冰层回转钻进钻头切削具温度理论计算分析

极地冰盖底部暖冰层冰的脆性小而粘弹性大,且温度和压力较高,可钻性差。回转钻进时产生的切削热量极易使冰屑处于熔融或半融状态,致使冰屑相互聚结成团,甚至会在钻具局部位置再次冻结,导致孔内事故频发。为了解冰层回转钻进时切削具的温度变化规律,本文对切削具的受力特性和传热规律进行了理论研究,建立了钻井液循环条件下切削具温度计算理论模型,对切削具的温度变化及影响因素进行了深入分析。结果表明,回转速度、切削深度、冰与切削具间的摩擦系数、切削具刃前角及冰的抗剪强度等参数对切削温度均有重要影响,而低温钻井液虽有良好的冷却、降温效果,但仍可使切削具温度升温2～5 ℃,为暖冰层钻进带来不利影响,需深入优化钻进参数组合。     

新疆阿尔泰山圆叶桦空间分布对温度变化的响应

阿尔泰山圆叶桦由于生长周期短、对气候变化反应灵敏,具有典型的指示意义.以长时间序列遥感数据为基础,借助GIS技术和分形插值方法,研究近24 a来阿尔泰山圆叶桦的空间分布对温度变化的响应,结果表明：近24 a来阿尔泰山气温上升速率为0.18℃·（10a）^-1,圆叶桦面积增速达7.28%,圆叶桦随随温度上升呈显著增长,且温度上升速率越大,圆叶桦面积增长越快;圆叶桦分布的平均海拔随温度升高呈上升趋势,温度上升不仅促进了圆叶桦面积的扩大,还抬高了圆叶桦分布的平均海拔,且温度变化对海拔较高区域的植被生长影响力较大;各坡向圆叶桦面积随温度的上升均有所增加,温度上升对阳坡圆叶桦影响显著,对阴坡圆叶桦影响微弱.     

温度对黄土热参数影响的试验研究

黄土的热参数是黄土冻融灾害成因机制研究及热工计算中的重要指标,而温度对黄土的热参数具有一定的影响。对不同含水率、不同干密度的原状黄土试样,采用Test Protocol Hot Disk TPS 2500S型热常数分析仪,在不同温度下开展热参数试验,探讨黄土的热参数随温度的变化规律。研究结果表明:随着温度的降低,试样的导热系数变化曲线大致可分为缓慢增大、迅速增大和基本稳定3个阶段;比热容随温度的降低先增大后减小,最后趋于稳定;热扩散系数则随温度的降低先减小后增大,当温度低于-20℃时保持基本稳定;含水率越大,温度对试样热参数的影响越显著。土体处于未冻结和冻结两种状态下的热参数相差较大。干密度主要通过土体内部矿物质和自由水的含量对热参数产生影响。在黄土冻融灾害成因机制研究和热工计算中,可根据土体温度、含水率和干密度的变化动态选择热参数,而判断土体是否处于冻结状态是确定热参数的关键。     

土的冻结温度与过冷温度试验研究

通过不同降温条件的冻结试验,明确了土中出现过冷的条件。当环境温度高于土的最低过冷温度时,土表现出稳定的过冷状态;当环境温度低于最低过冷温度时,边界出现短暂过冷,而土样内部不出现过冷。通过分级降温的方法测定了不同含水率的粉质黏土和细砂以及不同NaCl浓度的粉质黏土的冻结温度和最低过冷温度。当含水率等于或高于饱和含水率时,含水率对冻结温度影响不大;当含水率低于饱和含水率时,冻结温度随含水率减小而降低;不同含水率土样的最低过冷温度相差不大;冻结温度降低随NaCl浓度增大的比例系数与理想稀溶液中水的凝固点降低系数非常接近。结合稳定冻结时间、冻结温度、环境温度或最低过冷温度引入了能间接反映自由水含量的指标。     

