基于HUBEX试验资料的土壤水时空分布模拟

利用全球能量与水循环（ＧＥＷＥＸ）亚洲季风试验（ＧＡＭＥ）区淮河流域试验（ＨＵＢＥＸ）１９９８年观测数据,在构建数字流域的基础上,运用新安江模型时ＨＵＢＥＸ水强化观测区－史灌河流域的水过程进行模拟,不仅检验了流域出口断面的流量过程,而且检验了土壤水状态变量的时空变化过程。结果表明,新安江模型中表达土壤湿度指标的土壤蓄水量计算值能够反映土壤水分的时空变化过程,这从一个侧面证明了新安江模型土壤湿度     

冻土蠕变模拟实验的相似条件

从线性粘弹性理论出发，在满足Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ叠加原理的情况下，给出了模型实验应满足的一般相似条件，由此出发，进一步讨论了冻土蠕变模拟实验的相似条件，得出了由模型实验结果计算原型应力、应变及位移的公式。     

土壤水全时空调控的初步探讨

农业是第一用水大户,有利利用土壤是实现黑龙港地区农业可持续发展的关键,本文分析了黑龙港地区主要作物需水与降水的关系,建立了作物生长条件包气带流动系统的概念,并以此为基础提出了土壤水全时空调控的概念,探讨了土壤水全时空调控的涵义与措施,指出土壤水调控是一系统工程,必须多种措施有机结合,简单介绍了王瞳试验场开展的田间土壤水调控试验成果。     

秸秆覆盖条件下土壤水热盐耦合运动规律模拟研究进展

分别从等温和非等温水盐动态模拟以及覆盖边界层三个方面,以秸秆覆盖条件下土壤水、热、盐耦合运动规律模拟研究为重点,介绍了50年代以来土壤水热盐数学模拟的研究成果,并简要论述了有关模型的特点及今后的发展方向.     

正冻土水热迁移的移动泵模型

通过引入脉冲函数将流量边界条件转化为源（汇）项,冻结锋面处的假想泵从未冻土中抽吸水分并储存在冻结锋面附近的狭窄区域.将水分扩散方程在整体求解域上等效分解为两个方程,避免了处理移动冻融边界的难题.在一个分解方程中引入汇项以表达未冻区水分的流出,在另一个分解方程中引入相同大小的源项以表达冻土中水分的聚集.将移动泵模型相关场方程和变量输入COMSOL Multiphysics模拟软件的数学模块中,对一个封闭系统非饱和土冻结过程中水分和温度的变化过程进行了数值模拟,将模拟结果与前人试验和模拟结果进行了对比.     

陆域冻土区天然气水合物多波地震数值模拟研究

多波地震勘探技术能够同时获得纵波和转换波资料,与常规的纵波勘探相比,能够提供更多的地下介质信息。且转换波对于埋深较浅的小断层、小幅度构造有更高的分辨率,充分利用多分量地震资料可以有效的提高地震勘探的精度。本文将多波地震技术引入到陆域冻土区天然气水合物勘探中,对陆域冻土区水合物进行多波地震数值模拟研究。采用弹性波有限差分方法进行多分量正演模拟,利用仿射坐标转换法将原始的多分量地震数据进行纵横波叠前分离,并通过多波高斯束偏移方法分别对波场分离后的PP波和转换PS波进行叠前深度偏移成像。根据我国祁连山冻土区水合物实际地震地质资料,建立逼近真实地质情况的天然气水合物数值模型。对上述水合物模型进行多波地震数值试算表明,多波地震勘探技术是一种有效的陆域冻土区水合物探测方法,充分利用多波地震资料有利于查明陆域冻土区水合物精细的地质构造,取得更好的勘探效果。     

不同温度及排水条件下高温冻土孔隙水压力试验研究

在荷载的作用下孔隙水压力的消散是揭示冻土整体变形机理的关键,为了研究高温冻土中孔隙水压力变化规律,在不同温度、不同排水条件下,对高温冻土开展了压缩固结试验,并监测其在-1℃、-0.5℃和-0.3℃的条件下孔隙水压力及位移变化情况。结果表明：温度对孔压、变形有较大影响,温度越高,土体的变形速率越大,孔隙水压力峰值越大,消散速率也越快;而温度相同时,排水条件下的孔压峰值比不排水条件下的低,位移比不排水条件下的大;从试验结果中可以认识到,孔隙水压力在受骨架挤压增大的同时也在缓慢消散。     

