冻融风化边坡岩体破坏机理研究

高寒山区岩质边坡冻融风化破坏严重影响公路建设及其运行安全。为了揭示岩体在冻融条件下的破坏机理,本文通过对高寒山区岩质边坡现场调查、编录,结合室内试验及数值模拟等,从不同尺度下综合分析岩体的冻融破坏机理。室内试验显示岩块受冻融后存在强度弱化现象,其受控于岩块的结构构造、胶结程度及初始损伤裂隙发育情况;冻融试验揭示岩体裂隙发育特征对冻胀变形性质起决定作用,裂隙的冻融破坏速率远大于岩块,密闭条件下,裂隙水冻结成冰过程中形成冰劈效应,冻胀力可达33MPa以上;数值分析揭示了边坡温度场受低温、大温差影响最为明显,裂隙带受冻融影响严重,其为边坡冻融风化的通道,裂隙水冻胀形成冰劈是边坡冻融风化破坏的主要模式。     

冻融岩体力学特性实验研究

岩石的冻融破坏是寒区岩石工程中常遇到的主要病害之一。通过对3种岩石进行冻融循环试验及电镜微观扫描的方法,研究了不同性质的岩石在冻融条件下的劣化损伤机制,分析了其冻融破坏机理; 并针对不同性质的岩石总结提出了2种不同的冻融劣化模式:裂隙扩展劣化模式和颗粒析出劣化模式; 通过不同冻融循环次数后的3种饱和岩石单轴抗压强度试验,得到了不同性质岩石的单轴抗压强度与冻融循环次数的拟合关系表达式,初步量化了循环冻融对寒区岩石强度衰减的影响,具有一定参考价值,为今后岩石冻融劣化研究和寒区工程建设及工程安全运营提供了可靠的依据。     

建筑物基础抗水土腐蚀的防护措施研究

建筑物基础防水土腐蚀的措施．关系到建筑物的安全性与耐久性。本文根据国家有关标准的规定．对建筑物基础的腐蚀类型与腐蚀性评价问题进行归纳与论述．并针对不同的腐蚀类型与腐蚀性等级要求,给出了天然地基基础和桩基础的具体防护措施。     

柴达木盆地风蚀灾害与风沙淤埋灾害产生机理分析及防治对策

柴达木盆地因其丰富的矿产资源,成为西部大开发的重点之一.但是盆地内生态环境脆弱,风蚀灾害和风沙淤埋灾害对盆地内的设施破坏极大,使区内环境不断恶化.笔者在充分调查及研究的基础上,对风蚀灾害及风沙淤埋灾害的产生机理作了分析,并提出了综合防治对策,为盆地内沙摸化防治及环境保护提供理论依据.     

新疆伊犁河谷黄土滑坡冻融失稳机理研究

伊犁河谷地处中国天山山脉西段,属于典型的季节性冻土区,季节性冻融作用对斜坡稳定性影响强烈。本文以皮里青河"3.24"滑坡为例,通过现场详细调查、多期遥感影像动态比对、数值模拟等方法,研究了黄土滑坡冻融失稳机理与滑坡运动特征,得到以下几点认识:(1)滑坡失稳与水密切相关,一方面是地表水侵蚀作用,另一方面是地下水的冻融作用;(2)根据变形特征,将滑坡失稳过程分为坡脚侵蚀、冻结滞水和冻融循环破坏三个阶段,模拟结果表明,地下水水位上升导致孔隙水压力增大是滑坡冻融失稳的主要原因;(3)DAN-W数值模拟软件的Voellmy模型和Frictional模型可较好地模拟滑坡的运动堆积过程,模拟结果显示,滑坡历时12.8 s,最大运动速度17.7 m/s,平均堆积厚度4.9 m,运动距离139 m。本研究为伊犁河谷地区黄土冻融滑坡的早期识别与风险评估提供了重要的技术支撑。     

高陡层状土质边坡风蚀失稳过程及机理研究

吐鲁番交河故城台地高陡层状土质边坡的失稳过程受风蚀控制和影响非常典型;在土层组合特征和抗风蚀能力差异以及当地终年多大风的气候特征的共同作用下,坡体土层形成风蚀空腔并在空腔的控制下发生变形破坏.以工程地质定性分析、风洞实验、物理模拟为主要手段,结合数值模拟,分析了该边坡在自然风蚀改造过程中表现出具有特殊性、多样性和阶段性...     

