径较颗粒压制样的孔径要小,更有利于热量在土中的传递,其热传导系数也就更大;随着干密度的增大,颗粒压制样内集聚体间孔隙减少,削弱了水汽潜热传输的影响,温度效应有所减弱。     

预埋与绑扎埋管形式能量桩传热特性研究

预埋钢管能量桩是一种新型桩埋管形式的地源热泵技术,然而,针对其特殊埋管形式下传热特性的研究却相对较少。针对预埋钢管单U型埋管能量桩的传热管-钢管-混凝土-桩周土的传热特性开展模型试验和数值模拟研究,测得在热-冷循环温度荷载作用下预埋钢管单U型埋管能量桩桩体及桩周土体的温度变化规律;为了对比分析,同时开展了传统绑扎单U型埋管能量桩的传热特性模型试验,并分析了预埋钢管能量桩的适用性。研究结果表明,预埋钢管能量桩的传热性能略低于绑扎埋管能量桩的传热性能;夏季工况两种埋管形式能量桩桩体温度和桩周土体温度最终变化量分别相差23%和16%左右;冬季工况该数值约为14%和18%左右。     

补水压力对土体冻胀的影响北大核心CSCD

为了研究冷端温度、土质和补水压力对土体冻胀影响的强弱以及现行评价土体冻胀敏感性的方法在土体有压补水冻结时的适用性,开展了三因素三水平的冻胀正交试验。基于灰色关联度法得到的结果表明,影响土体冻胀率的因素由强到弱依次为补水压力、冷端温度和土质。补水压力、冷端温度与冻胀率的关联度较大,土质与冻胀率的关联度较小。在较高的补水压力作用下,非冻胀敏感性的砂类土产生了明显的冰透镜体,且部分砂类土的冻胀率超过了黏质土的冻胀率。发现仅凭细粒含量评价水压作用下砂类土的冻胀敏感性存在缺陷,应根据土体所处的实际环境进行综合评估。通过讨论冻胀敏感性、融沉敏感性与冻害敏感性之间的关系,提出受水压影响的寒区工程构筑物须通过设置隔水和排水设施以及使用换填法来综合防治冻害的方法,可为相关工程的设计及安全运营提供参考。     

冻土强度特性及其主控因素综述北大核心CSCD

冻土强度是冻结法施工及冻土构筑物安全评估中的关键力学参数。然而,冻土强度特性十分复杂,受到环境温度、土体类型、含水量、应变速率等诸多因素的影响,目前还缺少统一的结论。鉴于此,文章对冻土强度的相关试验成果进行了全面回顾,并总结了各因素对冻土强度的影响规律及其作用机理。文献调研结果表明,冻土强度随温度的降低而增大,在工程常见温度范围内二者近似呈线性关系。温度降低所引起的冰强度增加和未冻水含量降低是冻土强度增大的主要原因;当温度低于一定阈值后(如-80℃),冻土强度达到最大值并不再变化。非饱和冻土的抗压强度随含水量的增加而增大,原因在于其饱冰度会随着含水量的增加而增加,使得土颗粒与冰晶体的黏结作用增强。对于饱和冻土,含水量的增加会导致冻土密实度降低,其强度随含水量的增加而降低。冻土抗拉强度与抗压强度具有较强的相关性,其压拉比随土体类型的不同存在较大差异,在3~12之间。整体来看,影响冻土强度的因素众多,目前的研究工作多基于单一影响因素,针对多种因素耦合作用、应变速率影响和抗拉强度的研究仍较少,相关工作有待进一步深入。     

土体剖面温度物理模型试验研究

利用自主开发的土体温度物理模型试验系统,研究了土体剖面温度随时间的变化规律,通过改变土体表面的覆盖层属性,对比分析了裸土和混凝土板覆盖下土体剖面的热传递特点。结果表明:在恒定热源作用下,土体剖面温度迅速上升到一定值之后逐渐趋于稳定,初始升温速率随深度的增加而呈指数递减,最终平衡温度随深度的增加而显著衰减; 温度在土体剖面上的传递存在明显的滞后效应; 混凝土板覆盖下土体的初始升温速率和最终平衡温度较裸土高; 土体剖面热通量反映了土体中热量的传递特征,其变化规律与上下土层间的温度差变化规律一致。     

