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煤气化粗渣改良季节冻土区黄土填料的冻融特性及其微观机理研究
1
作者 武立波 杨嘉伟 +1 位作者 刘惠阳 陈宏信 《冰川冻土》 CSCD 2024年第3期930-943,共14页
由于周期性的冻融循环作用,中国西北黄土区路基工程极易发生冻融病害,常用的解决方法是用改良黄土作为路基填料。目前工业废弃物改性不良路基土已成为工程地基改良处理的新趋向,鉴于西北地区煤气化渣堆存量巨大且资源化利用率低,尝试用... 由于周期性的冻融循环作用,中国西北黄土区路基工程极易发生冻融病害,常用的解决方法是用改良黄土作为路基填料。目前工业废弃物改性不良路基土已成为工程地基改良处理的新趋向,鉴于西北地区煤气化渣堆存量巨大且资源化利用率低,尝试用煤气化粗渣改良季节冻土区黄土,以素黄土与单掺石灰改良黄土作为对比试验组,通过室内冻融循环试验、电镜扫描、CT扫描试验来探究在冻融循环条件下煤气化粗渣改良黄土的冻融特性及其微观机理,为季节冻土区黄土路基工程稳定性及煤气化渣资源化利用提出一些新的思考。试验结果表明:(1)经历1次与2次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率为0.02%与0.29%,融沉系数为0%与0.05%,素黄土、单掺4%石灰试验组的冻胀率分别为0.43%与0.63%、0.38%与0.42%,融沉系数分别为0.26%与0.22%、0%与0.13%,但在经历3次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率和融沉系数开始增大,5次冻融循环周期内的平均冻胀率和融沉系数分别为0.38%与0.17%,已接近甚至大于素黄土与单掺4%石灰试验组的数值。在前两次冻融循环周期内,平均冻胀率和融沉系数较素黄土组分别减小了70.8%和89.6%。(2)单掺15%煤气化粗渣试样各位置的温度梯度最小,其次是双掺煤气化粗渣与石灰试样,并且这两组试样正负温条件下的导热系数最小。(3)经过5次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试样各高度的含水率最低。(4)单掺适量的煤气化粗渣在冻融循环的初期能明显地改善黄土的冻融特性,再掺入少量的石灰能使试样在冻融循环前后的孔隙率较素黄土分别降低41.5%与47.8%。总的来说,黄土中掺入煤气化粗渣在冻融循环次数少于3次时能改善黄土路基填料的寒区服役性,但其在更多次冻融循环条件下的冻融特性还需进一步研究。 展开更多
关键词 季节冻土区 煤气化粗渣 黄土 路基填料 冻融特性 微观机理
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基于SHAW模型的黑河上游多年冻土与季节冻土水热过程模拟
2
作者 石志峰 李新 +2 位作者 孙自永 马瑞 曹斌 《冰川冻土》 CSCD 2024年第5期1678-1691,共14页
全球气候变暖导致多年冻土快速升温,并逐渐退化为季节冻土,而多年冻土和季节冻土在土壤稳定性、水分传输及地气交换等方面存在显著差异。因此,探究多年冻土与季节冻土的冻融特征差异具有重要意义。本文基于水热耦合模型(SHAW),以黑河上... 全球气候变暖导致多年冻土快速升温,并逐渐退化为季节冻土,而多年冻土和季节冻土在土壤稳定性、水分传输及地气交换等方面存在显著差异。因此,探究多年冻土与季节冻土的冻融特征差异具有重要意义。本文基于水热耦合模型(SHAW),以黑河上游祁连山区的大沙龙站(多年冻土)和阿柔站(季节冻土)为研究对象,对土壤温度、湿度和土壤冻融过程进行模拟分析。结果表明:SHAW模型在模拟两种类型冻土站点水热过程时均显示出了良好的精度,在多年冻土站点的总体表现更好。具体而言,多年冻土/季节冻土站点的土壤温度和土壤湿度的平均纳什效率系数(NSE)分别为0.95/0.91和0.74/0.37。同时,两个站点的水热过程差异显著,多年冻土站点模拟期平均冻结速率(6.75 cm·d^(-1))显著大于季节冻土站点(1.33 cm·d^(-1)),而平均融化速率(2.11 cm·d^(-1))略小于季节冻土站点(3.15 cm·d^(-1))。由于多年冻土站点的下伏多年冻土层起着“地下冷源”的作用,深层(80 cm以下)土壤温度的季节波动幅度小于季节冻土站点。本文结论可为研究黑河上游多年冻土与季节冻土的冻融差异提供参考。 展开更多
关键词 多年冻土 季节冻土 SHAW 土壤温度 土壤湿度 冻融循环
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无机材料改良季节冻土区碳酸盐渍土试验及其方案评价
