西藏纳木错流域冻土环境初步研究

利用在西藏纳木错流域念青唐古拉山北坡（NQN,海拔5 400 m）和西北保吉乡（BJ,海拔4 730 m）布设的两台带有四层土壤探头自动气象站(AWS)2005—2006年冬季10个月观测数据进行了统计分析。结果表明：观测期间NQN日及月平均气温均低于BJ,但变化幅度均小于BJ,土壤冻结时间比BJ长,两处的气温梯度为0.31℃/100 m。与安多月平均气温比较,推断NQN存在高山多年冻土。NQN大气—土壤及土壤内热传输速度快于BJ;冻结期内土壤中未冻水含量在0～-2.5℃时发生跃变且与土壤温度存在较好的线性关系;相同深度处NQN土未冻水含量较小。土壤温度日变化在0～40 cm深度处较明显,40cm深度以下变化很小,未冻水含量日变化在5 cm深度较明显,20 cm以下变化微弱。利用两观测点冻结深度（Df）与冻结积温（Tg）的良好相关建立模型,NQN为：Df n= 0.0016Tg+ 1.69,R2=0.9958;BJ为：Df b= 0.002 Tg+ 1.13,R2= 0.9424,并由此推断出两观测点最大季节冻结深度分别为1.69 m和1.13 m。     

水上振动沉管碎石桩施工关键技术应用

针对振动沉管碎石桩水上施工应用少、合适船机设备少、桩身质量控制难等问题,通过改造施工船机设备,优化关键技术参数和施工工艺,依托具体工程开展现场研究。采用三管式碎石桩船,研发了大开度活瓣钢桩靴,配置沉桩定位及视频监控系统实现施工过程的可视化;碎石添加采用干法填料、管身开孔润料、提升过程不留振的工艺,可顺利拔管成桩;采用皮带机供料、计量斗计量、提升斗运输的一体化加料工艺,碎石填料可精确控制。结果表明:通过将桩间距2.3 m 分别调整为桩间距2.4 m、排间距2.18 m 和桩间距2.1 m、排间距2.5 m,整个桩身分为三段,并控制平均拔管速度为1.5 m/min,充盈系数采用1.38,合理分批次加料、干法填料,两次留振时间分别控制在20 s和60 s等措施,经重型动力触探法检测,表层2 m 锤击数平均值为8.3,2 m 以下锤击数平均值为11.2,满足表层2 m 的碎石桩重型动力触探锤击数达到7击以上,2 m 以下贯入10 cm 锤击数不小于10击的设计要求。     

同水平完全疏干法在张马屯铁矿脉管式径流中的应用效果

张马屯铁矿为一夕卡岩型磁铁矿床,水文地质条件极其复杂,单一的防治水方法难以达到采矿生产的要求.在长期探索矿山防治水的基础上,采用同水平疏干法对张马屯铁矿地下水脉管式径流进行试验,取得了完全疏干的效果,为深井大水矿山探索出一条综合治理的途径.     

分子动力学模拟研究未冻水对冰晶体力学性质的影响

冰力学性质的研究在冻土工程、冰工程中都占据极其重要的地位,冰中未冻水含量的变化会导致冰整体性质随之改变。目前,在微观分子尺度上针对冰中未冻水含量控制因素方面的研究尚不充分。本研究通过分子动力学方法模拟了5种温度、3种应变速率、4种晶粒尺寸、3种升温速率下单晶冰与多晶冰的单轴拉伸与压缩试验,研究了不同影响因素下冰晶体力学性质及内部的微观结构变化,揭示了分子尺度上未冻水在冰晶体变形过程中的产生过程与变化规律,以及未冻水比例对冰晶体力学性质影响的内在机理。模拟结果显示,单晶冰力学性质与未冻水比例间的关系不显著,与冰晶体六元环结构的破损程度直接相关。此外,力学性质受温度、应变量、应变速率等多因素影响,且在拉伸和压缩过程中单晶冰均表现出明显脆性破坏,其强度随温度降低和应变速率加快而增强。相比之下,多晶冰力学性质与未冻水比例变化密切相关,且未冻水比例主要受温度、晶粒大小及其界面状态控制。而且,多晶冰对温度和应变速率更敏感,说明晶界处的结构变化对其力学性能起重要作用。与弹性变形不同,晶界滑移、晶粒旋转、非晶化和再结晶等过程主导多晶冰的塑性变形。     

羊庄盆地土壤水分变化规律研究

羊庄盆地地下水资源丰富,是枣庄市和滕州市的主要供水水源之一。该文采用中子法和烘干法相结合的监测方法,对羊庄盆地不同位置、不同深度和不同时间段的土壤水分进行了监测,分析了土壤水分在空间和时间上的变化规律;土壤水分监测为求取有关水文地质参数和地下水资源评价提供了基础性数据。     