温度和有效应力对砂岩渗透性影响的试验研究

为探讨温度和有效应力对渗透性的影响,在不同温度水平和不同有效应力水平下进行了砂岩的渗透率试验。根据试验结果,初步分析了温度和有效应力对砂岩渗透率及其水力传导系数的影响。试验结果表明,砂岩的渗透率及其水力传导系数都是温度和有效应力的函数:在温度一定的条件下,砂岩的渗透率和水力传导系数均随有效应力的增加而呈负指数规律减小;在有效应力一定的条件下,砂岩的渗透率随温度的升高而减小,但水力传导系数与温度之间的关系函数并非单调函数。因此,在工程实践中不考虑温度和有效应力对岩石 (体)渗透性的影响是不合适的。     

西北地区典型夯土遗址温度时空变化规律研究

温度是露天保存的夯土遗址由病害发育到整体消亡长期过程中的重要影响因素,遗址体内部温度的时空分布以及对环境气温的响应规律则更对其劣化形式与进程具有关键性的控制作用。研究对3处位于西北不同气候分区的典型夯土遗址的四季环境温度及其断面内部温度的日际变化进行实时监测与分析。结果表明遗址断面内部各监测点温度均随环境温度的变化而变化,其环境温度及断面内部监测点日际温度随时间的变化均可分为两个降温阶段和一个升温阶段,夏季与其余季节各温度变化阶段时长存在一定差异;更为重要的是在任何季节的每个温度变化阶段断面的温度变化范围及环境响应速率均具有纵向变化显著于横向变化的规律,而且春季的第2降温阶段的温度变化范围以及响应速率最为显著。     

不同气候条件下膨胀土路基中温度变化规律试验

用广西南友路(南宁-友谊关)宁明地段中等膨胀土和湖南常张路(常德-张家界)慈利地段弱膨胀土作路基填料,按90%的压实度填筑路基,在不同的排水、路基边坡坡度条件下,进行了8组膨胀土路基模型在积水、阴天、日照和降雨4种环境下的模拟试验,得出了膨胀土路基中温度的变化规律:①膨胀土路基中的温度与路基填料、路基土的压实度、排水边界条件和路基中的含水量等密切相关.②膨胀土路基在积水、阴天、日照和降雨4个阶段中,日照阶段对路基温度的变化影响为最大,温度升高最大值为5.5℃;其次是降雨,温度降低最大值为3.5℃;阴天影响最小,温度变化幅度在±0.5℃范围内.③路基中温度的变化与含水量的变化相对应.当含水量增大时,温度相对降低;当含水量降低时,温度相对升高.④大气影响深度为2.5～3m,在此范围内,越靠近膨胀土路基表面,温度变化幅度越大.     

宁波轻轨沿线不同深度土体温度变化规律观测研究

宁波轻轨1号线为该市第一轮规划首条线路,之前宁波缺少对本区城市不同深度的土体温度变化规律进行观测研究的相关资料。本文通过对宁波平原轻轨沿线不同地段的7处土体地温观测点研究,得到宁波平原不同深度土体温度的变化规律及地层的恒温层位置,并初略确定气温对土体温度影响的下限深度。观测结果表明:宁波平原地表以下5m范围内土体温度受气温影响很敏感,5m~10m影响不敏感,10m~25m影响很小,一般10m以下趋于稳定,土体温度范围为18.3℃~19.7℃之间,观测研究结果可为宁波轻轨车站和区间隧道设计时提供所需参数。     

盐渍土冻结温度的试验研究

冻结温度是判别土体是否处于冻结状态的指标,在人工冻结和数值模拟计算中影响冻结壁的厚度和计算精度.通过采用不同土体添加不同的盐分,对不同含水量和含盐量土体进行盐渍土的冻结温度试验,考虑了不同因素对土体冻结温度的影响.实验表明：不论何种土含有何种离子,土体的冻结温度随含盐量的增加而降低,随含水量的增加而增大;土中易溶盐的含...     

深厚表土静止土压力系数变化规律试验研究

深部土静止土压力的计算与预测是煤矿深井建设设计与施工中的理论与技术难题之一。深部原状土重塑后的高压静止土压力系数的实验研究与分析表明,深厚表土静止土压力系数与浅表土的静止土压力系数有较大差异,深井建设设计与施工技术中应考虑这种土压力的特殊性,以避免可能的工程事故及人财物的重大损失。     

