第五届全国寒区岩土力学与工程青年学术论坛
基本信息
2022-07-23
2022-07-23
中国岩石力学与工程学会;中国冰冻科学学会;东北林业大学
会议文集
21. 基于分层核磁测试新技术的未冻水变化规律研究——以砂土冻融过程为例
摘要： 土体冻融过程中的未冻水动态变化与冰-水相变过程密切相关,是冻融过程中非饱和土研究的重要基础.利用在线控温以及分层扫描的核磁共振新技术直观测试冻融过程中非饱和砂土的未冻水含量.结合T2分布曲线(曲线上不同的T2值对应着孔隙水类别特性,曲线下方的面积对应试样水分含量)在冻融过程中的峰值大小和峰面积数据反演土体中含水量的大小与赋存的位置,而曲线的峰形态以及弛豫范围(各峰起始值以及终止值)等信息反演不同类型水分(吸附水与毛细水)以及土体结构的分布.在处理试验结果时,首先依据测试得到的冻结温度划分试样冻结区与未冻区.冻结区与未冻区未冻水含量及其孔隙变化差异明显,究其原因是冰水相变与水分迁移.在土样冻结区域冰水相变占主导地位,水分主要由未冻区向冻结锋面附近的e、f层迁移.首先以中大孔隙中毛细水迁移为主,其次以小孔隙中的吸附水迁移为辅.依据水相变成冰体积增大和孔隙体积占比数据分析可知,冻结区微小孔隙会在冻结过程中连通形成中大孔隙;而在未冻区水分迁移占主导地位.未冻区受固结作用中大孔隙压缩形成为小孔隙.试验过程中冻结锋面附近的e、f层孔隙变化最为剧烈.
提交时间：2022-07-23
22. 列车荷载下冻土路基非平稳随机振动分析的时域显式法
摘要： 随着我国冻土地区铁路运营里程的不断提升,冻土路基在随机列车荷载作用下的动力响应分析成为了急需解决的工程问题.本文以青藏铁路某路基横断面为例,采用时域显式蒙特卡罗模拟法,计算其在随机列车荷载作用下响应的统计特征.首先,提出列车驶过施加在路基顶面荷载的快速计算方法,并引入轨道不平顺及列车行驶速度两类随机参数,以生成随机分析所需的大量荷载样本.然后,采用数值积分方法将运动方程在时域上进行离散,建立任意离散时刻冻土路基动力响应关于列车荷载的显式表达式.基于该显式表达式,可以高效地实施蒙特卡罗模拟,得到在随机列车荷载作用下路基关键响应的均值、标准差和峰值等统计量.采用该方法,分析了路基在夏冬两个季节不同深度处的随机动力响应,发现在夏季路基浅层中的位移和速度响应最为剧烈.数值算例表明,时域显式蒙特卡罗模拟法在冻土路基随机振动分析中具有理想的计算精度和计算效率.
提交时间：2022-07-23
23. 黏土颗粒扩散双电层影响因素分析
摘要： 双电层结构对研究黏土力学特性、冻土水分迁移等具有重要意义.为了探究不同影响因素对黏土颗粒扩散双电层电势分布的影响,借鉴Gouy-Chapman-Stern双电层理论,基于Nernst-Planck方程和Poisson-Boltzmann方程,利用数值软件COMSOL定量分析了温度、浓度、颗粒尺寸、颗粒形状以及溶液相对介电常数对扩散双电层电势分布的影响规律.研究表明:温度对电势分布的影响不明显,但随着温度以及Stern层厚度增加,黏土颗粒表面电势和Stern电势均增加;而随着溶液浓度以及相对介电常数减小,表面电势值增加;在矿物成分、表面电荷密度以及颗粒形状确定的情况下,尺寸对于扩散双电层电势分布的影响不显著;但颗粒的不规则形状对电势分布的影响较为明显,当颗粒形状存在夹角时,夹角处的表面电势远大于其他位置,且夹角越小,夹角处表面电势值越大.