3
作者 陈克政 黄帅 +3 位作者 胡争 丁黔 柳艳杰 丁琳 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第5期124-132,138,共10页
为解决松嫩平原碳酸盐渍土对工程的不利影响,且削弱季节冻土区冻融循环对碳酸盐渍土带来的损伤,采用无机材料石灰和粉煤灰对碳酸盐渍土进行改良。研究了不同改良方案下碳酸盐渍土抗剪强度的变化及其抵抗冻融循环的能力;通过熵权-TOPSIS... 为解决松嫩平原碳酸盐渍土对工程的不利影响,且削弱季节冻土区冻融循环对碳酸盐渍土带来的损伤,采用无机材料石灰和粉煤灰对碳酸盐渍土进行改良。研究了不同改良方案下碳酸盐渍土抗剪强度的变化及其抵抗冻融循环的能力;通过熵权-TOPSIS模型对各改良方案进行评价。结果表明:石灰和粉煤灰均会提升碳酸盐渍土的抗剪强度,但是石灰的改良效果远胜于粉煤灰,石灰会使得碳酸盐渍土的应力-应变曲线变成应变软化型;粉煤灰在提升碳酸盐渍土抵抗冻融损伤能力上表现得比较突出;而双掺石灰和粉煤灰明显兼顾了强度和抵抗冻融损伤能力这2个指标;在考虑力学性能、抗冻融能力以及经济等因素时,石灰和粉煤灰的掺量均为12%的方案最优。 展开更多
关键词 季节冻土区 改良碳酸盐渍土 无机材料 熵权-TOPSIS模型
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不同冻融阶段表层季节冻土细菌群落结构和功能解析
4
作者 关健飞 曹阳 徐鸿嘉 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第13期5726-5734,共9页
冻土微生物对预测冻土和气候之间潜在反馈机制至关重要。为明确不同冻融阶段对冻土细菌群落的影响,揭示冻土性质变化与细菌群落之间的响应关系,选择黑龙江典型季节冻土表层土为研究对象并进行理化性质测定,采用16S rRNA高通量测序技术... 冻土微生物对预测冻土和气候之间潜在反馈机制至关重要。为明确不同冻融阶段对冻土细菌群落的影响,揭示冻土性质变化与细菌群落之间的响应关系,选择黑龙江典型季节冻土表层土为研究对象并进行理化性质测定,采用16S rRNA高通量测序技术分析细菌群落结构和功能组成,通过冗余分析等方法探究土壤理化性质与细菌群落结构和功能之间的相关关系。结果表明:(1)不同冻融阶段对土壤pH和总磷含量影响不显著,完全冻结期土壤中机质和总氮含量显著高于冻融循环期(P<0.05)。(2)共获得OTU序列985111条,属于42个菌门,优势菌门中,放线菌门(Actinobacteria)相对丰度在完全解冻期显著高于冻融循环期和完全冻结期(P<0.05),变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度在不同冻融阶段未表现出显著性差异。不同冻融阶段对细菌Alpha多样性和Beta多样性影响显著,其中冻融循环期显著增加了细菌群落的多样性,完全冻结期则使Beta多样性发生显著变化。此外,完全冻结期对细菌丰度之间的正相关性以及群落的稳定性影响较大。(3)细菌群落功能共5418种,分属于6大类,其中新陈代谢功能占比最大,不同冻融阶段平均值占比75%以上。一级功能在完全冻结期和完全解冻期之间均具有显著性差异(P<0.05)。具有显著性差异的二级功能中,几乎均在完全冻结期和完全解冻期之间存在显著差异(P<0.05)。(4)土壤有机碳(SOC)、总氮(STN)、总磷(STP)是影响细菌群落结构组成和功能的主要环境因子,pH影响不显著。综上所述,不同冻融阶段(特别是完全冻结期)对细菌群落结构组成和功能具有显著影响,这种影响的变化与土壤性质SOC、STN、STP呈现显著正相关或负相关关系,研究结果为进一步研究气候变暖背景下黑龙江省季节冻土微生物的响应机制提供科学依据。 展开更多
关键词 季节冻土 高通量测序 土壤理化性质 细菌群落
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高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及其影响因素——以天山南坡为例
5
作者 施发祥 秦甲 +4 位作者 韩添丁 崔峻豪 丁永建 成鹏 游艳辉 《冰川冻土》 CSCD 2024年第1期89-100,共12页
