冻土

摘要： 综合分析了冻土液态水和气态水迁移机制以及水热耦合数值模型,归纳了土水势理论和水汽迁移成冰理论的研究进展,综述了冻土传统水分迁移驱动力理论和水汽迁移驱动力理论,分析了工程地基土体增水机理,对水热力和水热汽耦合作用理论进行了总结分析,并对比了不同数值模型的特点。因冻土冰水相压力的不明确,Clapeyron方程在冻土中的适用性还需进一步探究;水汽遇冷冷凝作用和水汽蒸发凝结作用很好地解释了非饱和土体的增水机理;传统水分迁移理论多是基于液态水展开研究,忽略了水汽运移的影响,水汽迁移成冰理论很好地解释了水汽运移引起的工程冻害;水热力耦合迁移理论没有充分表征应力场的作用,不能完全揭示土体冻胀的形成和发展过程。

摘要： 我国市政道路作为市政工程中的重要组成部分,由于长时间的道路运输,道路难免会出现破坏,甚至是道路冻胀、翻浆等病害。从本质上来看,产生道路冻胀翻浆的主要原因是水在路基土中的迁移和相变的过程,尤其在冻土地区,冻胀翻浆是其特有的两种道路病害,且多由于自然灾害所造成。该文通过对市政道路冻胀及翻浆病害的成因分析,提出有效地防治措施及处理方案,减少道路冻胀及翻浆等病害的发生,进一步延长市政道路的使用寿命。

摘要： 三江源冻土、植被二者之间存在着强烈的相互作用的关系,并通过改变土壤水热特性以及地表-大气间的能量和水分交换过程影响局地气候,加快或减缓气候变化,源区的生态安全面临挑战。本文综述了近几十年来三江源区冻土、植被特征及变化趋势、冻土-植被相互作用过程以及冻土、植被变化的气候效应,在此基础上对未来研究方向进行了展望。主要认知如下:三江源地区是季节性冻土和多年冻土的交汇带。植被类型有高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠等,植被生长季较短。近几十年来,在全球变化影响下,源区冻土和植被经历了快速的变化。冻土土壤温度明显升高;多年冻土面积减小而季节性冻土面积增加;多年冻土活动层厚度及融化期增加而季节性冻土最大冻结深度及冻结期减小。植被物候整体表现出返青期提前,黄枯期推迟,生长季延长的特征;同时高寒植被生态系统的结构和功能也发生了明显变化。土壤的水、热状态是连接冻土和植被相互作用的重要纽带。冻土的冻融状态,土壤的水、热过程对高寒植被的生长有着密切的影响;同时位于冻土上层的植被,又通过植被特征和生态系统的变化,影响土壤温度、湿度,反作用于冻土的形成和发展。冻土和高寒植被作为三江源两种典型的下垫面,在陆-气相互作用中是一个有机整体,其变化将通过影响局地能量分配及水分过程对区域降水、气温、能量收支、局地环流以及水汽循环等产生重要的影响,需要统筹考虑二者协同变化的气候效应。未来面向整个区域的冻土-植被相互作用的综合评估及机理分析需进一步加强。利用观测、耦合了动态植被模型的陆面过程模式、区域气候模式以及人工智能等,深入开展研究三江源区冻土冻融变化与高寒植被变化的内在联系,将进一步提高对未来冻土及高寒植被变化的认识,为三江源生态保护和建设提供重要科学依据。

