探地雷达在沙漠研究中的应用

目前国内外开展的沙丘形成机理、发育过程的研究多依靠短期的风沙观测分析, 或者对浅层内部构造的取样分析。对于这些研究手段, 难以从三维空间角度对其内部整体构造加以研究, 从而也难以对形成机理、发展变化过程有一个全面的认识。我们利用现代技术在国内率先应用探地雷达开展有关沙丘内部构造和下部古地形的研究工作。研究结果揭示了三垄沙南段的成因主要由风成作用形成, 而与下伏地形无关, 由其内部构造可见三垄沙的形成为典型的在地势平缓地区, 单风向为主作用下形成的新月形沙丘。沙丘的整个内部结构可分为三个区域, 反映了其不同部位的结构特征。同时该研究成果显示应用探地雷达开展有关沙漠内部结构研究是一条非常有效的新途径。     

冻土位移的散斑照相测量

针对冻土受力变形的特性，给出了白光散斑照相，激光散射照相和激光显微散照相技术相结合测量冻土位移的方法，分析讨论了各种散斑照相的测量范围，对冻土弹性变形范围内的位移测量实验表明，这是一种有效的测量手段。     

通风路基通风管管内空气流动特性研究

基于青藏高速公路试验工程的实测资料,利用数值模拟系统分析了通风路基通风管内的空气流动特性和变化规律.研究表明,当外界环境风速一定时,通风管内不同区域流动特征显著不同,表现为较为明显的三段性：在入口扰动区段,管内空气紊流强度最大;中部为完全湍流区,紊流强度最弱;出口射流影响区的紊流强度介于入口扰动区和完全湍流区之间.随着外界环境风速的增加,管内空气流速相对环境风速增加的量值随之增加,总体呈现非线性快速增加的趋势;入口扰动响应的长度和紊流强度增加最显著;尾部射流影响区由于受到空气流动惯性等因素影响,其长度以非线性加速减小,其空气运动轨迹的振动幅度以非线性加速提高.管内各区域空气流动特性的不同是造成通风管不同部位局部换热量差异的根本原因,这些流动特性的存在进一步叠加,或是导致通风管路基阴阳坡效应的重要因素之一.     

多年冻土区路基边坡遮阳板降温过程试验研究

基于室内的系统试验,试验条件下研究发现遮阳板对热辐射的遮挡是有效避免路基坡面升温主要的因素;遮阳板下空气对流换热可及时带走遮阳板本身及遮阳板辐射产生的热量,这是避免坡面升温的重要补充;遮阳板下空气的有效流动,可以将坡面温度保持在较一般地表温度更低的水平上.由于遮阳板对下部空气层的限制作用,在遮阳板下产生“烟囱效应”,由此使得遮阳板下的空气流速得以大幅提高.青藏公路遮阳板试验段观测资料证明,通过遮阳板在路基边坡的实施,可以降低整个坡面年平均温度约3.2℃,并较天然地表低约1.5℃.     

不同升温模式下冻土地区装配式基础热稳定性研究

以IPCC SRES A2、A1B、B1三种气候变化模式为基础,利用数值方法研究了青藏直流联网工程冻土区装配式基础的冻融过程以及活动层、融化深度、地温的变化规律.结果表明：工程扰动和气候变暖改变了冻土的热状态,促进了冻土退化,均为影响基础长期稳定性的重要因素,其中混凝土桩基的强化导热作用加剧了冻融过程,气候升温导致活动层厚度增加,土层温度升高;随着深度的增加,冻土响应减弱,冻土温度变化幅度越小;在三种升温模式下50年后融化深度分别达到3.12m、5.07m和6.02m,而同期天然场地活动层厚度为2.07m、4.37 m、5.62 m,说明冻土对不同升温模式的响应程度不同,且中心冻土在气候变暖和工程扰动双重影响下退化更快;从第10年到第50年,这三种模式下桩基中心融化速率分别为1.5 cm·α-1,6.2 cm·α-1,8.6 cm·α-1,即随着升温速率的增加,土层融化深度增加,冻土退化速度加快;低升温率时冻土变化主要受工程作用,而在较高升温模式下冻土退化则主要受气候变暖的影响.     

块石路基对流特性实验研究

利用块石层调控冻土路基地温是冻土工程主动冷却路基的一种重要措施,并在青藏铁路重大工程建设中得到广泛应用.通过块石层中空气流动特性的深入研究,对其结构优化和效能提升具有重要意义,而不同温差条件下块石层中空气的流动特性,以及微风速的实际测定一直是其中亟待解决的问题.通过高精度微风速探测,首次获得封闭条件下块石层的空气流动特征.结果表明:在边界温度波动条件下,块石层内的降温过程与其内部自然对流过程密切相关,在对流作用下快速完成降温过程;升温过程则在相对较长时段内主要由内部的热传导换热完成,由此导致温度变化曲线非对称这一特殊现象的出现,并随深度增加而愈加明显.块石层上下端面的温差是对流发生及强度的关键控制因素,当温差达到一定量值时流速随温差的增加而加大,同时空气温度的变化也会对空气流动过程产生影响;块石层内整个空气流动过程是一个传递过程,也是热量传递的过程.该实验研究结果将对该种工程措施机理的进一步认识和改进、相关模拟计算参数的选取,以及在冻土区高等级公路等重大工程建设中的进一步有效应用均具有重要意义.