不同地表条件下青藏公路对多年冻土的热影响差异研究北大核心CSCD

在多年冻土区,道路工程会对周边的多年冻土产生热影响,但不同地表条件下的多年冻土对道路热影响的反馈差异尚不完全清楚。本研究基于青藏公路沿线两处监测场地的多年冻土监测数据,研究了不同地表条件下青藏公路对多年冻土的热影响差异。结果表明,青藏公路对多年冻土的热影响因地表条件的不同而存在差异。与植被覆盖率较高的监测场地相比,在植被覆盖率较低的监测场地,其多年冻土年平均地温更高、多年冻土活动层厚度更大,且青藏公路对多年冻土的水平热影响范围也相对更大。此外,在植被覆盖率较低的监测场地最靠近坡脚的位置处,由于地表条件的不同,其浅层土壤更易受到外界扰动,导致该位置浅层土壤与外界的热交换特征迥异于其他监测位置,这可能也是导致两处监测场地多年冻土的热状态存在差异的原因。目前,青藏工程走廊内各线性工程密布,工程间的相互影响及其与多年冻土间的关系已成为必须考虑的问题。本研究工作对于青藏高原多年冻土区工程走廊内线性工程之间的合理间距设定,以及即将建设的青藏高速公路双向路基间的合理距离设计都可提供参考,以达到减少工程热扰动,保障工程安全运营的目的。     

富铁橄榄石的水溶性实验研究SCIEI北大核心CSCD

地幔的力学性质主要受橄榄石流变性的控制,含水对橄榄石流变性质的影响很大,而橄榄石的水溶性受到温度和铁含量的影响,因此,本文进行了不同铁含量橄榄石在不同温度下的水溶性实验研究。实验使用的样品为天然橄榄石单晶Fa_(17)和Fa_(24.7)(Fe_(No.)=100×molar Fe/(Mg+Fe))以及人工合成的橄榄石单晶Fa_(22);橄榄石单晶的水溶性实验在300MPa围压和1273~1473K的温度条件下进行,每隔50K进行一组实验,氧逸度被控制在Ni NiO水平上。实验结束后,对橄榄石单晶沿b面进行双面研磨抛光,用电子探针分析确定橄榄石单晶成分,采用EBSD精确测量橄榄石的单晶方向,使用红外光谱仪(FTIR)的非偏振光路测试橄榄石单晶在b轴上的吸收光谱。对FTIR吸收光谱进行积分得到富铁橄榄石的水溶性实验结果:当温度由1273K升至1473K时,橄榄石单晶Fa_(17)的水溶性变化为600~1200H/10^(6) Si,橄榄石单晶Fa_(24.7)的水溶性变化为1000~1300H/10^(6) Si,人工合成的橄榄石单晶Fa_(22)的水溶性变化为500~900 H/10^(6) Si。因此,相同铁含量橄榄石单晶的水溶性随温度的增加而增加,相同温度条件下,天然形成的橄榄石的水溶性随着铁含量的增加而增加,百分之一的铁含量的增加,可以导致约百分之十的水溶性的增加。本文所研究的不同铁含量的橄榄石可以为更好地估算上地幔水溶性提供依据。     

铁路碎石道碴层通风阻力参数试验研究

铁路碎石道碴层能被看作高渗透率的多孔介质,由于其具有较好的通风特性,它的存在改变了寒区铁路路基的顶部热交换条件,对路基温度场产生不可忽视的影响.为了能够实现对寒区铁路路基温度场的更合理预测,基于对铁路碎石道碴层传热和通风特性的研究现状,通过风洞试验对铁路碎石道碴层的通风特性及通风阻力参数进行了试验研究.试验中选用的铁路碎石道碴平均粒径为4.2cm,孔隙率为0.433,对不同空洞风速条件下铁路碎石道碴层中的压力梯度和渗流速度进行了测试分析.结果表明:铁路碎石道碴层中空气渗流速度随着压力梯度的增大而增大,其内部压力梯度与渗流速度之间存在良好的二次非线件关系.通过计算得到铁路碎石道碴层的渗透率和惯性阻力系数,为寒区铁路路基热稳定性的数值研究提供了参数依据.     

比表面积对土冻结特征曲线影响的试验研究EI北大核心CSCD

土冻结特征曲线受土颗粒比表面积的影响显著。目前关于冻结特征曲线与比表面积关系的研究一般以天然土为研究对象,无法完全排除干密度、总含水率等其他因素的干扰,所获得的试验结果较为离散。将青藏粉质黏土和膨润土以不同比例混合,人工配置具有不同比表面积的土样,对土样开展低温核磁共振测试和冻结温度试验,结果表明:与常见的3段式冻结特征曲线不同,混合土样的冻结特征曲线分为4段,即过冷段、快速下降段、缓慢下降段和稳定冻结段。随着比表面积增大,快速下降段中未冻水含量变化幅值减小,缓慢下降段中未冻水含量变化率增大,而稳定冻结段中最终未冻水含量增多;在冻结温度试验获得的温度-时间曲线中,恒温段持续时间随比表面积的增大而缩短,相应的冻结温度则降低;通过分析横向弛豫时间T_(2)分布曲线随温度变化的规律,发现比表面积大的土样结合水相对含量高,而结合水受土颗粒束缚作用强、冻结温度低,从而导致比表面积大的土样难以冻结。这是比表面积对冻结特征曲线产生影响的根本原因。     