丰满水库水温的原型观测及分析

为探究寒区冰封水库热状况的时空演变规律,于2010年6月~2011年8月对丰满水库的水温和冰情进行了原型观测。基于现场观测资料,阐述了丰满库区不同季节热结构的变化规律,重点分析了汛期洪水过程对分层结构的影响,并发现解冻初期水库表层浮力流动现象。同时,典型水温分层期1月和6月的坝前75~800m范围4条水温观测垂线基本一致,且同期电站下泄水温与坝前取水口对应高程平均水温差异较小,说明该水域范围内无三维水温效应。由于深层取水影响,丰满电站下泄水温过程较为稳定,但与坝址天然水温相比,5~7月、10~12月分别表现出月平均高达10.8℃、7.9℃的春夏低温水和秋冬高温水现象。此外,冰情监测结果表明,丰满水库冬季基本全库封冻,坝前最大冰厚约0.7m,且库区冰厚沿程出现不均匀分布的规律。     

水库静水结冰过程及冰盖热力变化的模拟试验研究

为研究水库水体结冰及冰盖热力变化规律,在恒温实验室中进行了不同水深、不同负气温条件下的静水结冰试验,对结冰历时、垂向温度分布、冰盖厚度等要素进行观测,研究静水条件下水深与气温对结冰过程、冰盖热力变化及水温、冰温分布的影响。试验表明:在静水条件下,气温是影响冰情的主要因素,冰盖厚度与累积小时负气温线性相关;水深对初冰开始时间有所影响,但对冰盖热力变化过程的影响不明显;冰盖生长过程中,冰内温度基本呈线性分布,冰温斜率随气温降低而增大;融冰期冰盖下水温分布基本保持不变。     

从第三极到北极： 湖冰研究进展

在全球气候变暖背景下, 第三极和北极地区的增温尤其明显, 冰冻圈对气候变化有着更为敏感的响应。湖冰作为冰冻圈的重要组成部分, 其变化不仅是气候的指示器, 同时也通过改变能量平衡、 大气环流、 辐射平衡等影响区域气候。通过对比不同观测手段及主要模型模拟方法在湖冰研究中的优缺点及适用性, 总结了第三极和北极湖冰变化的时空特征, 结果表明：第三极和北极地区湖冰均显示初冰日推迟、 消融日提前、 封冻期缩短的趋势; 第三极和北极地区湖冰厚度呈持续减少趋势; 未来湖冰的这些变化将更加显著。第三极和北极地区湖冰的变化主要受到气温的影响, 同时也受到风速、 湖泊理化性质的限制。在系统梳理第三极和北极地区湖冰变化的基础上, 总结了湖冰研究面临的问题和挑战, 为未来湖冰研究提供科学依据。     

2017 - 2018年冬季乌梁素海湖冰表面裂缝形态分析

在2017 - 2018年冬季使用无人机对乌梁素海湖冰的冰面裂缝进行了航拍, 采用改进的自适应阈值分割方法进行图像二值化处理, 提取了冰裂缝的密度和分形维数。分析结果显示： 在固定区域的冰裂缝分形维数在1.35 ~ 1.50间变化, 冰裂缝数量随时间增加, 其分形维数也随之线性增大; 在冰生长期间, 冰厚度与冰裂缝分形维数也呈现出明显的线性关系（相关系数R²=0.75）。冰面不同区域的冰裂缝密度和分形维数在0.017 ~ 0.079、 1.38 ~ 1.64间变化, 且两者之间存在显著的对数相关性（相关系数R²>0.96）, 不同日期航拍数据拟合结果近似相等, 说明冰裂缝密度越大, 对应的分形维数越大。作为表征冰面形态特征的一种物理指标, 建立得到的冰裂缝分形维数与冰厚、 裂缝密度的相关关系, 对未来利用冰面裂缝形态监测冰层的生消过程可提供科学的参考。     

Validation of a chrysophyte stomatocyst‐based cold‐season climate reconstruction from high‐Alpine Lake Silvaplana,Switzerland