土体冻融过程中渗流场应力场温度场耦合作用机理研究

土体冻融过程中的耦合作用机理研究是求解冻土工程问题的基础。为了全面了解冻土体中水、热、力耦合作用行为,本文从各自耦合过程特征出发,从数学建模和数值求解的角度对渗流场、应力场、温度场耦合作用机理进行了探讨,确定了土体冻融过程中三场之间的耦合作用关系和求解冻土工程问题的计算方法,为冻土边坡工程稳定性评价和寒区防灾、减灾工作提出了一个新的研究课题。     

油页岩试样在循环冻融条件下破裂实验研究

由于油页岩原位破碎研究对于油页岩传热效率的提高具有重要的意义,提出了一种油页岩原位破碎室内研究方法,即循环冻融法。本文主要论述了其实验机理、实验台的设计、实验岩样的制备,实验数据的采集与分析等。此次循环冻融实验主要由工程模拟单孔时循环冻融法研究油页岩试样裂缝扩展情况,根据设计要求完成2组试样的制备以及相关实验台的设计,并采用了超声波检测的手段对完成每一实验阶段油页岩试样进行检测,为油页岩原位破碎研究提供一种可行的实验方案,对油页岩传热效率的研究具有一定的参考意义。     

古尔班通古特沙漠生物结皮对地表风蚀作用影响的风洞实验

古尔班通古特沙漠4种类型生物结皮的风洞实验表明, 其对地表风蚀影响甚大, 且随结皮类型及其破损度不同而呈明显的变化. 在25～30 m·s-1的风速下, 未经扰动的4类生物结皮均未发现沙粒起动和地表风蚀现象. 相同破损率条件下, 起动风速以苔藓结皮最大、 地衣结皮次之、 藻结皮和藻类地衣结皮最小. 裸沙面在8.42 m·s-1的起沙风作用下, 风蚀强度为0.09 g·m-2·s-1, 25 m*s-1时为1214.82 g·m-2·s-1. 在同等风速吹蚀下, 4类结皮的风蚀率最大不超过裸沙面的8.95%. 随着破损率的增大和风速的加强, 风蚀强度显著增大. 在数量级和变化趋势上以苔藓和地衣结皮相似, 变化于0～23.67 g·m-2·s-1之间; 藻结皮和藻类地衣结皮相近, 变化于0～69.00 g·m-2·min-1之间. 根据该沙漠的风能环境分析和风洞实验结果, 为了不致产生风蚀, 人类放牧等经济活动应以不造成30%以上的地表结皮破损为宜, 特别是在春夏两季的强风盛行期更要谨慎处之.     

沙漠公路风蚀破坏规律的数值模拟研究

通过Fluent软件对沙漠公路的风蚀破坏规律进行数值模拟研究。分析公路不同横断面时风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,确定路基(堑)高度、边坡坡率和路面宽度等公路断面设计参数对风沙流扰动的影响,提出沙漠公路路基(堑)风蚀破坏规律。结果表明：路面宽度的改变对路基沿程风速变化影响较小,各特征点处风速变化小于5%。路基(堑)高度和边坡坡率对风沙流扰动的影响较大。随路基(堑)高度增加,风沙流流场的扰动被增强,路基(堑)风蚀破坏越显著,当边坡坡率为1:1时,路基模型高度250 mm时的迎风路肩风速为模型高度60 mm时的 1.15倍,其背风坡脚风速降低45%;路堑模型高度250 mm时的背风堑顶风速为模型高度60 mm时的1.05倍,迎风堑脚处风速降低高达80%。建议沙漠公路宜采用中低路基(堑),不宜高填深挖。当路基(堑)高度一定,边坡坡率为1:1.75或1:2时,路基(堑)沿程风速变化平缓,沙漠路肩不易被吹蚀破坏;路堑中堑脚位置处不易出现堆积。其结论与室内风蚀风洞试验结果有很好的一致性     