基于GBDB数据库的地层学研究与应用北大核心CSCD

经过多年的发展,GBDB数据库已经发展成为全球最大的地层学数据库和国际地层委员会的唯一官方数据库。截止2013年3月,GBDB数据库中已经集成了全球超过6000个剖面、4万采集层和20万化石产出记录的综合地层学数据,支持年代地层、生物地层、岩石地层等学科数据的数字化,提供地理可视化、地层可视化、野外露头360度全景可视化、定量地层对比、地层或地质体空间展布分析等多种分析工具,可以用以辅助开展年代地层学、定量地层学、生物地层学、古地理学等方面的综合研究。     

低温盐侵蚀环境下砂浆孔隙水相变特性研究北大核心CSCD

砂浆孔隙溶液水盐相变特性是研究其水-热-盐耦合模型以及水泥基材料损伤机理的关键理论基础。为探究河西走廊盐渍土地区砂浆孔隙溶液水、盐相变规律,首先利用差示扫描量热法测定水盐相变过程中热流、相变温度等热参数;其次基于热量守恒和水分质量平衡方程,初步实现水盐分离;然后分别计算不同温度下的冰、盐晶和未冻水含量,揭示了低温下砂浆孔隙溶液水盐相变机理;最后结合微观扫描和物质能谱图,明晰了砂浆内部劣化机制。研究结果表明:随着盐浓度增大,砂浆孔隙溶液冻结温度降低、相变时间延后、水盐相变顺序调换及未冻水含量向低温方向移动;相同盐浓度下,氯化钠对砂浆孔隙溶液冻结温度的降幅最大,混合盐次之,硫酸钠最小;砂浆在低温盐侵蚀下遭受物理化学耦合作用,其中氯化钠对砂浆破坏性最大,混合盐次之,硫酸钠劣化相对较轻。     

基于COMSOL的起伏地形三维大地电磁数值模拟北大核心CSCD

COMSOL是一个多物理场仿真软件,笔者尝试将其应用于大地电磁法的数值模拟,研究起伏地形对大地电磁响应的影响及解决方案。本文由麦克斯韦方程组出发,施加第一类边界条件,将地形起伏数字化为参数化曲面,导入COMSOL进行计算。在对COMSOL的精度进行了验证的基础上,分析不同频点所需内存以及自由度,然后选择合适的频点进行研究。将三维起伏地形的模拟结果与无地形起伏时的结果进行对比,总结出山谷、山峰地形对三维大地电磁响应的影响,发现在XY模式下,地形对视电阻率的影响大于相位,在视电阻率等值线图中能够清晰地看出起伏地形的轮廓,而在YX模式下,地形对相位的影响大于对视电阻率的影响。最后,利用“比值法”进行地形校正,校正前由于起伏地形影响,在异常体附近会出现部分视电阻率数值跳跃现象,通过校正有效抑制了起伏地形对异常体附近视电阻率的影响,校正后的视电阻率曲线整体上移,并且异常体周围的视电阻率值也趋于背景场值,获得了较好的效果。     

粤东北贝岭地热田地热地质特征及水化学分析北大核心CSCD

粤东北地区拥有丰富的低温水热型地热资源。贝岭地热田位于河源深断裂北东端,具有优越的地热地质条件,地热田内施工的钻孔(ZK1~ZK5)均揭露到了热矿水,水温48.2~77.0℃。为了深入研究地热田内的水化学特征,通过运用系统的水文地球化学分析方法,得出研究区热矿水水化学类型为低矿化的HCO_(3)-Na型,SiO_(2)含量较高,可用作理疗矿泉水。研究区地下热矿水处于水岩作用的初级阶段,热矿水中的石英和玉髓溶解度已达平衡状态。使用石英温标进行热储估算,结果表明T_(石英)=116.0~150.1℃,平均地温梯度G=12.01℃/100 m,热储循环深度H=819.33~1103.26 m。本研究为今后该区的深部找热工作提供了一定的技术支撑。     