季节冻土在高寒山区广泛分布,其冻融过程会对水文水资源和生态环境产生深刻影响。研究气候变化背景下高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及影响机理,可为高寒山区水资源管理和生态保护提供科学依据。本文选择天山南坡作为研究区,基于13... 季节冻土在高寒山区广泛分布,其冻融过程会对水文水资源和生态环境产生深刻影响。研究气候变化背景下高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及影响机理,可为高寒山区水资源管理和生态保护提供科学依据。本文选择天山南坡作为研究区,基于13个气象站点1958年以来季节冻土冻融参数(最大冻深、冻结期、始冻日、解冻日)、气温、地表温度、降雨和积雪等数据,使用空间分析和多元线性回归统计等方法对冻融参数的时空变化特征进行分析,量化不同气候因素对季节冻土冻融变化的影响权重。结果表明,季节冻土最大冻深在(48.5±11.4)~(96.8±8.5)cm之间,冻结天数在(102±10)~(141±14)d之间,多年平均始冻日在11月7日至19日之间,多年平均解冻日在3月1日至28日之间。1950年代至2010年代期间,始冻日逐渐推迟,解冻日逐渐提前,冻结天数缩短。空间分布上,最大冻深有“海拔高,最大冻深大”的规律;空间变化趋势上,最大冻深在研究区中部显著增加;冻结天数在研究区内大范围显著缩短。季节冻土冻融变化与气温相关性最强,温度(气温和地表温度)是季节冻土冻融变化的主导因子。定量评价发现,气温影响占比(24.1±3.6)%,地表温度影响占比(12.1±3.1)%,降雨影响占比(9.6±1.7)%,积雪影响占比(5.1±1.5)%。 展开更多
关键词 季节冻土 最大冻深 冻结期 时空变化 天山南坡
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气候变暖背景下青海三江源区季节冻土冻融特征研究 被引量：1
6
作者 李万志 马海玲 +4 位作者 庞昕玮 白文蓉 李红梅 余迪 李漠雨 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第4期1233-1241,共9页
青海三江源区是全球气候变化的敏感区和生态环境脆弱区,目前正面临着冻土退化的问题。本研究基于三江源区18个国家气象站1961—2021年气象观测资料,对气候变暖前后季节冻土冻融特征进行对比分析。结果表明:三江源区年平均气温为-0.34℃... 青海三江源区是全球气候变化的敏感区和生态环境脆弱区,目前正面临着冻土退化的问题。本研究基于三江源区18个国家气象站1961—2021年气象观测资料,对气候变暖前后季节冻土冻融特征进行对比分析。结果表明:三江源区年平均气温为-0.34℃,呈东高西低分布,总体以0.38℃·(10a)^(-1)的速率上升,并在1997年发生突变,突变后气温显著升高。平均年最大季节冻结深度为142.5 cm,自西北向东南减小,总体以2.4 cm·(10a)^(-1)速率退化,与变暖前相比减少了11 cm。平均地表冻结初日为10月24日,以1.0 d·(10a)^(-1)速率推迟,平均地表冻结终日为5月18日,以3.3 d·(10a)^(-1)速率提前,与变暖前相比,地表冻结终日提前了12 d,地表冻结初日推迟了14 d。季节冻土平均冻结时间为133.9 d,呈西高东低分布,总体以1.9 d·(10a)^(-1)速率减少,与变暖前相比减少了8.8 d。年最大冻结深度及冻结时间分别在2004年和2002年发生突变,相比气温均有一定滞后。这说明,季节冻土在受气温变化影响同时,还受地形、人类活动等其他因素影响。该研究揭示了三江源区季节冻土冻结作用弱化的现象,研究成果可为应对气候变化、工程建设等提供参考。 展开更多
关键词 气候变暖 季节冻土 季节冻结期 年最大季节冻结深度 三江源区
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季节冻土区路基土的损伤本构模型研究 被引量：2
7
作者 李永靖 程耀辉 +3 位作者 赵涛锋 陈博文 马瑞 宋洋 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第4期1359-1366,共8页
为探索不同冻融循环次数和围压作用对季节冻土区路基土在不同含水率条件下的应力-应变关系及损伤机理,以辽宁阜新市某公路区间为试验路段,采用环刀法选取试验路段路基土样,通过冻融循环及三轴压缩试验,得到在不同冻融循环次数及围压作... 为探索不同冻融循环次数和围压作用对季节冻土区路基土在不同含水率条件下的应力-应变关系及损伤机理,以辽宁阜新市某公路区间为试验路段,采用环刀法选取试验路段路基土样,通过冻融循环及三轴压缩试验,得到在不同冻融循环次数及围压作用下路基土的应力-应变曲线变化规律;根据损伤力学及统计学原理,将Weibull分布与Lemaitre有效应力原理相结合,建立了季节冻土区路基土损伤本构模型。结果表明:冻融循环作用可导致路基土试件强度降低,且随着试件含水率的增加,应力-应变曲线呈现由应变软化逐渐表现为应变硬化特征,试件最优含水率为应变软化与应变硬化的分界点;随着围压的增大试件强度增加,在冻融循环次数较少且围压较低时,试件的应力-应变曲线出现峰值应力,曲线表现出应变软化特征,在冻融循环次数较多且围压较大时容易出现应变硬化现象;经对比分析,所建立的损伤本构模型与试验应力-应变曲线吻合度较好,且模型所需参数均可通过三轴试验获得,说明该模型能够较好地描述季节冻土区路基土的应力-应变关系,具有实用性。另由试验结果可知,为降低东北地区冻融循环作用对季节冻土区路基强度的影响,提前做好路基的防排水工作对于路基冻融病害防治是非常重要的。 展开更多