量热法与测温法在冻土未冻水测试中的应用

冻土未冻水含量不但是评价冻土中水分迁移特性的重要指标,而且也是冻土热工计算中常用的参数。分别对量热法与测温法的原理进行分析,指出测温法原理中存在混淆温度概念的问题。量热法可以测定土样任一含水量任一负温条件下的未冻水含量,而测温法试验曲线中查得的数据仅是某一冻结起始温度对应的初始含水量,不能反映冻土中未冻水含量随温度的变化规律。选取2种细粒土料配置6种不同含水量土样进行了2种方法的对比试验和测温法中土的起始冻结温度的平行试验。试验结果表明,由测温法确定未冻水含量具有不可靠性。建议在试验条件允许的情况下,使用量热法进行冻土未冻水含量的检测。     

冻滴微物理过程的分档数值模拟试验研究

霰和冻滴是深对流降水的主要来源。由于二者密度差异造成的不同下落末速度必然会导致云微物理过程的变化以及降水时空分布的改变。我们在以色列特拉维夫大学二维轴对称对流云全分档模式的基础上,将水成物粒子从34档增加到40档,修改了霰和雪的密度,加入冻滴分档处理的微物理过程,发展了一个包括液滴、冰晶、雪、霰和冻滴更为详细的云微物理分档模式。利用改进后的模式模拟了一次理想的强对流天气过程,分析了改进模式与原模式模拟的云微物理量场以及水成物粒子的时空分布特征,模拟结果表明:（1）由于冻滴的产生,较大的下落末速度导致在云内-3℃至-8℃较早地出现了冻滴,并造成了大量的冰晶繁生。（2）冻滴形成前期,液态水中心区域位于垂直上升速度大值中心上方,形成液态水累积区;冻滴形成期,液态水累积区位于0℃层以上,雨滴冻结生成冻滴,霰与半径大于100 μm的液滴碰并生成冻滴;冻滴增长期,在垂直上升气流的支撑下,冻滴碰并过冷水增长,导致冻滴含量增大,液态水含量减小。因此,改进模式能较好的模拟冻滴的形成过程,可以将该分档处理的微物理方案耦合到三维WRF（Weather Research and Forecasting model）模式中,更深入地研究强雷暴风切变在冰雹生成过程中的作用。     

寒区桩基热稳定性研究进展

桩基础锚固长度大、埋置深,对地温场的扰动小、回冻快,在青藏高原多年冻土区被广泛使用。寒区桩基热稳定性研究是一个交叉面广、综合性较强的问题,它涉及到传热学、冻土学、桩基础的设计、桩-土相互作用等多方面的内容。在大量文献基础上,从现场试验、模型试验、理论计算等角度,对寒区桩基热稳定研究现状进行了总结和分析,文献研究表明：土体回冻过程受众多因素影响,而影响程度最大的是混凝土浇筑时的水化热释放;在全球变暖的情形下,未来50年青藏高原冻土退化严重,对桩基热稳定性构成威胁,需要采取相应的保护措施。     

冻结土壤介电常数混合模型机理研究

介电常数是微波辐射传输理论所需的最重要、最基本的参数。通过研究平均温度低于-4℃,组分中含有冰的土壤——冻结土壤,建立了一种适用于微波波段冻结土壤的介电常数混合模型。该模型考虑了土壤温度、微波频率、土壤质地以及其中未冻水含量的影响。模型使用一点法计算未冻水含量,引入Stern双电层理论计算冻结土壤未冻水的介电常数,引入Maxwell-Garnett介电常数混合理论、介电常数容积混合理论构建冻结土壤介电常数混合模型。模型计算结果与实测资料进行了详细的对比分析,冻结土壤介电常数混合模型给出的介电常数实部、虚部的曲率与实验结果很好吻合,模型结果比较满意,对比分析证实了模型的可靠性。     

VIC-CAS导热率和未冻水算法改进及其对多年冻土水热过程模拟的实验研究

冻土水热过程的准确模拟对于理解和预估冰冻圈变化对水资源和生态的影响具有重要意义,其中,导热率和未冻水是多年冻土水热模拟中的两个关键参数。在VIC-CAS模型的基础上,分别尝试用EBM的导热率算法和CLM 5.0的未冻水算法替换VIC-CAS模型中的导热率和未冻水算法,并利用长江源区沱沱河站的观测数据进行了数值模拟对比试验,分析了不同的导热率和未冻水算法对土壤分层温湿度模拟的影响。结果表明：EBM导热率算法对浅层土壤的温度模拟优于原算法,而在深层土壤的模拟效果变差;对浅层土壤湿度模拟改进不明显,而对深层土壤的模拟精度降低。CLM 5.0未冻水算法对土壤温度模拟影响较小,对浅层土壤的湿度模拟效果变差,但在深层土壤上优于原算法。这两种算法的对比实验为进一步改进VIC-CAS模型中冻土水热过程的算法提供了借鉴。