降温速率对三种类型水滴冻结过程影响的实验研究

大量实验研究表明,水滴的异质冻结既与所含冰核有关,又包含一定的随机过程。本研究一方面对已有的实验研究结果进行验证,同时寻找水滴冻结与温度及时间的定量关系,检验随机假设和奇点假设的相互作用。选用雨水、纯净水和瓶装饮用水3种水样,采用中国气象科学研究院的均匀水滴冻结实验装置,对3类水样做了不同的恒定降温速率实验,并对雨水进行了恒温实验。结果表明,总体来看,随温度降低,降温速率慢的液滴累加冻结比例高于降温速率快的液滴,并且在纯净水和瓶装饮用水中更明显;降温速率越大,平均冻结温度和中值冻结温度越低,不同的是雨水的值跟降温速率成对数关系,而瓶装饮用水的值与降温速率成线性关系(纯净水因为只有两种降温速率,故不能确定是哪一种关系);不同水样的冻结几率随温度的降低指数增大,而瓶装饮用水冻结几率函数中指数前的系数随降温速率的增大指数减小;恒温阶段,雨水的冻结几率随时间指数衰减,在恒温的前2 min衰减较快,之后减慢,并且水滴冻结在前2 min发生较多,之后变的很少,15 min之后则没有冻结事件发生。该现象可以用随机假设和奇点假设结合起来解释,当温度达到或低于特征温度时,水分子在冻结核上的聚合需要一段时间,所以造成了在恒温阶段出现水滴冻结的现象。水滴冻结是两种假设的共同作用。     

海域工程场地可液化土的地震液化效应分析

能否对砂土液化进行准确的判断评价,与工程的安全性、经济效益和社会效应关系密切。目前,勘察规范和抗震规范中均没有专门针对海底岩土层饱和砂土液化判别方法的规定和要求。文章对目前饱和砂土可液化性判别方法进行了分析总结,给出了海域工程场地可液化土的液化判别方法及存在的问题,提出海域工程建设场地饱和砂土层的判别宜采用标准贯入试验法和室内液化振动三轴试验抗液化剪应力判别法相结合的方式进行综合评价。     

青藏铁路沿线1966-2004年冻结与融化指数的变化趋势

利用日气温观测值计算了青藏铁路沿线7 个主要气象站1966-2004 年的年冻结与融化指数,分析了这些指数的统计与分布特征,并应用两种趋势检验方法：非参数Mann-Kendall 检验法和简单线性回归法分析了这些台站年冻结与融化指数的变化趋势。结果表明,青藏铁路沿线多年平均冻结指数大致分布在95~2300 ^oC·日之间, 多年平均融化指数大致在630~3250 ^oC·日之间。7 个站点的冻结指数均呈减少趋势,其线性倾向率分布在-16.6~-59.1 ^oC·日/10a 之间;融化指数均呈增加趋势,其线性倾向率分布在19.8~45.6 ^oC·日/10a 之间。MK 趋势检验的结果显示,除格尔木表现出微弱的减少趋势外,其他站点都呈现了0.05 水平 下的显著减少趋势;年融化指数除格尔木和沱沱河表现出弱增加趋势外,其他5 个台站都显示出了0.05 水平下的显著增加趋势。简单线性回归方法得到的趋势结果与MK 趋势检验结果相一致。     

地震作用下不同厚度饱和砂土中直群桩结构动力响应试验研究

基于振动台试验,设计制作2×2直群桩结构相似模型,通过输入一定峰值加速度的迁安波,对非液化砂土、300 mm厚饱和砂土和380 mm厚饱和砂土中群桩承台横向动力响应特性展开研究。研究结果表明:在迁安波输入下,非液化砂土中群桩承台加速度和位移时程与台面输入时程相比,其波形变化规律与峰值大小没有明显差异;而对于两种不同厚度饱和砂土中承台加速度放大较多,承台位移峰值较台面位移峰值相差不大。在300 mm饱和砂土中群桩承台加速度峰值较台面输入放大了约1.35倍,在380 mm饱和砂土中承台加速度峰值放大了1.42倍,说明在相同输入条件下,较厚的饱和砂土层在发生液化后群桩承台的动力响应更加显著。     

基于RS-PCA-GA-SVM的砂土液化预测方法研究

砂土液化是一种危害性比较大的自然灾害,对砂土液化进行判定预测在地质灾害防治领域中有重要的研究意义。通过粗糙集理论(Rough Set,RS)对影响砂土液化的6个初始评价指标(包括震级、土深、震中距、地下水位、标贯击数和地震持续时间)进行属性约简,去掉冗余或干扰信息,得到基于4个核心预测指标的数据集。通过主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)从核心评价指标中提取出主成分,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)对数据集进行训练,用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化参数,建立砂土液化的RS-PCA-GA-SVM预测模型。并结合砂土液化实际数据将预测结果与基于Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络模型(LM-BP)的预测结果做比较。实例计算表明:基于RS-PCA-GA-SVM模型得到的砂土液化预测结果精度较LM-BP神经网络有很大的提高,判别结果与实际情况比较吻合,可在实际工程中应用。     

