不同密度硫酸盐渍土盐胀规律的试验研究

作对由西安黄土掺加３％Ｎａ２ＳＯ４而成的硫酸盐渍土，在不同初始干密度和冻融循环条件下的盐胀规律进行了试验研究。结果表明：冻融循环作用下的盐胀具有累加性；增加值具有随冻融循环次数增加而递减的趋势；盐胀率与初始干密度的关系为一二次抛物线，存在一个盐胀率最低的区间。     

硫酸盐渍土在多次冻融循环时的盐胀累加规律

通过室内模拟试验,研究了硫酸盐渍土在历经多次冻融循环时的盐胀累加规律,得出了盐胀累加的不同类型,给出了累加盐胀率与循环次烽之间的关系式,进一步揭示了盐胀累加的 和影响因素。     

硫酸盐渍土盐胀特性试验及分析

硫酸盐渍土分布广泛,其盐胀特性给工程建设带来诸多困难,以往许多这方面的研究多是通过向非盐渍土中掺入不同比例的盐分,人工制备成盐渍土样进行,且仅侧重于盐胀率的测试和分析,对盐胀压力的研究很少.结合硫酸盐渍土地区工程现场出现的渠道面板胀裂变形等问题,取样天然硫酸盐渍土,对单因素影响下的硫酸盐渍土膨胀率进行测试和分析,对各因素作用下的盐胀机理加以分析,并对法向膨胀力进行测试,与非盐渍土的冻胀力进行对比后,发现硫酸盐渍土具有较大的法向盐胀压力,建议设计分析中需在试验的基础上考虑盐胀的影响.     

硫酸盐渍土含水率单次递减条件下的盐胀特性

为探究硫酸盐渍土在含水率递减下的盐胀特性,通过自主设计的试验装置,在室内开展了11组含水率单次递减下的盐胀试验,共历时2 868 h。结果表明：在含水率单次递减下硫酸盐渍土的起胀含盐量约为1.2%。含盐量<1.2%时,土体干缩,干缩量与含盐量近似呈下凸的二次抛物线规律,且干缩峰值含盐量约为0.5%;含盐量≥1.2%时,土体膨胀,且盐胀率与含盐量近似呈线性增大规律。盐胀敏感含水率区间受含盐量影响很小,含盐量从1.5%增至4.0%,盐胀敏感含水率区间基本稳定。此外,含水率递减速率与含盐量呈负相关规律,同一含盐量的硫酸盐渍土,其含水率的递减速率随含水率的降低亦减慢。基于以上试验结果,进一步开展了4组单次降温下的盐胀对比试验,结果表明：含盐量升高时,起胀温度区间逐渐升高,盐胀敏感温度区间的区间范围逐渐扩大。单次降温下的盐胀率均高于含水率单次递减下的盐胀率,且随着含盐量的升高两试验条件下的盐胀率差值趋于一常数。研究结果对西北地区高含盐量的残余型硫酸盐渍土地基的盐胀性评价具有重要指导意义。     

包兰二线铁路某段硫酸盐渍土的盐胀特性及其病害防治

该路段地表硫酸盐渍土的形成与其地形地貌、气候、工程地质和水文地质条件有关.硫酸钠含量、含水量和温度是产生盐胀的主要因素.防治该段路基盐胀病害,应针对这些条件和因素,综合选用提高路基、设置隔断层、换填垫层、设置地面隔热层或化学处置等方法.     

硫酸（亚硫酸）盐渍土单次盐胀和冻胀发育规律研究

对盐胀和冻胀规律的研究有助于深入认识硫酸（亚硫酸）盐渍土的工程性质。通过对天山北麓水磨河流域细土平原区硫酸（亚硫酸）盐渍土盐胀和冻胀试验研究发现：（1）随着温度的降低,试样盐胀和冻胀率逐渐增大。试样冻结前土体产生的膨胀是盐胀,试样冻结后产生的膨胀是盐胀和冻胀,当土体达到-15℃以后,土体盐胀和冻胀趋于稳定。（2）硫酸钠含量不变的情况下,随着含水量的增大,其起胀温度降低。土体起胀温度取决于土体中硫酸钠析水结晶温度、硫酸钠结晶含量的多少、土体结构、内摩阻力、粘聚力、土颗粒间的引力、土体孔隙间和孔隙接触间吸收结晶硫酸钠的程度。（3）硫酸钠含量增加,其单次盐胀和冻胀率变化区间增大。     