提交时间：2022-07-23
24. 气候变暖背景下沱沱河盆地多年冻土与融区地温过程研究
摘要： 沱沱河盆地地处青藏高原腹地,区内多年冻土与融区分布复杂.多年冻土与融区的分布及其变化是冻土学研究的重要内容,同时对于居民生产、生活以及工程建设选址具有重要的意义.基于20世纪80年代已有研究中对沱沱河盆地多年冻土和融区的分区,利用北岸青藏铁路沿线5个钻孔(N1～N5)和南岸一级阶地5个钻孔(S1～S5)的地温观测数据,研究了沱沱河南北岸多年冻土与融区的地温及其变化过程.结果表明,在区域气候暖湿化背景下,北岸多年冻土、融区经历了显著的升温退化过程.自2005-2020年,N1孔位的多年冻土经历了显著的下引式退化过程,从极高温不稳定冻土已退化为融区.2005-2013年期间,融区内年平均地温升温速率为0.3～0.4℃·(10a)-1.南岸自一级阶地至开心岭山前缓坡既有贯穿型也有非贯穿型融区的发育,融区的发育与河流与渗透-辐射机制以及冻结层上水发育有关.通过对盆地内10个钻孔的地温以及近20a的时间变化过程分析,加深了沱沱河盆地多年冻土与融区空间分布及其变化的认识.从盆地内多年冻土与融区的制图角度和工程建设需求出发,未来仍需要开展多手段现场勘察工作及对融区发育机制方面的深入研究.
提交时间：2022-07-23
25. 青藏高原热喀斯特湖演化及其对多年冻土的热影响模型计算研究
摘要： 青藏高原热喀斯特湖分布广泛,近年来在气候变暖背景下快速发展.热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系,强烈影响多年冻土的热稳定性.为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响,以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料,发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型,模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响.结果表明:浅湖(＜1.0m)在目前稳定气候背景下处于较稳定状态,湖冰能够回冻至湖底,对下伏多年冻土影响较小;较深湖塘(≥1.0m)冬季不能回冻至湖底,湖深不断增加,且底部在50年内将会形成不同深度的融区.随着气候变暖,热喀斯特湖的热效应显著,深度快速增加,较深湖塘的最大湖冰厚度减小,底部多年冻土快速融化形成开放融区.研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响.
提交时间：2022-07-23
26. 青藏高原唐古拉地区活动层厚度分布特征及其影响因素
摘要： 多年冻土区活动层的冻融过程显著影响地-气间的水热交换、地表水文过程、冰缘地貌演变及寒区工程建设.活动层厚度的空间分异规律及其空间分布的准确模拟计算是冻土学研究的基础和核心问题之一.作为青藏高原中部东西走向最大的山脉和青藏高原多年冻土的主要分布区,唐古拉地区是青藏高原南部湿润区与北部干旱区的过渡区,该地区的活动层厚度空间分异规律研究对于揭示青藏高原多年冻土区活动层厚度整体空间分布规律具有重要意义.利用唐古拉地区南、北坡两个区域野外实测活动层厚度分布数据,分析了该区域活动层厚度的空间分异特征及其主要影响因素.结果表明,活动层厚度分布的突出特点是空间分异巨大,最小值仅为1.2m,最大值达到5.6m.以不同植被类型区活动层的平均厚度为对比标准,其分布特征为:沼泽草甸＜高寒草甸＜高寒荒漠＜高寒草原,高寒草原的平均活动层厚度最大.对比南、北坡,南坡活动层厚度普遍大于北坡.Stefan方程的计算结果表明,活动层厚度的变化速率随土壤含水率的变化最大,其次为土壤热导率,而随地表融化指数的变化最小.实测土壤含水率、探坑数据及地表融化指数与活动层厚度分布关系表明,影响活动层厚度空间分异的最为敏感的因素为土壤含水率,其次为土壤热导率,地表融化指数的敏感性最小.