关键词 道路工程 损伤本构模型 统计损伤理论 路基土 季节冻土 冻融循环
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季节冻土山区公路路基阴阳坡效应及其防治措施研究
8
作者 武立波 曹金生 +3 位作者 牛富俊 林战举 商允虎 胡川 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第3期966-979,共14页
大量工程实践表明,在寒冷山区公路建设过程中,路基阴阳坡效应对冻土区路基的稳定性具有重要影响。以甘肃省南部山区季节冻土路基为例,基于新建宕昌—迭部二级公路试验段的现场监测资料,分析了季节冻土山区公路路基阴阳面的地温和变形差... 大量工程实践表明,在寒冷山区公路建设过程中,路基阴阳坡效应对冻土区路基的稳定性具有重要影响。以甘肃省南部山区季节冻土路基为例,基于新建宕昌—迭部二级公路试验段的现场监测资料,分析了季节冻土山区公路路基阴阳面的地温和变形差异,提出针对性的两种新型防治措施——措施A(阴坡侧路基下半幅铺设10 cm厚XPS板,阳坡侧路基下半幅铺设6 cm厚XPS板)和措施B(路基下满幅+阴坡坡面铺设6 cm厚XPS板),并通过数值模拟分析了这两种措施控制路基阴阳坡效应的效果。结果表明,在甘肃南部季节冻土山区,山体遮挡作用使公路路基阴阳坡发生转换,对路基横向地温的影响不容忽视,试验段K18+180段阴坡路肩与阳坡路肩地温最大相差6℃左右,公路路基横向地温存在显著的阴阳坡效应。地温的横向差异导致公路路基土体冻深和冻胀变形的横向差异,两个试验段路基中心与阳坡路肩的最大季节冻深在第一个、第二个冻结期内均相差约0.8 m和0.9 m,K18+180段阴阳坡路肩冻胀量差值的最大值为2.8 mm,出现在春融初期。路堤高度为1.0 m、2.0 m时,措施A和措施B都能显著地减小公路路基阴阳坡温度差异,并且控制效果明显优于普通措施(满幅铺设8 cm厚XPS板、满幅铺设6 cm厚XPS板)。建议季节冻土山区公路设计时应充分考虑山体遮挡这一局地因素对路基土体冻融状态的影响,并采取阴阳坡两侧差异设计的结构型式,以减少因阴阳坡现象导致的路基病害。研究结果可为季节冻土山区路基阴阳坡效应及其防治研究以及冻害研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 季节冻土山区 阴阳坡效应 防治措施 最大季节冻深 地温 变形
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季节冻土区纤维改良路基土冻胀融沉特性研究 被引量：4
9
作者 王泽成 李栋伟 +5 位作者 秦子鹏 安令石 季安 夏明海 王振华 鹿庆蕊 《森林工程》 北大核心 2023年第4期145-154,共10页
为研究冻融循环下纤维改良路基土含水率、纤维掺量对土体冻胀融沉特性的影响规律,通过开展室内单向冻融试验,测得不同含水率、纤维掺量下路基土的冻融特性,获得水分场变化、冻胀率、融沉系数、冻融全过程温度场以及结冰温度变化规律。... 为研究冻融循环下纤维改良路基土含水率、纤维掺量对土体冻胀融沉特性的影响规律,通过开展室内单向冻融试验,测得不同含水率、纤维掺量下路基土的冻融特性,获得水分场变化、冻胀率、融沉系数、冻融全过程温度场以及结冰温度变化规律。结果表明,1)试样单向冻融过程中,随着深度的增加水相变程度越来越小,且冻融结束后各位置含水率不一致。不同初始含水率下的土样经历冻融循环后其水分重分布比较明显,不同纤维掺量的土样经历冻融循环后其水分分布基本相似。随着纤维掺量的增加,其水分迁移程度减小;2)8%~16%含水率范围内,其冻结竖向位移最大达到1.19 mm,其融化竖向位移最大达到2.56 mm,达到12%含水率时其冻胀率和融沉系数基本趋于稳定。在0%~0.5%纤维掺量范围内,其冻结竖向位移最大达到1.10 mm,其融化竖向位移最大达到2.85 mm;3)随着纤维掺量的增加其相变潜热越明显,土体结冰温度先降低后上升,在纤维掺量为0.3%时其结冰温度最低为-1.95℃,且达到结冰温度时间最长为14.1 min。研究成果可以为西部粉砂土分布地区铁路及工程建设提供参考。 展开更多
