细粒含量对粗粒土冻胀特性影响的试验研究

为了得到同时满足冻胀率和击实效果的最大细粒土含量,通过葡氏击实和冻胀试验,研究了不同细粒土含量、不同干密度条件下细圆砾土填料的冻胀特性。研究结果表明,9%细粒土含量下细圆砾土试样的压实效果最好;细圆砾土试样的冻结过程可以划分为快速冻结区、过渡区、似稳定区和稳定区;细粒土含量低于10%时,细圆砾土属于弱冻胀填料;同时满足冻胀率和压实效果的最大细粒土含量为9%;细粒土含量相同时,细圆砾土试样的冻胀率随干密度的增加,先增大而后减小,即存在一个最不利干密度;冻结48 h后,细圆砾土试样冻土段的含水率均大于初始含水率,其不同位置含水率分布曲线呈S型,且随着细粒土含量的增加逐渐呈现倒三角形分布;细圆砾土试样干密度的增大有效地阻断了水分迁移路径。     

冻融循环作用下土工袋冻胀量和融沉量试验

为研究季节性冻土地区冻融循环作用下土工袋防冻融、冻胀效果,对不同冻融循环作用下土工袋和土进行了室内模型试验,在开放系统和封闭系统中分别研究了土工袋和土冻胀量、融沉量之间关系,试验结果表明,经历4次冻融循环作用后,封闭系统中土工袋冻胀量、融沉量分别小于土的冻胀量、融沉量;开放系统中土的冻胀量为土工袋冻胀量的1.9倍,土的融沉量为土工袋融沉量的2.2倍,开放系统中地下水对土工袋的补给量远小于土的补给量,试验验证了土工袋可以有效防止渠道及建筑物基础冻融、冻胀破坏,可为渠道防冻胀提供理论基础。     

关中平原清代霜雪灾害特点与周期研究

通过对关中平原清代历史文献资料的搜集、整理和小波分析,对该区清代霜雪灾害等级、周期及其成因进行了研究,并恢复了该区清代霜雪灾害发生时的最低气温.结果表明:关中平原清代共发生霜雪灾害34次,其中轻度、中度、重度霜雪灾害分别为2、20、12次;关中平原清代霜雪灾害可分为3个阶段,1644~1733年为第1阶段,1734~1823年为第2阶段,1824~1912年为第3阶段;第1和第3阶段为霜雪灾害多发阶段,以中度和重度灾害为主,第2阶段为霜雪灾害少发阶段,以轻度和中度灾害为主;小波分析表明,关中平原清代霜雪灾害的发生存在不同的时间周期规律,其周期主要有9~15年、13年、34年左右和40年左右;降雪或寒流引起的气温骤降至0℃以下是造成关中平原清代霜雪灾害的主要原因;关中平原清代轻度和中度霜雪灾害的气温范围为-6.4℃~-1℃,重度的气温范围一般为-19℃~-17℃;关中平原清代共发生3次寒冷气候事件,分别为1690~1692年、1861~1865年和1893~1895年.     

隧道水平冻结施工引起地表冻胀的历时预测模型

隧道水平冻结施工过程中,土体冻结引起体积膨胀,进而会在地表产生冻胀现象。实际工程一般采用多根冻结管形成冻结壁。冻结壁交圈前,地表冻胀由多个冻土柱的叠加膨胀变形引起;冻结壁交圈后,地表冻胀则由整个冻结壁的膨胀变形引起。鉴于此,考虑冻结壁的形成过程,基于随机介质理论,建立了隧道水平冻结施工引起地表冻胀位移的历时预测模型。同时对冻结外锋面半径和冻胀区域外半径这2个关键参数的取值方法进行了相关探讨。最后针对两个工程案例,采用该计算模型对地表冻胀位移进行分析,得到地表冻胀位移随时间的变化规律,并与现场实测结果相比较,验证了模型的可靠性。该模型应用于隧道水平冻结施工前、冻结期内任意时刻的地表冻胀位移预测,可为工程冻结实施方案的合理确定提供有效依据。     

青藏高原发现大型冻胀丘群

在青藏高原黄河源地区多格茸盆地内发现大型冻胀丘群,这些冻胀丘外观多呈穹窿状,有些呈脊状、新月状.盆地内的冻胀丘隆起高度多在3~6 m,最高不超过10 m,水平扩展范围数十米到上百米,最大超过300 m.冻胀丘在盆地内密集分布,众多小型湖塘嵌于其中,分布密度估计5~8个·km^-2,局部区域内可达10个·km^-2以上.从外观看,多数冻胀丘形态较完整,但有的已经部分塌陷,有的几乎完全塌陷,不同塌陷阶段的冻胀丘在盆地内均有发现.冻胀丘顶部钻孔岩芯揭示高含冰地层从丘顶以下5 m左右一直延续到20多米,局部发育厚层地下纯冰层,厚度可达2 m以上.根据外观形态、地下冰类型判断,这些多年生的冻胀丘属冰土丘(lithalsa),和常见的冰核丘(pingo)有所区别.初步判断,这些冻胀丘形成于全新世大暖期以后的新冰期时期.多格茸盆地冻胀丘群的发现对现行的工程建设及工程建筑物的运营安全、区域古环境、流域水文等方面的研究都具有重要意义.     