提交时间：2022-07-23
27. 青藏工程走廊冻融土热扩散系数特性与预测模型研究
摘要： 热扩散系数是多年冻土对外界热扰动敏感程度的重要影响参数之一,也是寒区工程设计与建设的关键基础数据.基于瞬态平面热源法导热系数测试结果和质量加权法计算获取的比热容理论值,计算获得青藏工程走廊西大滩—唐古拉山沿线典型类别土样热扩散系数,分析对比了走廊带内冻融土热扩散系数的分布特征和参数影响规律,提出了基于经验拟合公式法和RBF神经网络方法的冻融土热扩散系数预测模型,并比较了不同预测模型的预测效果.研究结果表明:青藏工程走廊带内土的热扩散系数与粒径整体呈正相关性,融土热扩散系数按黏性土、粉土、全风化岩类、砂土及碎石土依次增大,冻土热扩散系数按黏性土、全风化岩类、粉土、碎石土及砂土依次增大;热扩散系数与容重及天然含水率相关性随土类及冻融状态差异明显,冻、融土热扩散系数呈显著正线性关系;以融土热扩散系数为拟合参数的冻土热扩散系数三元预测模型的预测精度明显高于二元经验公式;RBF神经网络模型在冻、融土热扩散系数预测中均具有最优的预测精度,为最佳预测模型.
提交时间：2022-07-23
28. 青藏铁路路基粗颗粒填料动力特性和安定性行为研究
摘要： 对冻结路基填料开展一系列恒围压和动围压分级循环加载三轴试验,采用轴向及径向双向同步循环加载方式来模拟原位列车荷载下路基填料的复杂循环应力状态,试验结果表明:轴向累积塑性应变随冻结负温的升高而增大,随粗颗粒含量的增大而减小.体变随冻结负温的降低先减小再增大,而体变在粗颗粒含量增加下的三阶段演化特征被试验确定.最后采用现有的三类路基安定性评估理论对冻结路基填料的累积塑性变形进行评估,Werkmeister-准则和马-准则分别在动围压和恒围压的条件下易进入塑性蠕变阶段,陈-准则在两条件下的评判结果均属于塑性安定范围,后循环压实阶段与二次循环变形阶段间临界点不同的确定方法对安定性的评估结果有不可忽视的影响.
提交时间：2022-07-23
29. 球模仪测试冻结砂长期抗剪强度的双球模型解答及其试验研究
摘要： 球形模板压入试验由于其试验过程简单易行,测试结果比较准确而广泛应用于冻结土的力学性质测试中,尤其是在确定冻结土的等效黏聚力上优势更为显著.本文通过球形模板压入试验分析不同粒径组冻结砂土长期等效黏聚力(长期抗剪强度)随时间的变化规律,并利用弹性力学解答空间问题的研究方法,总结出不同固定荷载试验条件下球形模板压头压入冻结砂土试样深度S,之间的相互转换关系.研究结果表明:试验过程中,冻结砂土的长期抗剪强度随时间呈降低趋势,降低速率由快至慢,最终在试验进行约24h后趋于稳定,且冻结砂土长期抗剪强度与砂土的颗粒尺寸呈正相关的关系;在7.0kg固定荷载试验条件下得到的压入深度随时间变化曲线经转换后得到的拟合曲线与在5.1kg固定荷载试验条件下得到的压入深度随时间变化的实测曲线相比较,具有较高拟合度;不同粒径组拟合所得的冻结砂土长期抗剪强度随时间变化曲线也与实测曲线具有较高拟合度.
提交时间：2022-07-23
30. 温度对土壤介电常数的影响规律研究
摘要： 介电常数是频域反射法测定土样含水率的关键参数之一.为获取温度对土壤介电常数的影响规律,利用矢量网络分析仪测得不同含水率、含盐量的试样在不同试验温度下的介电常数.通过分析土样介电常数随不同因素的变化规律,最后建立了介电常数与温度的关系.结果表明:温度对土样介电常数的影响主要表现在冰水剧烈相变阶段.当温度低于某一温度或者高于冻结温度后,介电常数受温度的影响较小.负温条件下,土样介电常数随含盐量增大而增大.引入阶梯函数建立的三阶段模型,可有效描述土样介电常数随温度的变化规律.