For the reliable assessment of past climate variability, quantitative reconstructions of seasonal temperatures are required. Currently, reconstructions of cold‐season temperatures are scarce, because most biological proxies are biased towards the growing season. Here we test the potential of chrysophyte stomatocysts (or simply ‘cysts’; siliceous resting stages of the golden‐brown algae) as a proxy for cold‐season temperature. Climate reconstructions based on biological proxies are commonly constructed using transfer functions derived from calibration in space. However, the performance of these reconstructions is rarely tested by direct comparison with meteorological data due to limitations of sample resolution or chronological control. We compare a cyst‐based near‐annual reconstruction of ‘date of spring mixing’ from the varved sediments of Lake Silvaplana (Swiss Alps) spanning AD 1870–2004 with climate variables from the same period measured at the lake shore. The high correlation between cyst‐based ‘date of spring mixing’ and cold‐season temperature demonstrates the ability of chrysophyte cysts to archive cold‐season temperature variability. Lake eutrophication, which was extensive during the last 50 years, had no obvious effect on the cyst‐based reconstruction. This study underlines the high potential of chrysophyte cysts as a quantitative proxy for cold‐season climate reconstructions. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

植被作用下土质覆盖层渗透特性的现场试验

通过现场试验监测了3种不同覆盖层的内部水分运移过程,研究了不同植被对覆盖层防渗性能的影响。首先在室外自然环境中修建了3种覆盖层场地,分别是无植被裸土覆盖层、狗牙根草覆盖层（须根系植被）、香根草覆盖层（直根系植被）。在亚热带潮湿气候条件下培育一年,选择降雨量和蒸发量较大的7~9月份实时监测了3种覆盖层内部不同深度处的体积含水率和基质吸力。研究发现,香根草的存在使得覆盖层的渗透系数增大,从而减弱了覆盖层的防渗性能;相反,狗牙根草降低了覆盖层的渗透系数,从而增强了覆盖层的防渗性能。这主要是因为须根类根系（狗牙根草根系）和直根系（香根草根系）对土体中水分运移的影响不同。监测结果显示,在覆盖层较浅的位置（如5 cm深度处）土体内的含水率主要受降雨和蒸发的影响,有无根系对此处的含水率变化影响较小。在覆盖层深处（如50 cm处）,只有香根草覆盖层还受降雨和蒸发的影响,而狗牙根草覆盖层和裸土覆盖层深处含水率基本没有变化,这说明了香根草覆盖层根系影响了覆盖层深处,而狗牙根草根系只对覆盖层浅处有影响。     

Natural ring structures on the Baikal ice cover: Analysis of experimental data and mathematical modeling

Hydrophysical studies and mathematical modeling of ring structures during ice cover on Lake Baikal have shown that their existence at the stage of ice cover degradation is due to anticyclonic currents. Such currents can be generated as a result of local upwelling, which we associate with the rise of methane hydrates from the top layer of bottom sediments and their dissociation. Analysis of satellite images shows that the radii of ice rings range from 1300 to 2400 m, which is close to the baroclinic Rossby radius. The measured ice thicknesses in the area of the rings are in agreement with model calculations. Deep water renewal in Lake Baikal can also be associated with the rise of hydrates.     

基于NPP-VIIRS数据的喜马拉雅山北坡典型湖泊湖冰提取分析

现阶段使用遥感数据监测湖冰物候特征已成为主要的技术手段.NPP-VIIRS是一个较新的卫星数据,它具有空间分辨率较高、波段数多、重访周期短等优点,使用该数据提取湖冰信息是对该领域的一个有益补充.基于NPP-VIIRS数据利用阈值法对拉昂错、玛旁雍错、佩枯错、普莫雍错等典型湖泊进行湖冰提取.获得四个湖泊逐日的冻结百分比,...     

水力与热力耦合的开河判别准则

寒带河流在春季往往会由于水力和热力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为"武开河"。这一现象会导致冰坝形成,造成巨大的自然灾害。通过冰盖断裂机理的力学分析,耦合热力对冰盖材料性质的影响,提出了一种开河判别方法。应用黄河河曲段实测原型资料进行验证分析,结果表明该准则判定结果与实际相符,是一种行之有效的判别准则。     

秦岭区域性高山积雪事件变化特征分析

为了研究秦岭高山积雪事件变化特点,利用秦岭陕西境内32个国家气象站1980—2016年度共37年高山积雪观测记录,统计分析5个或者5个以上气象站连续积雪日数≥3 d的区域性高山积雪事件、5个或者5个以上气象站连续积雪日数≥20 d的区域性长时间高山积雪事件、5个或者5个以上气象站连续积雪日数≥60 d的区域性稳定高山积...