青藏高原降雨增加和气温升高对多年冻土水热动态贡献研究

在人类活动和全球气候变化驱动下,青藏高原气候整体呈现暖湿化变化趋势,由此引发的多年冻土活动层水热变化对寒区生态环境和寒区工程稳定性产生显著影响。目前,温度升高对多年冻土的影响机制较为明确,但降雨增加、降雨增加与气温升高共同作用下的多年冻土水热响应过程和机制尚不明确。在考虑雨水感热作用的地表能水平衡-冻土水热耦合模型的基础上,对比研究气温升高、降雨增加单一作用及其共同作用对活动层水热影响机制。结果表明:相比气温升高和降雨增加单一作用,暖湿化复合作用导致地表净辐射通量和蒸发潜热通量增长显著,地表感热降低更加明显,雨水感热影响较小,地表土壤热通量呈增加趋势;暖湿化复合作用下温度梯度液态水通量增长显著,基质势梯度液态水通量在浅层增幅也大于单独升温作用,但小于单一降雨增加作用,暖湿化导致暖季土壤含水率增幅小于单独降雨作用;暖湿化作用下活动层热传导通量在冷季增加显著且增幅小于单独升温作用,而液态水对流传热在暖季增加明显且增幅小于单独湿化作用;降雨增加促使土体暖季降温显著,暖湿化与单一气温升高均导致土体在冷季升温效果高于暖季;气温升高1.0℃引起多年冻土上限下移10cm,降雨增加100 mm促使上限抬升8 cm,暖湿化共同作用导致冻土上限下移6 cm;在暖湿化作用下,降雨增加对冻土降温作用较小,气温升高对冻土的升温效应仍占据主导。

师范专业认证背景下地理师范生多维协同培养模式研究

高素质人才培养依靠教师,为提升教师教育人才培养质量,针对师范类专业进行认证恰逢其时。本文基于OBE理念的专业认证,以南京师范大学地理科学(师范)专业师范生培养为例,参照认证标准规定的毕业要求,构建了以“毕业要求为核心”的师范生培养质量评价体系。并结合其培养过程中存在的问题,本着持续改进的原则和提升培养质量的初衷,提出了“多维协同培养”模式。希冀该模式对完善师范专业建设、提升师范生培养质量有一定的借鉴意义。

坦桑尼亚恩泽加地区覆盖区选区评价及综合找矿方法研究

恩泽加(Nzega)绿岩带为坦桑尼亚环维多利亚湖八大绿岩带之一,为坦桑尼亚重要的产金区域之一。由于其地表覆盖程度较高,地质调查和勘查工作程度较低,虽然针对隐伏型金矿床尚具备一定的找矿潜力,但同时也面临选区评价和找矿困难的问题。研究表明:在选区评价中,针对太古界尼安萨群条带状铁建造的区域航磁异常解译和研究区地球化学金异常分析是最主要的;而在采用地物化综合找矿方法开展勘查工作中,磁法和激电法结合对于寻找覆盖区下的含铁建造内部或接触带附近或剪切带内的金矿床效果较好。该地区首次使用了取样钻施工采样,对覆盖层下发育的含金矿化蚀变带进行了地质工程揭露,取得了一定的找矿成果,先后发现了伊博罗格罗(Iborogo)、卢素(Lusu)和乔马(Choma)等多个金矿床(点)。