关键词 季节冻土区 聚丙烯纤维 改良路基土 冻胀融沉 结冰温度
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中国东北与西北地区季节冻土中水溶性离子质量分数及土壤盐渍化特征 被引量：1
10
作者 步小敏 郝琳瑶 +1 位作者 牟臻 王鑫 《兰州大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期314-321,共8页
采集季节冻土样品90份,利用离子色谱量化分析其中水溶性离子的质量分数,阐明中国东北及西北地区季节冻土中水溶性离子的分布特征及潜在来源.结果表明,中国季节冻土中离子组分具有较强的空间差异性,表现出“东北低、西北高”的特征.主要... 采集季节冻土样品90份,利用离子色谱量化分析其中水溶性离子的质量分数,阐明中国东北及西北地区季节冻土中水溶性离子的分布特征及潜在来源.结果表明,中国季节冻土中离子组分具有较强的空间差异性,表现出“东北低、西北高”的特征.主要阳离子平均质量分数w(Na^(+))、w(Ca^(2+))、w(K^(+))、w(Mg^(2+))东北地区分别为(5.10、5.60、1.25、0.94)×10^(-6),西北地区分别为(104.0、57.1、11.3、7.67)×10^(-6);主要阴离子平均质量分数w(SO_(4)^(2-))、w(Cl^(-))、w(NO_(3)^(-))东北地区分别为(4.10、1.41、2.87)×10^(-6),西北地区分别为(222.0、71.2、14.2)×10^(-6).聚类分析与相关性分析结果表明,东北地区季节冻土中离子的主要来源为燃煤排放、农业施肥及植物残体,其主要盐类化合物可能为NaCl、Na_(2)SO_(4)及Mg(NO_(3))_(2);西北地区离子主要源于工业生产、农业灌溉及大气沉降,盐类组成以硫酸盐与氯盐化合物为主.西北地区季节冻土盐渍化程度高于东北地区,氯化物-硫酸盐盐土是研究区域季节冻土的主要类型. 展开更多
关键词 季节冻土 水溶性离子 空间分布 盐渍化
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松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律 被引量：1
11
作者 韩红卫 邱奇隆 +2 位作者 宋春山 姜海强 汪恩良 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第35期14947-14954,共8页
为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明:深度小于50... 为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明:深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。 展开更多
关键词 季节冻土 土体温度 滞后性 热量传递 热通量
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1961—2019年三江源地区季节冻土冻融状态时空变化及影响因素研究 被引量：2
12
作者 梁奔奔 李晓东 +1 位作者 张东 申燕玲 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第2期382-394,共13页
季节冻土是气候变化的重要指示器,对区域气候变化具有重要的表征作用。本文利用青海省三江源地区20个位于季节冻土区的气象观测站点数据,通过计算最大冻结深度、冻结开始日期、完全融化日期和冻融期4个指标,分析了1961—2019年期间三江... 季节冻土是气候变化的重要指示器,对区域气候变化具有重要的表征作用。本文利用青海省三江源地区20个位于季节冻土区的气象观测站点数据,通过计算最大冻结深度、冻结开始日期、完全融化日期和冻融期4个指标,分析了1961—2019年期间三江源地区季节冻土冻融状态时空变化特征;并通过计算空气冻结、融化指数及其变化趋势,结合地理因子(海拔、经度和纬度)和气候因子(气温、降水和雪深)评估了三江源地区季节冻土最大冻结深度与冻融状态的影响因素。结果表明:三江源地区季节冻土最大冻结深度为64.7~214.1 cm,冻结开始日期为9月初—10月底,完全融化日期为3月下旬—6月底,冻融期为144.7~288.4 d;1961—2019年期间三江源地区季节冻土最大冻结深度呈显著减小趋势[2.5 cm·(10a)^(-1)],冻结开始日期显著推迟[2.9 d·(10a)^(-1)],完全融化日期显著提前[2.6 d·(10a)^(-1)],冻融期显著缩短[5.5 d·(10a)^(-1)];三江源地区季节冻土冻融状态变化主要受温度变化的影响,表现为冷季温度的变化影响了完全融化日期,进而对冻融期和最大冻结深度产生影响,而地理因子和降水影响较小,雪深在该地区的影响基本可以忽略。 展开更多