截齿滚动掘进冻土过程的影响因素数值模拟研究

为了解决竖井冻土开挖难度大、人工挖掘效率低的问题,研究发明了一种新型重力式竖井掘进机,该掘进机利用截齿连续滚动向下、行走式掘进冻土,在竖井冻土掘进中具有较好的适应性,而截齿侵入深度是影响掘进冻土效率的重要因素。先采用三维软件建模,通过霍普金森压杆冲击试验,结合HJC压缩损伤模型原始参数,优化得到冻土本构模型参数;再利用有限元分析软件耦合,模拟截齿在不同侵入深度下滚动掘进冻土,得到冻土在不同凹陷破坏深度下的截齿三向力、冻土应力和应变的变化规律,便于直观研究截齿掘进冻土过程,寻求最优截齿侵入深度。仿真结果表明：随着截齿侵入深度增加,截齿三向力变大,冻土凹陷面积扩大,冻土应力向下无边界扩展递减;冻土与截齿接触区域应力、应变最大,远离截齿作用时冻土区域的应力、应变逐渐递减,其变化规律与截齿连续滚动掘进冻土特征相关;当冻土单轴抗压强度为9 MPa时,截齿滚动掘进冻土过程存在最优截齿侵入深度,为4 cm,此时冻土破坏特征明显,截齿滚动掘进冻土效率最高且能耗低。     

含水层渗透系数空间变异性对地下水数值模拟的影响

地下水数值模拟是目前定量研究地下水水量和水质的重要手段。使用基于随机理论的MonteCarlo方法来进行地下水数值模拟。这种方法能较好地考虑水文地质参数的空间变异性。主要将MonteCarlo方法和确定性模型模拟方法的模拟结果在渗透系数场、水头场、速度场和浓度场等方面进行了比较。结果表明:在模拟三维非均质含水层中的溶质运移问题时,充分考虑了含水层渗透系数空间变异性的MonteCarlo法比确定性方法更为有效,模拟精度提高了很多,且对模拟误差及误差来源有合理的数学解释。     

冻土未冻水含量与压力关系的实验研究

结合核磁共振仪,利用自行设计的机械加压装置,包括非金属材料制成的耐压试管,确定了冻土对应不同压力和温度的未冻水含量,并计算了相应压力下冻土的冻结温度．实验温度范围为０～－２０℃,压力范围为０～４０ＭＰａ．结果表明,冻结温度随压力增大而呈线性降低;对应不同温度的未冻水含量随压力的增大而增大．     

冻融过程中土体水热力耦合作用理论和模型研究进展

随着冻土地区基础设施建设加快,冻害已成为寒区工程建设中迫切需要解决的问题.造成冻害现象的主要原因是土体的冻胀和融沉,而冻融过程受控于土体温度场、水分场、应力场及其变化规律.深入开展水热力耦合作用机理的研究对解决实际工程冻害问题具有重要的指导意义.对国内外在水热力耦合作用机理、耦合作用方程方面的研究进行了综评,指出了各种研究结果之间差异、不同冻胀模式建立的依据、研究方法以及适用条件,分析了目前冻融过程中土体水热力耦合作用理论和模型研究中存在的问题,提出了今后研究发展的方向.     

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。     

养分含量对土壤冻融特征曲线的影响

土壤冻融特征曲线是反映土壤冻融过程中的水、热、盐迁移规律以及冻土强度、冻土的热性质的重要参数. 为了研究土壤冻融过程中土壤养分的迁移规律, 采用核磁共振法对加入不同浓度的硫酸铵溶液、磷酸二氢钾溶液和氯化钾溶液的土样的冻融特征曲线进行了测定和分析. 结果表明磷酸二氢钾溶液对土壤的冻融特征曲线影响不明显, 氯化钾溶液的影响最明显, 硫酸铵溶液的影响次之. 加入氯化钾溶液的部分试样, 以及加入硫酸铵溶液的部分试样的冻融特征曲线出现了二次突变点. 滞后现象普遍存在于各个试样的冻融特征曲线中, 滞后明显区间所处的温度范围随所加入的溶液浓度的增高而降低. 当加入试样的溶液浓度相同时, 加入氯化钾溶液的滞后明显区间所处的温度范围最低, 加入硫酸铵溶液的次之, 加入磷酸二氢钾溶液的最高.     