近地表水汽密度对多年冻土区地表辐射的影响研究——以北麓河地区为例

气候暖湿化背景下,青藏高原地区大气水汽含量的增大通过影响地表辐射进而影响多年冻土地表能量分配及其热稳定性。以青藏高原中部北麓河地区的气象数据与活动层水热数据为基础,分析了2 m处空气相对湿度和夏季典型降雨事件对地表反照率及辐射四分量的影响。结果表明:大气水汽通过削弱太阳短波辐射,吸收地面长波辐射,增加向下长波辐射,进而降低地表反照率。大气水汽对地表辐射的影响具有明显的季节性特征,夏季大气水汽对太阳短波辐射的削弱作用最明显,并且发射的向下长波辐射较多;冬季大气水汽对太阳短波辐射的削弱作用相对较弱,发射向下长波辐射较少。在研究时段内北麓河地区夏季和冬季空气相对湿度每增加10%,太阳短波辐射日均值分别减少54.9和9.8 W/m^(2),向下长波辐射日均值分别增加14.8和3.9 W/m^(2)。秋季空气中水汽含量的变化对地表反照率的影响最大,秋季空气相对湿度每减小10%,地表反照率增加0.15;春季最小,春季空气相对湿度每增加10%,地表反照率仅降低0.01。夏季不同典型降雨事件导致近地表水汽密度和浅层土壤含水量增大,使地表反照率降低。夏季不同类型降雨事件对地表反照率的影响程度表现为:大雨>中雨>小雨。研究结果为暖湿化气候背景下青藏高原中部多年冻土区地表能量平衡分析提供参考。

拉压段长度变化对复合锚杆锚固性能影响研究

抗浮是深基坑施工所面临的重要工程问题之一,目前多使用抗浮锚杆平衡地下水对构筑物产生的浮力。但拉力锚杆具有局部应力集中、临界锚固深度浅等问题。因此研究设计了一种新型拉压分散型复合锚杆。通过现场试验,分析复合锚杆拉压段长度变化与锚杆锚固性能相关关系,并与拉力锚杆进行对比。结果表明:复合锚杆可以有效防止锚杆第一界面发生剪切破坏;随着承拉段与承压段长度比值降低(比值分别为5、2、1),锚杆极限承载力逐渐提高,分别为传统拉力型锚杆的1.17倍、1.22倍和1.44倍,且荷载位移曲线陡降性逐渐消失,结构延性更好;一定范围内增加承压段长度,可以更有效地调用锚固段下部土层强度,锚杆临界锚固深度下移,侧摩阻力发挥程度更高。

大断面浅埋隧道地表沉降Peck修正公式及其应用

针对经典Peck公式未考虑隧道断面形状、埋深对大断面浅埋隧道地表沉降影响的不足,考虑断面形状与隧道埋深修正系数改进Peck公式。利用白塔山隧道地表沉降实测数据对修正公式进行验证,两个监测断面预测值与实测值平均相对误差8.3%,最大相对误差18.4%。进而采用修正Peck公式对不同断面形状、不同埋深隧道开挖引起的地表沉降进行预测。结果表明:地表最大沉降与断面形状修正系数成正相关,地表最大沉降依次为矩形-1(Ⅰ)>马蹄形-1(Ⅱ)>圆形(Ⅴ)>矩形-2(Ⅲ)>马蹄形-2(Ⅳ);随着大断面浅埋隧道埋深增加,地表最大沉降减小而地表沉降槽宽度相应增大。地表沉降曲线形态由窄而深过渡到宽而浅,地表核心沉降区面积也逐渐减小。研究成果可为类似工程提供理论支持和技术参考。

土石交界地层隧道双侧壁导坑法施工围岩压力与变形研究

为探究土石交界地层双侧壁导坑法施工围岩变形与压力分布规律,通过现场监测对白塔山隧道围岩压力与收敛沉降变形进行研究分析。结果表明:下台阶施工易导致拱腰和拱脚围岩压力产生突变,最大增量可达70%,而对拱肩影响较小;相较于岩石地层,黄土层稳定性差,更易受隧道施工扰动影响导致围岩变形大、稳定距离长,黄土层稳定距离比岩石层长4~9 m;土石交界地层围岩压力呈现快速增加→缓慢增加→逐渐稳定的变化趋势,在快速增长阶段岩石层荷载释放率高达80%,大于黄土层荷载释放率;断面围压分布呈现出明显的不对称性,表现为“黄土侧大,岩石侧小”的分布规律。因此,双侧壁导坑法下穿土石交界地层时,建议在下台阶工序交替时保留部分土体进行反压控制,并提高下台阶锚杆布设密度,黄土层应做好超前支护预加固,并提高初期支护强度。

