基于扩展有限元方法的裂隙岩体冻胀力理论与数值研究

为研究寒区裂隙岩体内冻胀力的变化规律, 从单裂隙入手, 基于弹性力学、 水冰相变理论以及质量守恒关系, 建立了考虑未冻水含量及水分迁移的冻胀力求解模型; 利用MATLAB平台编制程序, 采用扩展有限元方法（XFEM）计算得到了裂隙内冻胀力随冻结时间的演化规律。采用有效体积膨胀系数法计算得到的冻胀力数值解与理论模型计算结果以及其他学者的试验结果吻合较好, 并分析了水冰相变下裂隙尖端应力场, 数值计算结果与理论解吻合较好, 验证了数值方法的可靠性; 通过分析影响冻胀力发展的因素, 指出岩石弹性模量和裂隙几何形状是控制裂隙内冻胀力演化的两个重要因素。     

季节冻土区扩底单桩受力性能研究进展与展望

在深季节冻土区, 正冻土和桩相互作用时可能会导致桩基的拔断或整体冻拔破坏。在桩周土冻胀过程中, 等截面直桩主要通过桩和未冻区融土间的摩阻力达到锚固效果。而对于端部直径大于桩身直径的扩底桩来说, 当桩基有整体上拔的趋势时, 扩大头会受到上覆土层的阻力而起到锚固/抗冻拔作用。通过回顾国内外研究文献, 介绍了扩底抗拔桩现有的工程背景及应用情况, 并对季节冻土区桩基的受力性能进行了总结和分析, 主要内容包括： 土体冻胀和桩基的相互作用研究, 切向冻胀力试验研究和理论研究, 切向冻胀力作用下扩底桩基冻胀反力试验研究及理论研究, 切向冻胀力作用下未冻区桩-融土间摩阻力的研究概况等。最后, 结合现有的研究内容, 对季节冻土区扩底桩的应用及研究提出进一步的展望。     

宁夏枸杞花期霜冻指标试验研究

2019年3—5月利用人工霜冻模拟箱进行枸杞现蕾期、初花期和盛花期霜冻指标试验,模拟-8～-1℃、持续1～6 h的32组不同低温和持续时间处理组合,根据室内霜冻模拟试验冻后观测结果,将受冻症状划分为3个级别,并统计每个级别的受冻率,制定霜冻等级判断标准,建立基于低温、持续时间、受冻级别和受冻率的霜冻指标;利用2018年3—5月13个点次的大田霜冻试验结果和25个枸杞种植区自然霜冻调查结果验证霜冻指标。结果表明:枸杞霜冻与低温及其持续时间密切相关,温度越低、持续时间越长,霜冻越重;现蕾期抗冻性最强,初花期抗冻性明显较现蕾期弱,盛花期一定程度上较初花期弱。利用霜冻指标判断的结果与实际灾害情况符合率较高,具有较强的实用性,可作为枸杞花期不同阶段的霜冻灾害预报及评估依据。     

青藏粉质黏土单向冻结冷生构造发育及冻胀发展过程试验研究

通过对青藏饱和粉质黏土进行开放条件下的单向冻结试验,并结合土样冻结过程的图像数据,分析土样在单向冻结过程中冷生构造的发育和冻胀变形的发展规律,得到以下结论：试样冻结稳定所需时间为26 h左右,基本不受顶板温度变化的影响,但土样冻结后形成不同冷生构造带的位置及薄厚与土样顶板温度（顶底板温度梯度）密切相关,顶板温度越低,微薄层状和薄层状构造带的厚度越大,最暖端厚层冰透镜体以及未冻土部分整体状构造带的厚度越小。研究结果还表明,土样的冻胀变形经历了快速冻胀、稳定冻胀和线性冻胀3个阶段,其中线性冻胀阶段是冻胀发展最快的阶段,也是冰透镜体生长最快的阶段。研究成果揭示了土样单向冻结过程中冷生构造发育和冻胀发展的动态过程,为冻胀机制的认识以及冻胀模型的建立与验证提供了试验基础。     

河西走廊中部寒潮、霜冻天气过程对比分析及预报着眼点

从天气实况、影响系统、数值预报产品等方面对1994年5月1~4日和2004年5月1~5日发生在甘肃河西走廊的2次较强寒潮、霜冻天气过程进行对比分析,找出了此类天气的预报着眼点。     