关键词 季节冻土 三江源 冻融状态 气候变化
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季节冻土路基覆盖效应换填控制效果研究
13
作者 马浪 张瑞玲 张明礼 《甘肃科学学报》 2023年第3期113-120,共8页
季节冻土区的覆盖效应会导致路基内部发生水分迁移从而引起路面产生冻胀开裂及融沉塌陷等病害。采用非饱和土体水汽热耦合模型,重现了粉质黏土路基覆盖效应的形成过程,模拟了砂土换填法处理季节冻土区路基覆盖效应的效果。研究结果表明:... 季节冻土区的覆盖效应会导致路基内部发生水分迁移从而引起路面产生冻胀开裂及融沉塌陷等病害。采用非饱和土体水汽热耦合模型,重现了粉质黏土路基覆盖效应的形成过程,模拟了砂土换填法处理季节冻土区路基覆盖效应的效果。研究结果表明:(1)对于未换填的粉质黏土路基填料,覆盖效应作用下液态水和水汽在冬春季节向路基表层迁移,夏秋季节向路基内部迁移,水分在路基表层近1 m的范围内聚集,含水率的最大增加量达18%;(2)换填后的砂土路基相比于未换填的粉质黏土路基其冻结深度更深,液态水和水汽迁移通量减小。换填后的路基在覆盖效应作用下水分迁移量在换填深度内减少,含水率的累积变化值比未换填的路基小26%。因此,将路基一定深度范围内的粉质黏土填料换填为砂土填料可以防治由于覆盖效应所引起的表层含水率的增加。 展开更多
关键词 季节冻土 覆盖效应 含水率 换填土体 数值模拟
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基于机器学习的第三极季节冻土最大冻结深度未来变化预测
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作者 王冰泉 冉有华 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第2期798-807,共10页
最大冻结深度是季节冻土的重要指标,预测第三极地区未来最大冻结深度的变化,对于理解该区域的环境变化,指导生态保护、农牧业生产、工程建设等都具有重要意义。本研究利用基准时期(2000s)良好训练的支持向量回归模型,使用集合模拟策略,... 最大冻结深度是季节冻土的重要指标,预测第三极地区未来最大冻结深度的变化,对于理解该区域的环境变化,指导生态保护、农牧业生产、工程建设等都具有重要意义。本研究利用基准时期(2000s)良好训练的支持向量回归模型,使用集合模拟策略,预测了2050s和2090s第三极地区在4种SSP情景下最大冻结深度的变化。结果表明,在可持续路径(SSP126)、中间路径(SSP245)、区域竞争路径(SSP370)和化石燃料为主发展路径(SSP585)情景下,不包括多年冻土退化为季节冻土的区域,相对于基准期,季节冻土的最大冻结深度到21世纪末将分别减小10.41 cm(11.69%)、24.00 cm(26.95%)、37.71 cm(42.34%)和47.71 cm(53.57%)。最大冻结深度的减小具有海拔依赖性,随着海拔的升高,最大冻结深度减小的速率变大,但是海拔超过5000 m后,最大冻结深度减小速率逐渐减小,这与升温的海拔依赖性较为一致。最大冻结深度的变化也与生物群区有关,在4种SSP情景下,山地草地和灌木区的最大冻结深度减小速率最快,到21世纪末平均每十年分别减小1.80 cm、3.77 cm、5.77 cm和7.24 cm。分流域来看,青海湖流域减小速率最快。模拟预测结果可通过国家青藏高原科学数据中心(DOI:10.11888/Cryos.tpdc.273002)下载使用。该研究结果可为在全球变暖背景下理解第三极季节冻土的未来变化及其生态水文效应提供基础数据与信息。 展开更多
关键词 第三极 青藏高原 亚洲高山区 季节冻土 最大冻结深度 海拔依赖性
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新疆阿勒泰地区季节冻土路基温度场附面层参数研究
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作者 彭晓强 张尧 +1 位作者 刘乾坤 岳文迪 《河北建筑工程学院学报》 CAS 2023年第1期45-50,共6页