浅埋偏压大断面黄土隧道下穿古建筑群开挖稳定性研究

浅埋偏压大断面黄土隧道开挖极易引发地表沉降,影响地表既有建筑物的安全使用。以兰州市白塔山隧道为工程背景,通过ABAQUS有限元软件模拟了双侧壁法和中隔壁法隧道开挖支护的动态过程,分析围岩与支护结构的变形受力特征以及地表沉降对古建筑的影响。结果表明:偏压导致两种方法开挖深埋侧土体的围岩竖向变形均大于浅埋侧,地表与拱顶沉降具有同步性,危险施工段一致;双侧壁导坑法开挖地表最大沉降为10.7 mm,二次衬砌应力主要分布在拱顶和拱腰,最危险施工段为开挖中上部土体,但工序复杂,施工进度慢;中隔壁法引发围岩最大沉降为23.0 mm,地表最大沉降为13.0 mm,二次衬砌应力主要分布在拱顶、拱肩部位,最危险工况为开挖右上台阶;两种开挖方式对古建筑的影响均符合相关规范的要求,综合考虑中隔壁法更适合对该浅埋偏压段围岩以及地表变形的控制。

新时代高校教师“课程思政意识”提升及教学融入研究——以“自然资源学”课程为例

教师是课程思政建设的主力军,教师的课程思政意识直接关系到课程思政建设质量和自身能力发展.本文在剖析“课程思政意识”概念内涵及其价值意蕴的基础上,提出教师课程思政意识的提升途径;并以“自然资源学”课程为例,提出课程思政意识有机融入教学的方式方法,引领课程教学的变革.“自然资源学”课程蕴含可持续发展观、国家安全观念、爱国主义教育等思政元素,教师通过强化育人导向、营造教育情境、创新教学方式以及构建联动课堂等途径,把课程思政元素有机融入教学,提升课程育人实效.

考虑雨水感热的降雨对多年冻土水热变化影响模型研究

青藏高原暖湿化诱发的多年冻土和寒区工程水热变化是第三极冻土生态与地质演化问题的关注焦点。目前降雨影响下的多年冻土地表能量收支建模未考虑雨水温度的影响,忽略了降雨能量脉冲作用。在已有的冻土水热耦合理论的基础上,通过引入考虑雨水感热的地表能量平衡理论,完善了考虑降雨能量的冻土水热耦合模型,基于青藏高原北麓河现场监测验证了模型的有效性,并分析了夏季降雨对地表能量平衡和活动层水热的影响机制。结果表明:考虑雨水感热的修正模型模拟土壤体积含水率、温度和热通量的平均偏差误差分别在±1.198%、±0.704℃和±1.66 W/m^(2)之内,一致性指数分别大于0.877、0.929和0.937;优化后的模型提升了对地表吸放热状态的评估,能够较好地预测了雨后活动层水热的变化;夏季降雨增加地表蒸发潜热和雨水感热,降低地表净辐射、感热和土壤地表热通量使地面降温,降温效果与降雨强度正相关;同时受降雨时段影响,白天降雨事件的降温效果显著,雨水感热促进地表冷却,而夜间雨水短暂加热地表,蒸发潜热的显著作用使地表依旧持续降温。在地表温度梯度降低和雨水入渗的作用下,温度梯度水汽通量减少,液态水通量增加,在强降雨和连续降雨下出现液态水的向下输送和累积。但相比增加的液态水对流传热,活动层热传导、水汽扩散潜热和水汽对流传热的降低更显著,使土壤总热通量减少而导致土壤降温,延缓活动层温度的升高。