冻结作用下粉土-混凝土接触面抗拉强度试验研究

为探究冻结作用下土与结构接触面抗拉强度的影响因素及变化规律, 开展了冻结状态下多种含水率、 温度及干密度的粉土-混凝土接触面抗拉强度正交试验研究。试验结果表明： 在试验温度下,粉土-混凝土接触面的冻结抗拉强度约为饱和黄土的1/10, 粉质黏土的1/10 ~ 1/7; 含水率对接触面的冻结抗拉强度影响最大, 其次是温度、 干密度; 在试验含水率范围内, 接触面的冻结抗拉强度与含水率正相关; 温度降低会增大接触面冻结抗拉强度, 在-2 ℃至-6 ℃, 冻结抗拉强度迅速增长, 在-6 ℃以后, 冻结抗拉强度的增长速率显著减小。结果证明： 低温、 高含水率、 低干密度条件下, 接触面冻结抗拉强度达到最佳; 三种因素对接触面冻结抗拉强度具有不同的影响程度, 其中含水率、 温度影响显著, 干密度影响不显著; 在试验含水率区间内, 接触面冻结抗拉强度随含水率增长呈线性增长态势, 且含水率、 温度之间存在交互作用; 随温度降低, 存在一临界负温, 接触面冻结抗拉强度由迅速增长转为缓慢增长。     

支挡式结构物水平冻胀力研究进展与思考

寒冷地区的支挡式结构,极易受水平冻胀力的影响,过大的水平冻胀力容易造成支护结构变形、出现裂缝、支护体错断甚至整体倾倒,严重威胁支护工程的安全与稳定,因此研究寒区支挡式结构水平冻胀力的变化规律具有重要意义。主要从水平冻胀力的产生、影响因素、分布模式、取值大小、计算方法以及防治措施等诸多方面的国内外研究现状进行综述,结果表明：水平冻胀力的大小及其分布形态受土质类型、土颗粒大小、土体分散性、土内所含矿物成分、土体温度、土体含水量、外界水源补给以及支护结构特征等多因素影响;水平冻胀力存在多种分布模式,对不同分布模式应采取不同的计算方法,而且各计算公式均有一定的限制条件。在实际工程中,若要减弱水平冻胀力的影响,可采取换填土质、加强保温、隔水排水、使用物理化学试剂或多方法综合使用等措施。     

THE EFFECT OF SYNOPTIC SCALE WEATHER SYSTEMS ON SUB‐SURFACE SOIL TEMPERATURES IN A DIURNAL FROST ENVIRONMENT: PRELIMINARY OBSERVATIONS FROM SUB‐ANTARCTIC MARION ISLAND

Marion Island in the South Indian Ocean has a maritime climate dominated by diurnal frost processes in the landscape. We test the hypothesis that synoptic time‐scale measurements are essential in understanding the drivers of diurnal frost processes. Preliminary results from automated microclimate measurements in a polar desert habitat show that diurnal soil surface temperatures on Marion Island are influenced by a complex interaction of radiation balance, air mass circulation, cloud cover and snow. The passage of synoptic scale weather systems influences soil thermal characteristics through changes in dominance of the radiation budget. Soil frost on Marion appears to be dependent on clear skies, while synoptic weather systems affect the duration and intensity of soil frost processes and non‐radiative heat fluxes. Air circulation patterns at Marion Island influence diurnal scale temperature fluctuations and its direct and indirect interactions with ecosystem processes. The data suggest that in a maritime sub‐Antarctic environment the climatic drivers of soil frost occur at a finertemporal resolution than for seasonal and permafrost environments and needs to be measured at a diurnal time‐scale to be meaningful.     

古尔班通古特沙漠工程地质问题--以输水工程为例

沙漠的工程地质问题随工程类型的不同而不同。本文以输水工程为例,概要地论述了沙漠工程地质问题。风沙危害是沙漠中带有普遍性的问题,频繁而强劲的风力和地表充足的砂粒为风沙危害提供了条件;砂土湿陷性主要与其密度大小有关,当砂的干密度达到1 64g cm3时,湿陷性系数均小于0 015,即可消除湿陷性;渗透变形的形式为流土,破坏临界比降为0 9～1 73,属抗渗能力低的细粒砂土;天然沙漠砂为不冻胀砂,当含水量≤18%时为不冻胀—弱冻胀砂,饱和时为冻胀砂;挖方形成的高边坡在风蚀作用下使坡面增长,裸砂面积加大,加剧对渠道的淤积。