摘要： 针对我国高寒高海拔地区矿产资源丰富,而低温、低气压、冻融循环、生态脆弱等特点,导致现有的开采理论与技术不能满足矿产资源的安全高效开采的问题,对高寒高海拔地区爆破技术开展了大量文献调研,总结出高寒高海拔地区爆破施工难点主要分为:高原、冻土、生态环境三方面的问题。针对“高原”问题,提出加强安全管理措施,保证施工人员的安全;成品炸药添加防冻剂、粒状硝酸铵添加防结块剂等方法保证炸药性能;导爆管雷管进行泄压处理提高其传爆可靠性等措施来解决。针对“冻土”问题,采用深孔药壶爆破,并调整装药结构、施工组织等方法来改善冻土爆破效果;采用超钻、清淤、护孔等方式解决钻孔难的问题。针对“生态环境”问题,以“预防为主,保护优先,开发和保护并重”为原则,尽量避免爆破开挖对施工点周围生态环境的破坏、减少冻土的热融等方式保护生态环境。对导爆管雷管、电子雷管、现场混装炸药技术在高寒高海拔地区的应用进行详细介绍,导爆管雷管的缓慢泄压可有效降低盲炮的产生;电子雷管的施工效率较导爆管雷管提升3倍左右,且其可进行网路检测,可保障准爆率;现场混装炸药技术有降低现场施工人员劳动强度、提高工作效率、扩大爆破规模、改善爆破效果等优势。并展望未来高寒高海拔地区现场混装炸药爆破技术、隧道型电子雷管、矿山复绿等技术研究方向及发展趋势。

摘要： 以佛山轨道交通典型土层为研究对象,通过冻胀试验研究不同土层在不同冻结温度下的冻胀率及冻胀力,同时利用ANSYS有限元分析软件,进行联络通道冻结热力耦合数值计算。研究结果表明:在10°C温度条件下,中粗砂、粉细砂、粉质黏土的冻胀率分别为5.43%~6.85%、7.65%~8.76%、11.71%~11.96%;不同土体的冻胀率、融沉率不同,且受负温影响显著,较低温度下(-10°C、-1 5°C)的冻胀率和冻胀力较大;由冻胀引起的最大变形量发生在联络通道泵房位置正上方的地面处,约为2 cm,与此处现场实际监测的最大变形量2.1cm接近。

摘要： 准确评估冻土三维分布和阶段性变化对我国气候、水资源、生态、工程建设等方面具有重要意义。我国多年冻土大多分布在高海拔地区,利用地面物探确定多年冻土厚度具有效率低、成本高、交通不便等问题,而依据电阻率差异的航空电磁技术具有较大优势。根据青海祁连地区冻土厚度、电阻率等信息构建地电模型,并针对AeroTEM时间域航空电磁系统和Impulse频率域航空电磁系统,通过模拟冻土电阻率、厚度、冻土下低阻层、飞行高度和线圈角度变化,分析不同条件下时间域和频率域航空系统一维正演电磁响应差异,进而确定航空电磁技术对冻土顶、底界面的探测能力。模拟结果表明,在较低噪声水平下,Impulse频率域航空电磁系统可以根据融化冻土厚度确定沼泽、湿地及湿润草甸覆盖下的冻土顶界面;AeroTEM时间域系统可以确定冻土底界面,且当冻土下存在低阻层时,确定的底界面准确性将大幅提高。因此,在调查冻土厚度时,可综合利用频率域和时间域航空电磁数据,共同确定多年冻土的顶、底界面。本文研究成果将为航空电磁技术服务于我国冻土调查提供理论支撑。

摘要： 国内外对寒区冻土水文特性研究较为薄弱,尤其是冻土期产流机制研究更少,本文以黑龙江省汤旺河春季融雪径流为例,探讨了寒区冻土影响下中小河流的产流机制和规律,用实际成果资料分析了冻土期与洪水期产流对比关系,为冻土情况下中小河流水文预报、春季来水量分析计算提供了参考依据。

摘要： 因城市地下空间施工造成道路路基结构中的地下空洞会导致路面结构失稳,进而形成塌陷造成的事故不断发生。文章对季节性冻土区城市道路路基下空洞的地质雷达探测反映特征进行分析研究,总结相应空洞分布特点及位置,为制定相应的处理措施提供依据。

摘要： 近几年,我国重大基础设施工程建设向寒冷地区转移趋势尽显。作为寒冷区域工程的基础承载体,冻土桩基在不同类别环境、运营条件下的力学特性得到了工程建设者的极大关注。因此,为了给冻土桩基施工提供一些参考,利用冻土低温循环三轴试验方法,研究了冻土桩基在往复循环荷载下的力学特性及变化规律。结果表明,作为特殊岩土材料,在低温循环荷载下,桩侧冻结应力呈现出先增加后减小趋势,在桩深10.0 cm位置出现较大值;而桩身应变、桩身轴力均随着荷载幅度的增加而增加,随着温度的下降而减少。