坦桑尼亚太古界卡维隆多群杂砾岩型金矿化特征及其发现意义

坦桑尼亚太古界卡维隆多群杂砾岩主要分布于中部的恩泽加地区,少量分布于其西南部的卢帕地区,该岩系在恩泽加地区呈近东西向和北西向展布,长约50 km,宽0.5~3 km,并普遍发育金矿化,其矿化特征主要为硅化和黄铁矿化,其次为毒砂化和磁黄铁矿化。研究成果表明:①激电异常显示出明显相对低阻高极化特征;②土壤地球化学测量结果显示,Au异常规模较大,浓集中心及分带较为明显;③金矿化严格受岩层控制,局限于杂砾岩带内;④金矿化规模大,矿化体宽5~20 m;⑤矿化体金品位较低,为0.2~1.0 g/t,局部富集地段可达到2~3 g/t。

坦桑尼亚恩泽加绿岩带隐伏金矿床综合找矿模型

恩泽加绿岩带是坦桑尼亚重要的成矿带之一,产出了高登普莱德(Golden Pride)等多个大型金矿。通过对坦桑尼亚恩泽加绿岩带已发现的隐伏金矿床进行分析研究,结果显示恩泽加绿岩带隐伏金矿床构造控矿作用明显;高精度磁法和激电中梯测量结果显示含矿构造蚀变带具有高磁、低阻、相对高极化的特征;土壤地球化学测量结果显示成矿元素Au异常在空间分布上大于相应的含矿构造蚀变带的分布范围,其浓集方向与含矿构造蚀变带展布一致,并与指示元素As、Sb的套合性较好。根据该区域隐伏金矿床的地质、地球物理及地球化学特征,对该区隐伏金矿床的找矿标志进行了总结,明确了各找矿标志与隐伏金矿床之间的关系,并在此基础上构建了恩泽加绿岩带隐伏金矿床的综合找矿模型,该模型的应用显示了多种技术手段联合实施在寻找绿岩带型隐伏金矿床的有效性。

汽车钻施工取样方法在坦桑尼亚恩泽加绿岩带寻找隐伏金矿床中的应用研究

恩泽加绿岩带为坦桑尼亚极为重要的绿岩带型金成矿带,长期受风化作用影响,其地表覆盖较为严重,地质调查和矿床勘查的程度相对较低,因此该区域具备寻找隐伏型金矿床的巨大潜力。在该区域开展地质勘查工作的过程中,根据勘查区实际情况,综合分析和对比了隐伏区找矿的各类技术手段,发现了在该区域开展地质填图、高精度地面磁法测量、土壤地球化学测量和激电测量等工作的基础上,结合汽车钻施工取样的技术方法,可较迅速地发现并圈定矿致异常,并成功在恩泽加绿岩带内发现了隐伏金矿床,取得了较好的找矿成果。在恩泽加绿岩带隐伏区找矿工作中的应用汽车钻施工取样,并对样品进行化探分析,其工作方法简单、成本低廉,可快速圈定矿致异常,达到快速评价的目的。在类似条件的隐伏区找矿工作中推广使用,可以提高找矿效率和成功率,并且具有经济意义。

思政背景下高等土力学课程教学改革探索与实践

高校是课程思政的“主战场”,如何在有限的时间内既讲授复杂的科学知识又开展思政教育,达到“立德树人”的目的,是高校课程思政面临的关键问题。以高等土力学课程为例,列举在课程思政背景下,课程科学知识底层的哲学逻辑、工匠精神及科学家精神引领的学术道德教育中涉及的思政元素挖掘点。同时,为了提升思政教育效果,提出考虑时代元素的混合式思政教学模式、发挥党支部组织优势的课程团队思政建设举措,旨在为工科专业研究生课程思政的建设提供思路。

高校“环境科学概论”课程思政教学体系构建研究

教育的根本任务是“立德树人”,课程思政是立德树人的关键环节,全面推进课程思政建设是新时代教育改革的重要举措.为增强专业课程育人功能,实现学科课程融合思政教育理念,对高校课程思政教学体系构建进行研究十分必要.本文构建了新的课程思政教学体系,在分析“环境科学概论”课程融入思政教育内容的特色与优势的基础上,提出“三位一体”的课程目标;根据课程内容深挖思政元素,开发教学内容体系;基于“SPOC+PBL”混合式教学,重构教学过程体系;最后融合多元化评价方式,建立教学评价体系.通过构建完备的“环境科学概论”课程思政教学体系,实现了课程思政与学科教学全方位的有机融合,对高校专业课程实施思政教学具有一定的借鉴和指导意义.