为了研究新疆阿勒泰地区的附面层参数,基于第二类和第三类混合边界条件,综合考虑太阳辐射、路面辐射、对流换热和蒸发耗热等因素的影响,运用数值模拟软件建立该地区季节冻土路基温度场模型,研究了新疆阿勒泰地区季节冻土路基温度场附面... 为了研究新疆阿勒泰地区的附面层参数,基于第二类和第三类混合边界条件,综合考虑太阳辐射、路面辐射、对流换热和蒸发耗热等因素的影响,运用数值模拟软件建立该地区季节冻土路基温度场模型,研究了新疆阿勒泰地区季节冻土路基温度场附面层参数及温度函数。研究结果表明:新疆阿勒泰地区天然地面的附面层厚度为0.4m,附面层底温度初始值为9.61℃,振幅为14.56℃;沥青面层附面层厚度为0.45m,附面层底温度初始值为10.85℃,振幅为16.43℃;混凝土面层附面层厚度为0.45m,附面层底温度初始值为9.46℃,振幅为16.39℃。 展开更多
关键词 阿勒泰地区 附面层 季节冻土 温度场
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换填法抑制季节冻土区铁路路基冻胀效果分析 被引量：56
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作者 许健 牛富俊 +1 位作者 牛永红 刘华 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1-7,共7页
以沈哈线路基A、B组填料为研究对象,采用室内冻胀试验,研究粉黏粒含量对其冻胀特性的影响。试验表明:路基填料的冻胀系数随粉黏粒含量增加而增加,且增幅逐渐增大;结合沈哈线路基基床厚度及沿线最大冻深,为保证路基不产生冻胀破坏,应确... 以沈哈线路基A、B组填料为研究对象,采用室内冻胀试验,研究粉黏粒含量对其冻胀特性的影响。试验表明:路基填料的冻胀系数随粉黏粒含量增加而增加,且增幅逐渐增大;结合沈哈线路基基床厚度及沿线最大冻深,为保证路基不产生冻胀破坏,应确保换填用路基A、B组填料中不含有粉黏粒。采用非稳态相变温度场的数学模型和热弹塑性冻胀模型,进行沈哈线换填试验段冻土路基冻融过程温度场及冻胀应力、变形场计算分析。结果表明:天然地面下2m左右为冻融活动层,是诱发路基土体冻胀的主要因素;用非冻胀性A、B组填料换填基床厚度范围内的冻胀性土层后,路堤填筑土体无冻胀变形产生,路基中的拉应力(拉应变)区域外移到距离路堤坡脚4m以外的天然地表下土体,大大减弱了对路堤的破坏作用,计算结果与实际情况相符。 展开更多
关键词 路基 季节冻土 换填法 冻胀系数 冻胀变形
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季节冻土区保温法抑制铁路路基冻胀效果研究 被引量：45
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作者 许健 牛富俊 +1 位作者 李爱敏 林战举 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期124-131,共8页
模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化;进一步分析表明,铺设保温板后,对路堤中心下冻结深度线的提升具有显著的作用,但对坡脚附近土体冻结深度线影响甚微,应当做好路基... 模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化;进一步分析表明,铺设保温板后,对路堤中心下冻结深度线的提升具有显著的作用,但对坡脚附近土体冻结深度线影响甚微,应当做好路基边坡防护工作。考虑土体体积力和土体冻结相变产生的膨胀力,采用热弹塑性冻胀计算模型,得到冻土路基冻胀时的变形和应力分布。在此基础之上,对冻土路基发生最大冻胀时的变形场和应力场进行分析,结果表明:利用保温法增大热阻,推迟或预防地基土的冻结,可明显减小路基冻胀隆起变形,使路基中拉应力(拉应变)减小;铺设保温板后路基坡脚附近天然地表下季节冻结层土体仍发生较大冻胀变形,其冻结时巨大的冻结膨胀力对路堤边坡仍有一定的破坏作用。建议与换填法相结合,改善坡脚附近冻胀敏感性土的土质,减弱其冻胀性,从而减小冻胀力对路堤的破坏作用。 展开更多
关键词 季节冻土区 冻土路基 保温法 冻胀变形 温度场
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季节冻土区高速铁路路基冻胀监测系统及冻胀规律研究 被引量：47
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作者 王春雷 张戎垦 +1 位作者 赵晓萌 周勇军 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2014年第4期962-968,共7页