摘要： 为了开展地温监测和冻土融化深度预报业务,利用辽宁西部气象观测资料,运用相关系数和线性回归等方法,分析冻土变化特征、冻土融化过程,以及气象要素对冻土深度变化的影响,并建立其地温与气温、冻土融化过程与正积温相关模型。结果表明,辽宁西部稳定冻土期在11月中旬至翌年3月下旬,冻土最大深度呈逐年变浅趋势,倾向率为-5.4 cm/10 a;结冻日期推后,倾向率为2.0 d/10 a;化通日期提前,倾向率为-1.5 d/10 a;冻土融化期在3月中旬至4月上旬,冻土融化速率在3.1~4.0 cm/d。冻土最大深度与气温、地面温度及降水量显著相关。11月至翌年2月气温每升高1°C冻土最大深度变浅5.7 cm。气温与地温、正积温与冻土融化深度具有显著的线性关系;其中,气温与10 cm地温线性方程历史回代拟合率在96%以上;正积温与冻土融化深度线性方程历史回代拟合率在94%以上。线性方程可作为模型预测预报春季地温、冻土融化深度。

摘要： 对目前冻土蠕变试验研究和模型研究的研究成果进行了总结.从微观蠕变试验和宏观蠕变试验两方面对冻土蠕变的试验研究进行介绍.分经验模型、流变模型和一般的应力-应变-时间模型对冻土蠕变本构模型研究进行分析总结.从试验研究和本构模型研究两方面介绍冻土的动蠕变研究进展.同时,也介绍了冻土与桩基之间冻结强度的研究.目前,冻土蠕变研究大都集中在短期冻结强度,尤其缺乏桩土之间蠕变变形及长期强度的相关研究.随着未来冻土区铁路、公路建设以及民用建筑等级的提高,桩基础将越来越多的被应用.为优化冻土区桩基的设计,在当前有必要加强冻土区桩基蠕变特性的研究.

摘要： 冻土拉伸强度是冻土工程设计的重要指标,在试验中发现冻土单轴拉伸强度和四点弯曲拉伸强度值不一致.为此采用细观数值方法,假设细观材料参数符合Weibull分布,采用损伤模型,宏观材料性能符合线弹性假设,分别模拟了单轴拉伸试验和四点弯曲拉伸试验.引入非局部化理论,解释了其强度差异来源于材料均质度,并且定量地给出了材料特征长度和均质度之间的关系.为冻土拉伸强度测量和冻土设计提供理论基础.

摘要： 土体冻结和融化时的水分迁移、相变与传热是一个相互影响的耦合过程.本文采用基于有限体积法的开源软件OpenFOAM,编制描述土体冻融过程的水热耦合计算程序.首先,基于土体水分和热量迁移基本方程、水分相变与温度的平衡方程,同时考虑相变对水分特征参数和热特性参数的影响,以及相变潜热对传热过程的影响,建立冻土水热耦合数学模型.然后,采用基于多面体网格的有限体积方法对水热耦合控制方程进行空间离散,采用全隐式向后差分方法对方程进行时间离散,由此编制冻土水热耦合计算程序.该程序具有良好的几何适应性、质量和能量守恒性,具备面向复杂问题的并行计算功能.最后,采用该程序对两组不同温度边界条件的室内土体冻结试验进行数值模拟,并与实验结果进行对比,结果表明该程序可以较为准确地模拟土体冻结过程中温度场和水分场的演化特征.