温度对土壤介电常数的影响规律研究北大核心CSCD

介电常数是频域反射法测定土样含水率的关键参数之一。为获取温度对土壤介电常数的影响规律,利用矢量网络分析仪测得不同含水率、含盐量的试样在不同试验温度下的介电常数。通过分析土样介电常数随不同因素的变化规律,最后建立了介电常数与温度的关系。结果表明:温度对土样介电常数的影响主要表现在冰水剧烈相变阶段。当温度低于某一温度或者高于冻结温度后,介电常数受温度的影响较小。负温条件下,土样介电常数随含盐量增大而增大。引入阶梯函数建立的三阶段模型,可有效描述土样介电常数随温度的变化规律。     

基于冰川钻孔温度的古气候重建研究进展北大核心CSCD

冰川内部温度与过去冰面温度变化密切相关,因此可以利用冰川钻孔温度对过去冰面温度变化过程进行重建。耦合的热传导-冰流物理模型与相关反演算法,是基于冰川钻孔温度进行古气候重建研究的理论基础和关键。论文收集了过去三十多年基于冰川钻孔温度进行古气候重建的研究文献,从冰川钻孔温度对气候变化的响应和古气候重建等方面进行了概述,并简要讨论了不同反演算法的优劣性和适用条件。尽管很多因素(如太阳辐射、融水等)都会对冰川钻孔温度造成影响,但两极或高纬地区的冷冰川钻孔温度能较好地反映气候变化历史。目前已通过这些不同地区的冰川钻孔温度,重建了末次冰期冰盛期以来不同时间尺度的气候变化历史,同时可与对应的冰芯记录相互印证。此外,通过冰川钻孔温度可以研究冰川与气温的耦合作用,并进一步预测冰川对未来气候变化的响应。利用中纬度冷冰川钻孔温度开展古气候重建的研究较少,未来加深这一方面的研究将有助于揭示中纬度高海拔地区的气候变化状况。     

湿空气对开放块石层湿热特性影响的试验研究

青藏高原暖湿化趋势日益加剧,空气中的水汽质量分数随季节变化差异较大致使空气物性参数、焓值等产生变化,可能会间接影响块石路基的换热过程。本文基于模型试验及空气热力学理论,对等压条件下干、湿空气中块石层内湿热特性进行了分析。结果表明:在等压条件下干、湿空气温差与水汽质量分数呈正相关关系,且水汽质量分数变化速率低于温差变化速率8%。基于地表能量平衡方法计算了考虑水汽影响的块石表层感热通量,发现两种空气条件下的感热通量差值与水汽质量分数也呈正相关关系,此时水汽质量分数变化速率高于感热通量差值变化速率9.8%。日出后干、湿空气与深层块石的对流换热差值主要受空气相对湿度控制,日落后由于干、湿空气温差较大则受空气温差影响。水汽质量分数较低时,干、湿空气焓值差变化速率高于水汽质量分数变化率约87%,焓值差变化率高于水汽质量分数变化率约21%,该现象随着水汽质量分数下降而愈加明显。研究结果对于评价和预测湿空气条件下块石结构路基的长期热稳定性具有重要工程意义。     

库车东部碎屑岩层厚和岩性对裂缝发育的影响EI北大核心CSCD

层厚和岩性是控制裂缝发育的重要因素,尤其在构造不太发育的地区,层厚和岩性与裂缝发育的规律性对储层裂缝的预测更为重要。文章以库车东部中-下侏罗统碎屑岩地层为例,重点研究层厚和岩性控制构造裂缝的分布规律,对其构造裂缝面密度进行了定量化研究。研究结果表明,层厚影响构造裂缝发育程度:薄层比厚层更易发育构造裂缝。在相同层厚条件下、不同岩性碎屑岩中,裂缝面密度由小到大依次为砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂质页岩,即在相同构造环境和等厚地层的情况下,碎屑岩粒级越小,面密度越大。对层厚和岩性影响裂缝发育的力学机制进行了探讨:不同层厚中的裂缝发育差异与应力分布状态有关;而不同岩性中裂缝密度之所以不同,则是因为不同岩性的破裂强度不同。     

多孔介质渗透特性的试验研究

本文通过理论和试验完整地对多孔介质(主要指粒状介质)进行了分析,并认为粒状介质的渗透规律是受外部因素(水力梯度)和内部因素(介质本身和流体)综合构成的属性,其渗透规律乃是一个完整的物理过程。通过理论分析给出了多孔介质的统一表达式,并通过试验着重研究了孔隙率和流态的关系。     

关于在湖北当阳开展中国新生界第一阶建阶研究的建议北大核心CSCD

阶可以在全球范围识别的标准年代地层等级系列中最小的单位（萨尔瓦多主编,1994）。地层建阶是一项具世界意义的重要的基础地质工作,历来为各国地层工作者所重视。