饱和正冻土水分迁移及冻胀模型研究

正冻土在温度梯度大的情况下,冻结锋面快速移动,孔隙水变成冰,造成原位体积膨胀;而通常在天然条件下,温度梯度都不大,水从未冻区向冻结区迁移,在某一个位置引起冰的累积,形成分凝冰。由于此诱发的冻胀要比原位冻胀大很多,因此,建立一个能够模拟土体水分迁移及分凝冰形成过程的冻胀模型尤其重要。基于第2冻胀理论,建立了饱和土体冻胀模型。在模型中,假设冻结缘中单位时间内水分迁移速度为常数,以计算冻结缘内水压力,再根据克拉方程得到冰压力。根据冰压力的大小作为分凝冰形成判据,研究中假设新的分凝冰形成以后,上一层分凝冰停止生长。模型把水分迁移和冻胀速率当作基本的未知量,模拟了与可天然土体冻胀类似的底部无压补水和顶部加压的冻胀情况。通过数值模拟与试验结果进行对比,初步验证模型的可靠性,其研究结果为实际寒区工程的冻胀预测提供参考。     

地电场对青藏高原东北部季节冻土的响应特性

地电场的变化与台址环境的水文、气象及地质背景等相关,在青藏高原东北部季节冻土区,11个地电场台站处于较高的海拔,据台址下覆场地属性分为A类（黄土型）和B类（高原草场型）台站。通过对青藏高原季节冻土区域的地电场和大地电流场的计算和分析,联系区域构造活动和地质环境得出以下认识：青藏高原东北部季节冻土区地电场变化对水热环境响应明显,冬、夏两季测值可能发生跃变;长周期的地电场变化曲线可能与台址附近气温变化相关;台站大地电流矢量在冻土部分冻融交替过程中发生方向和幅度值的改变。A类和B类台址显示出不同的季节变化规律,地电场曲线上升和下降的时间节点各异,这种现象可应用于监测该区域冻土冻融情况和冻土的时空演变。     

1961—2008年阿勒泰地区异常初终霜日变化特征

以小于等于0 ℃最低气温作为霜冻指标,利用1961—2008年阿勒泰地区7个测站的逐日最低气温资料,采用现代气候诊断分析方法,分析了该地区初、终霜日和无霜期的气候变化特征。结果表明：近48 a来阿勒泰大部分地区呈初霜迟、终霜结束的早、无霜期延长的趋势,使作物生长季延长,其中哈巴河表现最为显著;极早初霜日发生频数为2—6次,以富蕴最多,极晚终霜日发生频数为1—4次。各站最迟、最早初霜日的差值和最早、最迟终霜日的差值均在30 d以上;哈巴河霜日发生了气候突变。     

近40 年山西省初终霜日的变化特征

利用山西省境内分布较为均匀的52 个地面气象站1970-2009 年的霜日观测资料,采用线性倾向估计法、累积滤波器法结合非参数统计检验方法分析了初终霜日的基本特征及其变化趋势;利用M-K法分析了霜日的突变特征。结果表明：初霜日、终霜日的出现以及无霜期的长短与地理因素密切相关,随着纬度逐渐偏北、海拔逐渐升高,初霜日提前、终霜日推后、无霜期缩短。从全省平均情况看,初霜日呈现显著的推后趋势,无霜期呈现显著的延长趋势,而终霜日的变化则以波动为主,线性变化趋势不显著。从突变检测情况看,初霜日、终霜日和无霜期在40 年间均存在一次明显突变,初霜日的突变点出现在2000 年,终霜日和无霜期的突变点出现在1997 年。从变化趋势的空间分布看,初霜日显著推后的区域大片集中在晋中东部、吕梁北部和忻州西部,以及分散在运城南部、临汾西北部和大同南部。终霜日显著提前的区域位于晋中东部山区、吕梁山东部和忻州西部。无霜期显著延长的区域位于西北部黄河沿岸、省境中东部和运城南段。变化趋势为初霜日提前、终霜日推后和无霜期缩短的区域未通过显著性检验。     

硫酸盐渍土机场地基处理换填覆重法研究

盐胀是硫酸盐渍土的主要危害,硫酸盐渍土机场地基处理的关键在于减少盐胀。通过不同荷载作用下的盐胀试验,研究了荷载对不同压实度、不同含盐量的硫酸盐渍土盐胀的抑制效果,拟合了盐胀经验公式,探讨了换填覆重法硫酸盐渍土机场地基处理。压实度不宜太高,在满足道面承载力的条件下建议在90%～95%之间取值;道面2 m以下可以填弱盐渍土,建议含盐量不要超过0.5%;水分危险点危害最大,必须重视排水设计。给出了确定换填覆重法最小荷载及最小厚度的方法。计算表明,覆重荷载50 kPa基本能抑制含盐量小于0.5%的硫酸盐渍土的盐胀,采用砂砾石材料最小覆重层厚度约2 m。换填覆重法在西北地区硫酸盐渍土机场地基处理中具有较好的应用前景。