冻融过程对黑土水稳性团聚体含量影响

以黑土为试验材料,通过室内模拟试验,研究了冻融过程中含水量、温度、循环次数等因素对黑土团聚体稳定性的影响.结果表明:田间持水量(40%)时的冻融过程增强团聚体稳定性,含水量过高或过低均破碎团聚体,特别是高含水量(70%);冻结温度对团聚体稳定性也有显著影响,含水量条件是适宜冻结温度的先决条件;随冻融循环次数增加(1次、7次和14次)各级团聚体含量(>0.5mm)、团聚体总量和平均重量直径降低.在此基础上,针对含水量对团聚体稳定性效应的研究争议,提出冻融过程团聚体稳定性的土壤水气矛盾统一体假设.建议在黑土冻结前,调节土壤含水量至田间持水量,从而保持和改善土壤物理结构.     

冻融循环作用下细粒土抗剪强度特性试验研究

细粒土在季节变化条件下的冻融循环造成了其物理力学性质的改变,给实际工程施工带来危害.通过室内均匀正交试验设计,对不同含水量、密实度、易溶盐含量和粘粒含量的细粒土进行冻融循环试验,研究了不同状态下细粒土在冻融循环作用下抗剪强度的变化规律;运用PPR对试验结果进行分析,得出试验各因素对细粒土抗剪强度指标C、Φ值影响变化的重要性排序.     

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。     

季节性冻融期土壤入渗试验综述

2004～2005年山西省水文水资源勘测局太谷均衡实验站和太原理工大学合作进行了《不同地表条件下季节性冻融土壤入渗特性的试验研究》。详细地介绍了此项目研究的意义、研究的现状、研究的内容、野外试验方案及研究结果,并对研究结果进行了述评。     

冻融作用对地气系统能量交换的影响分析

通过对温度波在地层内传播过程问题的分析研究, 讨论土在冻结和融化过程对地气系统能量交换的影响, 并以亚粘土为例应用近似方法计算了在冻结和融化过程地气系统能量交换和地温变化特征, 同时将相同条件下发生冻融作用与不发生冻融作用情况地气系统热交换量进行了比较. 结果表明, 冻融作用使地气系统热交换加强, 同时吸热和放热的过程也发生了改变.     

冻融作用对地气系统能量交换的影响分析

通过对温度波在地层内传播过程问题的分析研究, 讨论土在冻结和融化过程对地气系统能量交换的影响, 并以亚粘土为例应用近似方法计算了在冻结和融化过程地气系统能量交换和地温变化特征, 同时将相同条件下发生冻融作用与不发生冻融作用情况地气系统热交换量进行了比较. 结果表明, 冻融作用使地气系统热交换加强, 同时吸热和放热的过程也发生了改变.     

黄土高原砂壤土冻融过程的观测和模拟

针对黄土高原冬季陆面过程,使用兰州皋兰地区冬季观测资料和水热耦合模式(SHAW),进行了观测资料和数值模拟分析.结果表明:冬季,黄土高原地区入射的太阳辐射较小,降水稀少,空气干燥,12月、 1月及2月的月平均气温均低于0℃,净辐射很小,积/融雪期间,净辐射出现了负值.地表能量分配中感热潜热都很小,但感热相对潜热占主要地位,在无降水时期日平均潜热通量几乎都在10W·m-2以下.水热耦合模式对地表能量中短波净辐射和长波净辐射模拟较好,感热通量和潜热通量的模拟存在一定的偏差.模式对浅层30cm和40cm土壤温度及土壤湿度模拟较为成功,模拟值对观测值的相关性较高,相关系数均达到0.87以上.土壤温度模拟偏高,土壤湿度的模拟稍偏低.