摘要： 利用石河子市1961-2010年逐日地温、降水量、蒸发量和冻土观测数据,采用线性趋势、完全相关系数和回归方法,分析讨论了石河子市冻土变化特征,冻土与地温、降水量、蒸发量的变化关系.结果表明:50a来,石河子市土壤表面始冻期呈现明显推迟趋势,解冻期呈现明显提前趋势,平均冻土深度和最大冻土深度均呈明显减小趋势;10-11月平均地面最低温度与土壤表面始冻期负相关明显,3-4月平均地面最低温度与土壤表面解冻期负相关明显;秋季降水量和蒸发量对土壤表面始冻期推迟,蒸发量对土壤表面解冻期提前影响较小,在统计检验基础上建立了石河子市土壤始冻期、解冻期的预报方程如下:始冻期方程:SDQ=-0.5745D10+57;解冻期预报方程:JDQ=-0.3275D4+87.89.

摘要： 冻土在高应力水平下通常会表现出加速蠕变特性.经典西原(Nishihara)模型可以反映衰减蠕变和稳态蠕变,但不适用于描述加速蠕变.通过对Nishihara模型中黏性元件进行修正,将黏弹性元件中的定常的黏滞系数修正为时间的函数,并在黏塑性元件中采用非定常、非牛顿黏性元件,得到的蠕变柔量可以考虑应力水平和时间的影响,使其能够反映其加速蠕变的过程.用提出的模型分别对一维和三维应力、不同应力水平下的冻土蠕变试验数据进行了拟合,拟合结果能够反映冻土从衰减蠕变和稳定蠕变状态进入加速蠕变的过程,说明了该模型对于描述冻土在不同应力下不同蠕变状态的适用性.

摘要： 通过测量土壤的介电常数来获得土壤体积含水量的方法一直以来被研究者们广泛使用.之前已有很多研究者对于TDR测量土壤体积含水量的方法进行了大量研究,但是,针对近年来广泛使用的5TM土壤水分传感器的研究却很少.一方面,对于5TM土壤水分传感器在各类土中的测量精度几乎没有研究;另一方面,对负温条件下5TM土壤水分探头的适用性研究也不够明确.本研究基于5TM土壤水分传感器,针对我国青藏高原红黏土、粉土、矿物微硅粉3种典型介质,首先对常温下3种介质的介电常数与体积含水量的经验关系展开了研究,重新修正了Topp式(1980),确定了Ledieu关系式中的a、b值,并提出了另外一种对数型的经验公式,通过对各经验公式适用性的比较,发现修正后的Topp形经验公式对于各类介质适用性最好;其次,通过与NMR法所测得的介质冻结过程中未冻水含量的变化进行比较,得到了饱和红黏土冻结过程中的介电常数与体积含水量间的经验公式,并分析评估了5TM土壤水分探头在冻土水热研究中的适用性.

摘要： 本文采用升降轨和多时域InSAR资料对西藏拉萨市当雄地区的冻土形变进行分析。选取时空基线阂值分别为700天和150米，其中升轨生成121个小基线干涉图，降轨生成68个小基线干涉图。采用升轨和降轨资料对冻土水平和垂直形变进行了分析，结果表明冻土形变以垂直变形为主，年周期变形量均介于4-5.5cm之间，最大相对形变量达到了56mm，青藏铁路沿线、青藏公路沿线年周期形变量介于3-4cm。宁中盆地较相邻区域形变幅度较大，整体上表现出因冻融循环过程中冻土的构造变化而引起永久的压缩沉降趋势，同时呈现出和气温变化相一致的趋势，在冷季冻土活动层处于冻结状态，在暖季冻土活动层处于融化状态，地表融化下沉，8-9月份沉降量达到最大。

摘要： 多年冻土指持续两年及以上冻结不融化的各种岩土和土壤。本文揭示了氮可利用性通过影响微生物代谢效率调控土壤碳动态的新机制，为准确预测冻土融化后土壤碳的动态变化提供了新视角。

摘要： 土的冻胀是寒区工程中的主要冻害形式,开展冻胀模型研究对于解决寒区工程问题具有重要的指导意义.建立冻胀模型的主要目的是描述物理变化过程、预测冻胀变形,寻找变形的控制方法,为工程实践提供理论指导和参考依据.本文概述了各类预报冻胀模型的发展及理论基础,分类和评价了常见的冻胀模型的优缺点及适用范围;基于冻胀模型研究现状及存在问题,也提出了相应设想:必须将非饱和土体冻融过程中的水热力相互作用研究纳入进来,以及开发大型的计算机软件包,对各类冻胀预报模型做综合的评价,尽可能达到在大范围内预报冻胀的目的.