盐度对湖冰冻结过程中氮磷营养盐排出效应的影响

伴随结冰过程的盐分排出是驱动冰封浅湖营养盐动态变化的关键过程,影响湖泊水质、环境与生态演变.为探究湖冰冻融过程如何改变寒区浅湖营养盐条件,采用自制定向冻结装置开展了无机氮磷营养盐溶液(NH₃-N、NO^-₂-N、NO^-₃-N、PO^3-₄-P)的室内冻结试验,结合现场采样分析评估了冻结排出效应对典型浅湖氮磷营养盐的影响.结果表明:营养盐浓度、盐度(以NaCl表征)是影响冻结排出效率的关键因素;随营养盐浓度的升高,冰内营养盐浓度升高,但冻结分离系数减小;若盐度升高,冰内营养盐浓度和分离系数均增大,主要与未冻卤水泡的形成有关;3种形态的无机氮、磷酸根的分离系数均存在明显差异.将试验结果应用于内蒙古乌梁素海结冰期氮磷营养分析,计算表明湖冰冻结排盐过程不仅造成湖水各类营养盐浓度升高,同时改变无机氮素构成、氮磷比等营养结构状态;特别是若湖泊盐度发生变化,氮磷营养盐的冻结排出效率及其差异性均会显著改变,增加冰封期湖泊营养条件的时空变异性.本文结果可广泛应用于定量评价冰层冻融过程对冬季湖泊营养条件的影响,有助于理解冰封期浮游植物群落演变的内在驱动力.     

含强膨胀性粘土砂的特征及其水文地质意义

含强膨胀性粘土砂是-些矿区新生界中的-种特殊沉积物,其形如砂砾,而性似亚粘土。以大屯矿区为例研究了它的物质组成、水理性质及隔水机理,阐明了它对煤矿安全生产的重要意义。      

基于高分子复合材料改良砂土三轴剪切试验研究

为研究剑麻纤维和高分子固化剂复合改良对砂土工程特性影响,通过一系列三轴剪切试验,对不同掺量和长度的剑麻纤维与高分子固化剂改良砂土的剪切强度特性进行了研究,从峰值偏应力、应力应变曲线特征和抗剪强度参数等方面分别对改良机理进行了研究。研究结果表明,纯高分子固化剂改良砂土的峰值偏应力和黏聚力明显提升,由于固化剂粘结砂土颗粒,限制了变形过程中颗粒的相对滑动,内摩擦角略微降低。随纤维掺量的增加,不同围压下固化剂改良土体的峰值偏应力明显增加,应力硬化特征愈加明显,土体的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加保持单调递增趋势。在单纯添加固化剂的情况下,土体强度与固化剂浓度呈正相关的关系;在给定0.4%的纤维含量下,随着纤维长度的加长,纤维和高分子固化剂复合改良砂土的剪切强度先增强后降低;在纤维长度为18 mm时,土体的剪切强度达到最大,黏聚力达到最大207.57 kPa;纤维长度的改变对试样破坏时的轴向应变和土体的内摩擦角基本没有影响。     

冻结裂隙煤岩单轴压缩破坏机制及细观参数反演

煤岩的变形破坏是一个复杂的渐进演化过程, 为了研究冻结条件下裂隙煤岩的破坏机理, 基于CT扫描图像, 应用三维离散元模拟方法, 建立了冻结裂隙煤岩的单轴压缩模型。对比分析数值试验与室内压缩试验得到的应力-应变曲线, 发现二者吻合较好。通过对数值模拟结果的系统分析, 得到了冻结裂隙煤岩的细观结构损伤过程和宏观变形破坏规律, 也发现了煤岩的弹性模量和强度随温度变化的发展规律, 同时给出了煤岩强度和弹性模量与温度的数学关系式。以上研究表明, 离散元模拟方法能够为研究冻结裂隙煤岩的细观损伤演化和宏观破坏变形提供新思路, 可为岩体工程的安全稳定分析提供理论依据和参数基础。     

粉质黏土-混凝土衬砌接触面冻结强度影响因素显著性分析

冻土与结构接触面的力学性能对寒区工程研究具有重要意义, 容易受到外界因素干扰。为研究不同因素对粉质黏土与混凝土衬砌接触面冻结强度的影响, 设计考虑含水率、 冻结温度、 冻结时间的三水平正交直剪试验。试验结果表明： 在冻结初期, 提高土体含水率, 降低冻结温度, 延长冻结时间有利于接触面早期冻结强度的提升, 且这种作用效果是线性的。基于显著性分析理论, 发现含水率、 冻结温度、 冻结时间对接触面早期冻结强度的显著性等级均为极显著, 三者之中, 冻结温度影响最大, 含水率影响最小。采用多元线性回归, 忽略因素之间的二阶交互作用, 建立了考虑含水率、 冻结温度、 冻结时间作用的粉质黏土与混凝土接触面的冻结强度预测模型, 为类似工程提供科学参考。