Review and Prospect of the Study on Soil Wind Erosion Process

Soil wind erosion processes include mechanical process and dynamic changes of the factors affecting soil wind erosion, as well as the corresponding changes of wind erosion rate. The former is rich in experimental and theoretical researches that have clearly defined the process of particle starting, transporting and settling. The latter focuses on the dynamic changes of various wind erosion factors and the response of soil wind erosion rate to the change of the factors, of which systematic research of which is very limited. The difficulties in research of soil wind erosion process include: ①Dynamic parameterization of wind erosion factors; ②Observation and quantitative expression of the dynamic changes of wind erosion factors; ③Scaling problem of wind erosion process; ④Prediction ability of wind erosion models. At present, it is urgent to carry out the following work on soil wind erosion. The first is to establish standard wind erosion observation field in typical regions to obtain continuous and complete data of wind erosion in the field; the second is to study the saturation path of wind sand flow to solve scale problem; and the third is to construct a wind erosion model with solid theoretical foundation and fully consider both mechanical process of soil wind erosion and dynamic changes of the factors.     

干旱区土建筑遗址冻融耐久性研究

在我国的西北地区,强烈冻融、风蚀等对性质脆弱的土建筑遗址安全构成极大威胁。研究了冻融循环对土遗址耐久性的影响。选择新疆交河故城原状生土试样和重塑土试样进行了冻融循环试验,监测冻融过程中的质量变化,并在冻融循环结束后进行了风洞试验和强度试验。冻融试验结果表明,在试样初始含水率较低的情况下,前5个冻融循环,试样经历了一个质量增大的过程;在随后的冻融过程中伴随着冻干和吸湿,原状试样质量的整体趋势是减小的,重塑样质量的变化趋势维持水平。随冻融循环次数增大,原状试样的微结构出现损伤,强度减小,风蚀量增大,即耐久性持续变差。相反,冻融循环初期,重塑样的强度有所增大,风蚀量减小,耐久性得到了提高;随着冻融循环的增加,重塑样的强度开始下降。重塑试样由于重塑过程中其结构受到破坏,强度弱化,冻融循环引起重塑土的“陈化”,愈合了土体的结构,但随着冻融进行,矿物颗粒的微结构损伤不断增大,试样的耐久性降低     

兰州黄土在冻融过程中水热输运实验研究

实验表明，当上边界面温度按正弦变化，下边界面温度保持某一固定值时，冻结均匀的兰州黄土融化后，相变界面附近的含水量明显增大。同样，对初始均匀融化的兰州黄土试样，经冰融循环作用后，冰土层内最大融化深工附近的含水量大于附近区域的含水量。试样内水分在冻融作用下的这种积累特征，与天然情况下多年冻土上限附近出现的水分富积现象相类似。由于在冻结和融化过程中，水分将向相变界面附近迁移，多年冻土上限附近地下冰的形成     

季冻区土质边坡滑动界面临界深度的试验研究

为研究季节冰冻区土质边坡春融期常发生的浅层滑坡灾害,考虑盐水冰点低于水的冰点这一物理特性,设计了模拟土坡内部冻融界面的试验方法。比较了在不同含水率时,经冻融循环后土质边坡滑动面的临界深度,验证了在冻融界面上土质边坡的破坏形态,根据试验结果拟合了符合本文土样条件的土质边坡滑动面临界深度的损伤模型。分析表明,冻融循环后,随含水率和冻融循环次数的增加,边坡滑动破坏的临界深度值逐渐减小,经对试验数据拟合提出的临界深度随冻融循环损伤模型,可为季节冰冻区的边坡设计提供参考。     

