不同温湿冻融循环条件下粉土剪切特性试验研究

为了探究不同温湿条件下冻融循环作用对压实粉土剪切特性的影响,以郑州黄泛区粉土为研究对象,在-5～5℃和-15～15℃温度幅值冻融循环条件下,对含水率为6.0%、10.0%、14.0%、18.0%以及饱和含水率下的压实粉土试样进行冻融循环,并进行剪切特性试验及微观结构分析。结果表明：冻融循环过程中,压实粉土颗粒间的接触方式、排列组合和孔隙特征发生改变,抗剪强度呈先降低后逐渐趋于稳定趋势;由于土中水发生相变和颗粒间作用力发生变化,土样含水率越大,冻融温度幅值对土样剪切强度及其强度参数衰减作用越明显;相同温度幅值条件下,由于颗粒面胶结以及孔隙间水膜润滑的综合作用,冻融循环过程中压实粉土含水率越高,抗剪强度及黏聚力衰减比例越小,内摩擦角衰减比例越大。     

基于荧光素和图像追踪技术的冻融循环作用下土体水汽迁移量测装置系统研究

寒区高铁路基中粗颗粒填料水汽迁移可能是路基冻胀变形的来源,直观追踪冻融循环作用下土体水汽迁移过程,有助于研究水分迁移规律,为冻胀机理提供理论依据.基于此,提出采用荧光素示踪和图像处理技术方法,直观观测土体中水汽迁移的规律.首先开展荧光素示踪、蒸发试验及图像处理技术的研究,证明示踪剂可实现冻结锋面及外界液态水迁移的追踪;...     

冻融循环条件下粗砂岩物理力学性质变化规律

岩体经受自然冻融循环过程后,其物理力学性质的劣化是引起岩石工程灾害的主要原因。借助于MTS815液伺服岩石试验系统对经历不同冻融循环次数的粗砂岩进行三轴压缩试验,研究经历不同冻融循环次数后岩石在不同围压下的强度和变形特性,分析冻融循环次数和围压对岩石强度和变形的影响规律。研究结果表明,在冻融循环次数一定的条件下,随着围压的增加,岩石的三轴抗压强度、弹性模量和峰值轴向应变逐渐增加,表明粗砂岩的破坏逐渐由脆性破坏向塑形破坏变化;在围压相同的情况下,随着冻融循环次数的增加,岩石的三轴抗压强度、弹性模量逐渐减小,峰值应力对应的轴向应变逐渐增加;随着冻融循环次数的增加,粗砂岩的黏聚力均呈指数衰减形式降低,内摩擦角变化很小。      

长期冻融循环引起黄土强度劣化的试验研究

以陕西杨凌地区黄土为研究对象,进行了不同含水率、不同干密度的黄土在不同冻融循环次数作用下的直剪试验,探索出进行黄土反复冻融循环试验的方法和控制标准,探讨了封闭系统下黄土在反复冻融循环作用下的抗剪强度劣化特性规律。试验结果表明:黄土在反复冻融循环作用下,表面破坏比较严重;随着冻融次数的增加,黄土的黏聚力先减小后增大,最低值发生在10次冻融循环之内;内摩擦角基本不变;反复冻融循环作用在3~5次对黄土强度有较大的影响,会导致黄土强度的劣化现象发生,但长期冻融作用则会主要体现在对黄土表面的变形破坏等其他方面。     

冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响

为研究季节冻土地区冻融作用对道路边坡土体抗剪性能的影响规律,在不同冻结和融化温度、不同冻融循环次数、开放和封闭体系条件下对冻融饱和原状粉黏土试样进行了不固结、不排水剪切试验。试验结果表明:饱和原状粉质黏土冻融后,黏聚力降低,内摩擦角增大,冻结温度越低,冻融作用对黏聚力和内摩擦角的影响越小,随着冻融循环次数的增加,5～7次冻结循环后二者的变化逐渐趋于稳定。水分补给会强化冻融作用对试验土抗剪性能的影响;融化温度对试验土的抗剪性能影响很小。     

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.     