提交时间：2022-07-23
31. 循环冻融下寒区工程常用保温材料性能变化试验研究
摘要： 保温材料广泛应用于寒区工程的诸多领域.然而,在服役过程中,保温材料往往会受到浸水、冻融和盐蚀等多场耦合的循环作用,导致其保温、防水和强度等物理力学性能出现不同程度的退化.目前,保温材料的类型非常多,但其性能和耐久性有所不同,因此科学合理地选择保温材料不仅关系到其长期保温效果,同时对于工程构筑物的长期稳定性具有重要的意义.针对循环冻融作用,选取寒区工程中常用的4种保温材料[聚酚醛(FLK)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯挤塑板(XPS)和聚苯乙烯发泡板(EPS)]开展了浸纯水、浸盐水和干燥状态下的室内冻融循环试验,对经历了不同冻融次数的样品进行了表观密度、吸水率、导热系数、压缩强度、弯曲强度和微观结构系列测试.结果表明:浸润作用对保温材料物理力学性质影响显著,亲水性材料FLK的保温和力学性能退化显著,而憎水性材料PU、XPS和EPS变化相对较小.干燥条件下,冻融循环作用对FLK、XPS和EPS吸水率以及FLK的导热系数影响量值可观,但对4种保温材料的压缩和弯曲强度影响不大.浸纯水和盐水条件下,经历30次冻融循环后,FLK的导热系数增加约50％,弯曲强度降低超过0.3％,EPS的压缩强度降低超过10％.浸盐水后保温材料经历冻融循环作用后其物理力学性能退化程度与浸纯水条件下有所不同,该差异值得关注.通过扫描电镜图像能够识别4种保温材料的孔隙尺寸、孔隙致密度和固体颗粒胶结方式,但对经历冻融循环作用后的变化难以识别和量化.基于试验结果,结合寒区交通工程应用场景,分析了4种保温材料的冻融耐久性,以期服务丁寒区交通工程保温材料的合理应用.
提交时间：2022-07-23
32. 有载冻融作用对深部重塑黏土抗剪强度影响的试验研究
摘要： 深厚表土层冻结法凿井工程中,深部土体由于经历了高压冻融作用,导致其工程性质变化,认识冻融作用对其强度与变形影响,对于冻融病害防治有一定意义.本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融,并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验,探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律.研究结果表明:冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型;同时,经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降,在本试验条件下,抗剪强度最高下降了48.8％,割线模量E0.5最大下降了72.0％.通过对各影响因素的显著性分析,发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著,围压对两者的影响最弱.
提交时间：2022-07-23
33. 中国东北兴安岭地区年冻融频次的分布规律
摘要： 冻融循环是影响寒区工程和环境变化的重要因素之一,而年冻融频次(冻融循环的年累计量)是可以直接标定冻融循环对寒区工程和环境造成影响大小的物理量,对寒区环境下年冻融频次的调查有重要意义.以中国东北兴安岭地区为研究对象,选取兴安岭地区18个气象站点1990-2017年地表温度数据进行整理,得出兴安岭地区各个站点的年冻融频次,并在空间分布和时间序列上分析了年冻融频次的变化情况.结果表明:年冻融频次在中国东北兴安岭地区随着纬度增加逐渐增多,随着经度的增加逐渐减少,随着海拔升高而逐渐增多,且均具有良好的线性趋势;年冻融频次在1990-2017年呈明显的减少趋势,在2004年前后发生突变.进一步分析发现,在影响年冻融频次空间分布的3个因素中,经纬度影响较大,海拔影响相对较小;在时间上年冻融频次变化与东北地区NDVI变化情况呈现良好的负相关性,表明年冻融频次在一定程度上与当地植被覆盖度有关,且随植被覆盖度的增加而减少.
提交时间：2022-07-23
34. 主应力轴旋转条件下冻结黏土的动强度特性
摘要： 研究冻土动强度对寒区工程和人工冻结工程施工及安全性评价具有重要意义.为了揭示主应力轴旋转对冻结黏土动强度特性的影响,利用空心扭剪仪开展不同围压下冻结黏土动三轴和空心扭剪试验,探讨了主应力轴旋转对冻结黏土动强度、动黏聚力和动内摩擦角变化规律的影响.结果表明:主应力轴旋转导致冻结黏土试样的动强度降低,围压越低主应力轴旋转对动强度影响效果就越明显;随着震动次数的增多,主应力轴旋转条件下冻结黏土动黏聚力衰减速度相对于主应力方向固定时加快;不同于主应力轴方向固定条件下动内摩擦角随震动次数增多而衰减的特点,在主应力轴旋转条件下动内摩擦角随震动次数增多而增大.另外,研究显示主应力轴旋转条件下动强度、动黏聚力和动内摩擦角均与震动次数的对数呈良好的线性关系,用线性方程对其进行了拟合,并给出拟合系数和确定系数.
提交时间：2022-07-23
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