摘要： 土的冻胀是寒区工程中的主要冻害形式,开展冻胀模型研究对于解决寒区工程问题具有重要的指导意义.建立冻胀模型的主要目的是描述物理变化过程、预测冻胀变形,寻找变形的控制方法,为工程实践提供理论指导和参考依据.本文概述了各类预报冻胀模型的发展及理论基础,分类和评价了常见的冻胀模型的优缺点及适用范围;基于冻胀模型研究现状及存在问题,也提出了相应设想:必须将非饱和土体冻融过程中的水热力相互作用研究纳入进来,以及开发大型的计算机软件包,对各类冻胀预报模型做综合的评价,尽可能达到在大范围内预报冻胀的目的.

摘要： 本发明公开了一种面向分布式水文模型的季节性冻土区冻土层厚度模拟方法，包括：S1、建立季节性冻土区冻土层中土壤温度与其影响因素之间的关系式；S2、基于土壤温度与其影响因素之间的关系式，建立冻土层厚度与土壤温度之间的关系，进而实现季节性冻土区冻土层厚度模拟。本发明方法通过先建立土壤温度与相关影响因素之间的关系，然后再建立冻土厚度与土壤温度之间的关系，提高了分布式水文模型在气候寒冷的季节性冻土区的适用性，同时，利用冻土区厚度监测数据率定模型中的参数变量，进一步提高模拟精度。

摘要： 一种冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，由平台基土、地下水补给体系、温度保障系统和防水护层组成；平台基土用试验所涉土体填筑而成；地下水补给体系由蓄水池、进水管、排气管组成，蓄水池位于平台基土之下，进水管、排气管分别沿平台基土对边两边缘置入平台基土与蓄水池连通；温度保障系统由地面以上的保温隔热封闭空间和土中保温隔热部件组成一个相对隔热的空间，防水护层设置在地下保温隔热部件外侧及下方。本发明为永久冻土区或季节冻土区的土体冻结、融化过程中的物理、力学、热学等方面性质的研究以及此过程中土壤中的水、气、盐、肥等变化规律及其对土壤性质影响乃至最终对作物的影响研究，甚至土木工程行业建筑物在土环境温度变化时的响应研究提供了基础平台。

摘要： 本发明公开了一种冻土冻胀实验装置以及测量冻土冻胀测量的方法，属于土木工程技术领域，现有的技术在对冻土进行冻胀实验测量时，由于传统的设备无法将采集的冻土粉碎，大多通过人工将冻土敲碎，由此导致冻土的冻胀测量实验较为麻烦，包括实验测量桶，实验测量桶的一面固定安装有入料斗，实验测量桶的外壁可拆卸有出料盖板，实验测量桶的外壁可拆卸有检修盖板；通过驱动第一转动杆转动，一个第一转动杆通过两个相互啮合的第一齿轮使两个第一转动杆同步反向转动，两个第一转动杆使两个粉碎辊同步反向转动，两个粉碎辊将实验冻土粉碎，并使粉碎的实验冻土掉落在筛料盘内，从而方便的实现了实验冻土的粉碎，进而有效的提高了后续冻土实验的便捷性。

摘要： 本发明公开了一种面向分布式水文模型的季节性冻土区冻土层厚度模拟方法，包括：S1、建立季节性冻土区冻土层中土壤温度与其影响因素之间的关系式；S2、基于土壤温度与其影响因素之间的关系式，建立冻土层厚度与土壤温度之间的关系，进而实现季节性冻土区冻土层厚度模拟。本发明方法通过先建立土壤温度与相关影响因素之间的关系，然后再建立冻土厚度与土壤温度之间的关系，提高了分布式水文模型在气候寒冷的季节性冻土区的适用性，同时，利用冻土区厚度监测数据率定模型中的参数变量，进一步提高模拟精度。