藏北高寒草地土壤冻融循环过程及水热分布特征

利用活动层土壤剖面的温度、水分观测资料,系统研究了藏北高寒草地多年冻土活动层土壤的冻融过程及其水热分布特征。研究表明:1.土壤剖面温度随气温发生周期性波动,具有明显的滞后效应,且随深度增加变幅减小;2.土壤剖面完全冻结天数为109~123 d,日冻融循环主要发生在表层(0~10 cm)土层中,冻融过程可分为不稳定冻结期、完全冻结期、不稳定消融期、和消融期4个阶段;3.受冻融作用影响,土壤含水量呈现"凹"型变化,变化趋势与土壤温度有较好的一致性;4.冻融作用有利于维持藏北高寒草地土壤水分,在季节转换,生态系统碳、氮循环中具有重要作用。     

藏北高寒草原土壤温度变化与冻融特征

冻融是藏北高寒区重要的自然环境特征和表生过程,冻融过程中土壤水分和热量迁移及其温湿度的时空分布特征对生态系统具有重要的意义。利用青藏高原申扎站高分辨土壤温度数据资料,对土壤温度不同时间尺度的变化特征,特别是冻融过程中土壤温度日和季节尺度变化特征进行分析。结果表明:观测期内,日尺度和月尺度上气温与土壤温度整体变化趋势具有一致性,但土壤温度变化相对缓和,且随着深度的增加,这种平缓趋势和时滞愈加明显;土壤温度冬春季变幅剧烈,反应了冻融过程对土壤温度的显著调节作用;小时尺度上,土壤温度昼夜变化过程大致呈现正弦波型,随深度增加,振幅减小,峰谷变化相位滞后延长。研究可为该区域生态、土壤、植被、微气候、微地貌等地表原位地理环境过程研究提供相关依据。     

Study of polluted soil remediation based on freezing and thawing cycles

It is generally known that soil pollution poses a terrible hazard to the environment, but the present techniques of contaminated soil remediation cannot control this growing threat. This paper compares the pollutant extraction efficiency of traditional pumping and treating, which is a typical washing technology for the remediation of contaminated soils, with methods that utilize freeze-thaw cycles. In the soil freezing process, water shifts from unfrozen soils to the freezing front, and the permeability of soil will be enhanced under certain temperature gradients and water conditions. Therefore, this paper discusses the purification of contaminated soil through freeze-thaw action. We conducted a cleansing experiment on clay and silica sand infused with NaCl（simulation of heavy metals） and found that the efficiency of purification was enhanced remarkably in the latter by the freeze-thaw action. To assess the effective extraction of DNAPLs in soil, we conducted an experiment on suction by freezing, predicated on the different freezing points of moisture and pollutants. We found that the permeability coefficient was significantly increased by the freezing-thawing action, enabling the DNAPL contaminants to be extracted selectively and effectively.     

青藏高原地表冻融循环与植被返青期的变化趋势及其气候响应特征

青藏高原特殊的地理环境使其对全球气候变化十分敏感,所以研究其地表冻融循环和植被返青期的时空动态对于回顾和预测青藏高原对全球气候变化的响应具有重要意义。本文通过利用双指标地表冻融状态识别算法和被动微波亮温数据(SMMR、SSMI和SSMIS)来获取青藏高原长时间序列(1982年—2013年)逐日地表冻融状态,通过对GIMMS全球植被指数数据产品进行NDVI的滤波重建和返青期提取来获取青藏高原植被长时间序列(年份)的返青期;并且分析了地表冻融循环和植被返青期的变化趋势、相互关系及对青藏高原气候变化的响应特征。总体来看,在空间上,青藏高原的地表冻结集中发生在10月30日至次年4月2日,平均地表融化首日集中在5月12—27日,平均植被返青期集中在5月19—29日。植被返青期平均发生在地表融化首日后的3.94±5.58日,两者具有显著的相关关系(R=0.51,P=0.003)。青藏高原的地表融化首日和植被返青期在1982年—2013年间经历了推迟、提前再推迟的3个过程,融化时间和返青期在1982年—1987年分别以1.93±1.81 d/a和0.28±1.01 d/a的速度推迟;在1987年—2006年分别以0.67±0.20 d/a和0.13±0.16 d/a的速度提前;在2006年—2013年分别以0.97±0.84 d/a和1.04±0.52 d/a的速度推迟。中国气象局布设在青藏高原的CMA气象站的温度数据表明,高原的春季地表0 cm土壤温度呈持续上升的趋势,而植被返青期和地表融化首日并未持续提前,这可能是由几十年来高原不同地区降水等其他环境因素变化的差异造成。同时在气温持续升高期间,植被返青期的返青温度阈值也不断具有上升的趋势(R=0.72,P0.001),这可能与植被适应气候变化的自身调节能力有关。