季节冻土区修建高速铁路的主要问题是路基冻胀.依托我国东北、华北多个高速铁路路基冻胀监测工作实践,研究了一套冻胀监测系统的构建方法并成功应用于哈齐客专、大西客专、牡绥线等路基冻胀监测工作中.综合监测成果,对高速铁路路基冻胀... 季节冻土区修建高速铁路的主要问题是路基冻胀.依托我国东北、华北多个高速铁路路基冻胀监测工作实践,研究了一套冻胀监测系统的构建方法并成功应用于哈齐客专、大西客专、牡绥线等路基冻胀监测工作中.综合监测成果,对高速铁路路基冻胀规律进行了分析,对冻胀原因进行了总结.结果表明:冻胀监测系统应充分考虑严寒、低温、高速条件下,利用先进传感器及物联网技术来实现各子系统集成;季节冻土区铁路路基冻胀存在一定规律可循,季节冻土区铁路路基冻胀不可避免但是可控.填料质量是防冻胀控制的根本,施工质量过程管控是基础保障. 展开更多
关键词 季节冻土 高速铁路 路基冻胀 冻胀监测系统 冻胀规律
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季节冻土区高速铁路路堑段路基稳定性试验研究 被引量：18
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作者 牛富俊 刘华 +3 位作者 牛永红 林战举 鲁嘉濠 罗京 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期4032-4040,共9页
新建哈大客运专线穿越东北中部山前平原,其中有10 km长为地下水埋深很浅的路堑段,冻胀问题突出。基于对长春西客站附近的路堑段开展的路基水热状况监测,分析路基填筑主体及其下土体水热条件时空变化过程及其对冻胀的影响,并评价运营前... 新建哈大客运专线穿越东北中部山前平原,其中有10 km长为地下水埋深很浅的路堑段,冻胀问题突出。基于对长春西客站附近的路堑段开展的路基水热状况监测,分析路基填筑主体及其下土体水热条件时空变化过程及其对冻胀的影响,并评价运营前路基变形特性。结果表明,在现有设计和正常施工条件下,路基热稳定性良好,总体相对变形量未超过7 mm,上层冻胀变形量占据总体冻胀量的60%以上,且与地温呈负相关关系,并随着冻深而逐步减少;路基中设置的封闭复合土工膜阻隔外界水分向路基基床主体迁移,使得基床土体含水量基本稳定,从而减少分凝冰的形成;地温变化的趋势和分布特征与基床部位和表层工程措施相关:轨道板和钢筋混凝土基座增大路基的热阻,使得地温等值线在其下呈现略微"上抬"的趋势。同时正线两侧联络线使用的传统道碴层,因其降温机制使得其下的地温呈现略微"降低"的趋势。双向线路中间的排水沟下方冻结深度增大,而路基两侧的排水沟由于使用不同的工程构件,使得该部位下方及临近部位的冻结深度变化与路中排水沟下的略有不同。综合监测结果显示,监测期间试验段路基热力学稳定性良好。 展开更多
关键词 路基工程 季节冻土 高速铁路 地温 冻胀变形 热稳定性
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季节冻土区防冻胀护道对保温路基地温特征影响效果研究 被引量：20
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作者 许健 牛富俊 +2 位作者 牛永红 林战举 徐志英 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期84-90,共7页
运用土壤冻结条件下水热耦合输移基本方程及数值方法,考虑在铺设保温层情况下,加铺防冻胀护道对路基地温特征的影响规律,并与未加铺防冻胀护道的情况进行对比分析。结果表明:铺设保温材料对减小路基中部附近土体季节冻结深度有明显作用... 运用土壤冻结条件下水热耦合输移基本方程及数值方法,考虑在铺设保温层情况下,加铺防冻胀护道对路基地温特征的影响规律,并与未加铺防冻胀护道的情况进行对比分析。结果表明:铺设保温材料对减小路基中部附近土体季节冻结深度有明显作用,但对路基两侧冻结深度影响相对较小;加铺防冻胀护道对边坡下土体季节冻结深度有一定程度的抬升作用,上升幅度由路基坡脚向路肩逐渐减小,但对路基中部附近土体季节冻结深度影响甚微;保温板-防冻胀护道复合路基结构形式,充分利用两种措施优点,对路基中心、路肩以及坡脚下最大冻结深度抬升的综合效果更好,抬升最大值分别为1.48、1.01、0.68 m。 展开更多
关键词 季节冻土区 保温板 防冻胀护道 路基
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