摘要： 本发明公开了一种冻土便携式取土器及采用该便携式取土器的冻土采集方法，其冻土便携式取土器包括取土器套管和与取土器套管连接的取土器后座，取土器后座的端部连接有静压手柄，取土器后座内设置有电源控制仓和通入取土器套管内的排气孔；电源控制仓内设置有供电电源，取土器套管底部外壁上设置有刃口，取土器套管底部内设置有发热电阻丝，发热电阻丝与供电电源的输出端连接；取土器套管内设置有取样推杆，取样推杆的底部连接有推盘。本发明结构简单，设计新颖合理，拆卸运输方便，便于维护保养，性价比高，实用性强，使用效果好，便与推广使用。

摘要： 本发明涉及一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构，该结构包括置于多年冻土层内的现浇灌注桩和内设工质的热管。所述热管的下部蒸发段埋在所述现浇灌注桩中，上部冷凝段设在地表和建筑物之间；所述热管的上部设有散热器。本发明结构简单，易于实施，借助热管的工作特性可以显著降低桩基和桩基所处的多年冻土层的温度，从而防止桩基沉降。

摘要： 本发明公开了一种冻土用钻探取土器，该钻探取土器包括取土器套管和与取土器套管连接的取土器后座，所述取土器后座的端部连接有钻杆连接头，所述取土器后座内设置有电源控制仓和通入取土器套管内的排气孔；所述电源控制仓内设置有供电电源，所述取土器套管底部外壁上设置有刃口，所述取土器套管底部内设置有发热电阻丝，所述发热电阻丝与供电电源的输出端连接；本发明还公开了一种采用该钻探取土器的冻土采集方法。本发明设计新颖合理，钻探取土器的拆卸运输方便，便于维护保养，性价比高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

摘要： 本实用新型涉及冻土监测技术领域，公开了一种永久冻土区冻土监测的简易装置，包括：监测管，监测管内用于填充液体；若干个绑扎件；支撑绳，与监测管并列设置，支撑绳通过若干个绑扎件与监测管绑扎连接，若干个绑扎件将监测管分隔成若干段。本实用新型监测管、支撑绳方便携带和收纳，材料成本低；使用过程无电力消耗，且无需人工长期值守及搭建固定监测基地，具有监测成本低的优点。利用监测管中填充液体，通过液体与永久冻土层之间发生热量传递，进而实现液体冻结，通过观察监测管内液体冻结状况即可得知相应深度地层冻结情况，解决了短时间尺度、临时监测点的永久冻土监测难的问题，实用效果好，监测结果准确。

摘要： 本实用新型公开了一种高效开挖多年冻土与冻土层的施工机具，涉及冻土施工设备技术领域。本实用新型包括破土板，破土板的上端固定有安装板，安装板的外侧设置有安装壳，安装壳的中部开设有安装口，安装板的左右侧均开设有凹槽，安装壳的左右端相对应凹槽的位置处均开设有通口，通口的内部均开设有放置口，通口的内部均设置有锁紧板，锁紧板相对应安装板的一端均固定有放置板，第一螺孔和第二螺孔的内部均设置有螺栓，安装壳右方的螺栓上均设置有固定螺母，安装板上端的左右侧均开设有移动口，移动口的内部设置有移动板。本实用新型通过设置安装壳、安装板、固定螺母、螺栓和移动板，解决了现有的冻土施工机具中不具备便于更换的功能的问题。

摘要： 本实用新型涉及一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构，该结构包括置于多年冻土层内的现浇灌注桩和内设工质的热管。所述热管的下部蒸发段埋在所述现浇灌注桩中，上部冷凝段设在地表和建筑物之间；所述热管的上部设有散热器。本实用新型结构简单，易于实施，借助热管的工作特性可以显著降低桩基和桩基所处的多年冻土层的温度，从而防止桩基沉降。