冻融循环作用下路基土回弹模量试验研究

为研究季节冻土地区冻融循环作用对路基土回弹模量的影响,以2种路基土作为研究对象,通过风干和加湿的方法,使高50mm、直径为50mm无侧限圆柱体试件达到5种预期含水率;采用承载板法进行回弹模量试验,分析了路基土在0～12次冻融循环作用下,回弹模量随冻融循环次数变化的规律.结果表明:随着冻融循环次数的增加,土体的回弹模量减小,到第6次冻融循环后土体回弹模量衰减基本稳定.在进行季节冻土地区路面设计时,应考虑冻融循环作用对路基土的影响,建议选取第6次冻融循环后的土体回弹模量作为路基强度设计值.     

冻融过程对景电灌区草窝滩盆地土壤水盐动态的影响

景电灌区为干寒气候,蒸发强烈,季节冻土发育,土壤地下水位以上非饱和带毛细作用发育,在地表蒸发作用下,通过毛细作用,地下水不断地向地表运动,导致大量盐分到达地表.虽然蒸发作用下的毛细水运动在土壤水分垂直运动中占绝对优势,但自上而下的季节冻结和融化过程对土壤中水盐重分布的影响也起着重要的作用.基于冻融作用对水盐迁移驱动力和土壤结构等参数的影响,分析了冻融作用下水盐重分布的综合特征.     

土壤冻融条件下的陆面过程研究综述

冻土是全球中高纬地区和高山地带普遍存在的自然现象,它对全球以及区域性气候、水循环、水平衡等都有着巨大的影响,土壤冻融条件下的陆面过程正是这种影响的重要环节,介绍了土壤冻融条件下陆面过程的研究现状,特别是在大气环流模型(GCM)中引入水文陆面模型以来陆面过程研究的迅猛发展,对现在国际上正在进行的考虑冻土的陆面过程研究项目,如陆面过程参数化比较计划的第二阶段第五期PILPS(2E)以及美国NASA的寒区陆面过程实地试验计划也进行了介绍,并在此基础上对土壤冻融条件下陆面过程的发展趋势进行了分析.     

祁连山区黑河流域季节冻土时空变化研究

季节冻土的时空变化对地—气水热交换、地表能量平衡、地表水文过程、生态系统及碳循环等有着非常重要的影响.利用黑河流域11个气象站40多年的气温数据和5 cm深度处的土壤温度数据,建立了月平均气温与土壤冻结天数之间的关系.同时应用月平均气温与冻结天数的相关关系和5 km网格化月平均气温及30 m分辨率的DEM数据,编制了黑河流域逐月季节冻土分布图,并按其空间分布特征,将逐月地表冻融状态划分为:完全冻结、不完全冻结和不冻结3种.系统研究了黑河流域2000-2009年逐月季节冻土分布及冻结概率的时空变化特征.在季节分配上,黑河流域完全冻结面积最大值出现在1月;不完全冻结面积最大值在11月;而不冻结面积最大值在6月和7月.在年际变化上,完全冻结状态的离差值在冷季变化大,暖季变化小;不完全冻结状态在一年的回暖期和降温初期,年际变化较大;不冻结状态分别在4月和10月变化较大.冻结概率在1月达到最大值,6月和7月降低到最小值.在空间分布上,黑河流域季节冻土的逐月分布与变化和冻结概率主要受海拔高度控制,纬度的影响次之.     

硬壳覆盖条件下土壤冻融期水盐运动规律研究

采用大田试验,研究了水泥硬壳覆盖后冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律,采用室内土柱试验,研究了冻融交替时期土壤中的水盐运动规律,试验表明,土壤水泥硬壳覆盖后土壤的冻结时间减少,冻结深度变浅;明显抑制土壤水分的无效蒸发;明显抑制土壤在融冻时期的土壤返盐,同时由于“冻层滞水”在春季的融化,有淋洗表层土壤盐分的作用,使土壤表层脱盐,土柱脱融试验进一步说明,土壤经冻融过程后,土壤中的水盐发生了重新分布。