含水率单次递减条件下粗颗粒硫酸盐渍土盐胀的室内模拟试验

为探究粗颗粒硫酸盐渍土含水率单次递减条件下的盐胀特性,利用自主设计的多功能盐胀试验装置,开展了粗颗粒硫酸盐渍土盐胀率随4因素(孔隙比、含盐量、温度、初始含水率)变化规律的试验研究。试验结果表明,硫酸盐渍土的体积变化受两种效应的影响:含水率递减引起的干缩效应以及土体中硫酸钠相态变化引起的盐胀效应。含水率单次递减过程中硫酸盐渍土的失水速率与硫酸盐渍土的孔隙比、试样温度、初始含水率呈正相关关系;而与硫酸盐渍土的含盐量呈负相关关系。试验结果中部分试样的盐胀率达到了9%,这表明粗颗粒硫酸盐渍土在含水率单次递减条件下引发的盐胀不容忽略。其研究结果可为西北地区高含盐量的残余型硫酸盐渍土的盐胀性评价提供参考依据。     

倾斜细土平原盐渍土分布规律及盐胀作用分析

本文通过实例分析了倾斜细土平原盐渍土分布规律及盐胀性，盐类分布在平面上呈不连续性和不均匀性，中游以硫酸盐、亚硫酸盐为主，向下游逐渐变为以氯盐、亚氯盐为主，盐胀作用也由强变弱。     

氯与硫酸根比值对硫酸盐渍土工程性质影响的研究

对含氯化钠硫酸盐渍土的盐胀量，液限，塑限进行了试验分析，提出了不同硫酸钠含量水平下氯与硫酸根比值，即Ｃｌ＾－／ＳＯ４＾２－与盐胀率，Ｃｌ＾－／ＳＯ４＾２－与液限、塑限之间的计算公式，对从Ｃｌ＾－／ＳＯ４＾２－角度评判盐渍土的工程性质具有一定参考意义。     

青海地区盐渍土分布规律及其盐胀溶陷机制探讨

针对青海一些地区盐渍土当硫酸钠含量小于1%时也会产生盐胀,而超氯盐渍土却不会产生溶陷的事实,进行了较为深入细致的论证和研究。得出如下结论:建(构)筑物由于盐胀问题引起破坏,往往由其所处地质环境因素起决定性作用,而并非完全符合相关规范所给出的硫酸钠含量超过1%才应考虑盐胀性。柴达木盆地腹地超氯盐渍土却由于难溶盐及中溶盐含量偏高,导致其反常态不产生溶陷。这些认识及观点与现行理论、规范有较大出入。     

冻土-气候关系模型评述

冻土-气候关系模型是目前冻土学领域的研究热点,评述了冻土对气候系统的响应模型以及陆面过程模型中的各种冻土参数化方案.建立在传热学基础上的物理模型具有动态性、普适性的优点,适合于冻土工程计算,当把它们推广到面上时,需要对其进行简化.经验模型大都只使用有限的变量,与地理信息系统结合紧密,因此模型具有空间性,较为适合于冻土制图.陆面过程模型中的冻土参数化目前有3类方法:1)限定或修正水热参数;2)比较单位土层中耗热或放热量与可耗热或可放热量而计算产冰率;3)使用土壤基质势定义土壤冻结后的未冻水含量.现有的陆面过程模型中的冻土参数化方案需要进一步的改进.     

冻土过程参数化方案与中尺度大气模式的耦合

将发展的冻土过程参数化方案与耦合了NCARLSM陆面过程模式的中尺度大气模式MM5相耦合,对包括我国北方,蒙古国,东西伯利亚的高纬度地区进行了模拟.模拟时间选为北半球季节冻土生成的10月份.模拟结果表明,模式能够较好地模拟出该区域的冻土分布,并且对大气模式中海平面气压场、气温场的模拟改进显著.     

基于颗粒类型的冻土分类

Based on the log-normal distribution of the grain size density function derived earlier for the entire zone of mineral disintegration, a unified granulometric taxon of perennially frozen soils is proposed which generalizes the existing soil classifications.     

不同地表条件下冻融土壤的入渗特性分析

通过大量的入渗试验,对不同地表条件下季节性冻融土壤的入渗特性进行了对比分析,结果表明:在冻融期,不同地表条件下土壤入渗能力均经历由高到最低点,然后再增高的变化过程;有覆盖物地块最小土壤入渗能力出现的时间均滞后于裸露地.     

非饱和冻土的强度分析

冻土的强度是由土颗粒与冰的结合强度所决定,冰含量(或初始含水量)和干容重是非饱和冻土强度的主要影响因素.干容重越大,土骨架能够承受荷载的有效面积越大,冻土的强度也越大.同样干容重下的非饱和冻土,冰含量越多,冰与土颗粒的结合面积越大,承受的荷载能力增强,冻土的强度越大.为此,提出冰饱和度的概念,建立了非饱和冻土强度与饱和冻土强度关系,它涵盖了干容重和冰含量的影响作用,揭示了非饱和冻土强度的机理.通过试验验证,该关系式与试验结果具良好吻合.     

耦合冻土方案的大气模式对祁连山区春季土壤状况的模拟

对黑河流域上游山区水源涵养林区2003年春季土壤温度、湿度变化进行分析,运用耦合冻土参数化和没有耦合冻土参数化的大气模式MM5对该区春季过程进行了模拟,并与观测值进行对比,对模拟的产流量做了初步分析.结果显示:考虑冻土参数化方案对土壤温度模拟的改进主要体现在表层土壤,对深层土壤温度的模拟没有大的改进;考虑冻土参数化方案改进了对100 cm深度以内的土壤含水量的模拟,很大程度上缩小了模拟值与观测值之间的绝对误差.总体来讲,考虑了冻土参数化的模拟结果在一定程度上改进了模式对黑河流域上游季节冻土区土壤温、湿状况的模拟,在一定程度上逼近祁连山区的春季土壤状况.考虑冻土参数化和没有考虑冻土参数化对产流量的模拟表明,冻土参数化对产流量模拟有很大影响,冻土形成的不透水层可以产生更多的地表径流.尽管考虑冻土参数化过程对模拟结果有一定程度的改进,但模拟结果与实测结果还是有一定差距的.因此,进行寒区冻土过程模拟时,还需要进一步对土壤信息、模式物理过程,大气背景场驱动数据以及局地因素进行详细而精确的考虑,以期进一步提高模式在寒区的模拟性能,特别是为高寒山区无观测地带陆气相互作用研究提供依据.     

加荷与卸荷过程中的冻土强度特性

模拟冻土与构筑物相互作用的实际过程，即加荷与卸荷过程，在－５℃条件下对冻结原状粉土进行了试验，发现两种受力过程中冻土的抗剪强度不一致，卸荷时冻土的强度值要高于加荷时的，加荷时其粘聚力ｃ＝０，内摩擦角ψ＝１７．５°；卸荷时ｃ＝０．５８，ＭＰａ，ψ＝１４．５°，当０．５≤σ≤４ＭＰａ时，卸荷时冻土的抗剪强度比加荷时的高１．３－３倍。纠正了长期以来认为两种受力过程中冻土的强度值是一致的看法。     

冻土模式的改进和发展

本研究首先对当今常用的冻土模式进行了改进。以土壤总焓和土壤水总质量替代原来的温度和体积水含量作为方程预报量,使冰水相变速率项变为诊断量,避免了原冻土模式计算过程中由于冰水相变速率项预估的误差造成计算过程中的温度偏差。同时对该新形式模式所发展的诊断量方程组设计了合理省时的数值计算方案。实验表明,改进后模式的模拟结果与观测值有较好的吻合。此外,分析比较了目前常用的3种冻融方案的理论基础及模拟结果,发现基于热力学平衡态推导得到的包含土壤水势影响的参数化方案能很好地模拟土壤的冻融变化过程,不同的冻融方案会对土壤内的温度、水量及表面的感热和潜热模拟结果产生较大的影响。      

冻土蠕变的渐进屈服准则

基于冻土蠕变的现象分析表明，冻土蠕变的破坏是由于冻土中非弹性变形积累的结果，在冻土的任何变形阶段都存在着非弹性变形。非弹性变形的积累在一定条件下导致了冻土渐进屈服的出现，渐进屈服反过来又促进了冻土蠕变的进一步增加。     

冻土温度场的参数辨识

从冻土温度场的实际背景、物理现实及温度场的数值计算现状出发,阐述了参数辨识的重要性和必要性.以冬季开放的渠道为例,在原有温度场的基础上,利用参数之间的关系,给出了耦合温度场的数学模型.在此基础上首次建立方程中一些参数的分布控制模型,应用这些参量的连续性与变化的缓慢性,将问题分解,把在无穷维空间的辨识转化为有限维空间的辨识.论述了各子系统的解与参量的关系及优化辨识问题最优解的存在性,即可辨识性.