分级加卸载作用下冻结界面黏弹塑性剪切蠕变解耦分析研究

桩-土界面间冻结力及荷载作用下界面的剪切力学行为是决定冻土区桩基础承载性能和荷载传递的关键。由于冰的显著流变性及高含冰量冻土区上限附近厚层地下冰的广泛分布特征,桩基础中上位具有的冰冻结界面剪切蠕变特性对桩基础的承载性能有显著影响。为研究桩冰冻结界面剪切变形特征及其内在机制,开展了-3℃、-5℃下冰-钢管结构分级加卸载剪切蠕变试验。通过对变形曲线的分段独立解耦,分析了冻结界面的黏弹塑性剪切变形行为。结果表明,界面剪切变形可分解为瞬弹性(Sie)、瞬塑性(S_(ip))、黏塑性(S_(vp))以及黏弹性变形(S_(ve))。广义弹性剪切模量随分级荷载的增加逐渐变大,表明加卸载过程中结构未加速破坏前界面存在明显的强化效应。界面剪切蠕变特征随剪应力水平的增加由衰减向非衰减过渡。其中,黏弹性变形和低剪应力水平下黏塑性变形均表现为衰减性,且荷载越大,黏弹性变形越大。高应力水平下黏塑性表现为非衰减性,且变形速率随剪应力水平增加显著提升。整体而言,冻结界面塑性变形值占总累计变形的比例先减小,后增大,其中瞬塑性变形主要存在于应力水平较小的加载阶段。蠕变过程中冻结界面的强化效应可能与剪应力作用下界面接触带压密、负温环境下界面重冻结有关。

坦桑尼亚尼昂华莱地区条带状铁建造型金矿床地质特征及勘查方向研究

尼昂华莱地区位于坦桑尼亚西北部,维多利亚南部苏库玛兰德绿岩带内,该地区多发育条带状铁建造型金矿床,矿体赋存于条带状铁建造内的剪切带中,表现为明显的层控型特征。通过对已发现矿床地质特征进行分析,结合磁异常特征、电法异常特征及土壤地球化学特征,对尼昂华莱地区条带状铁建造型金矿床勘查方向进行了分析,认为在目前民采活动的基础上,该区域的勘查方向首先为寻找隐伏绿岩区域,其次为整合开发,以期取得较大的突破。

季节降雨特征对青藏高原中部冻土活动层的水热影响

降水作用会导致冻土活动层的水热状态发生明显变化,并且青藏高原地区的降水也表现出明显的季节性差异。为了分析季节降雨特征对冻土活动层内部水热状态的影响效果,对青藏高原中部北麓河地区的气象资料以及活动层内部的热通量、含水量、温度变化开展了原位监测。研究结果表明:北麓河地区是以小雨事件为主,中雨事件为辅的降雨特征,小雨事件占3-11月降雨事件的90%左右。并且,夏季还会发生大雨事件,秋季出现持续降雨事件。其中,各个季节降雨事件导致地表净辐射整体呈现减小的趋势,且夏季大雨事件对净辐射的影响效果更加明显,秋季持续降雨事件导致净辐射表现出先增加后减小的趋势,土壤热通量的变化规律与净辐射的变化基本一致。降雨作用通过影响地表净辐射改变了土壤热通量的变化,进而引起土壤内部水分场及温度场发生改变。其中,夏季大雨及中雨事件会显著增加浅层土壤含水量,而春季和秋季降雨对土壤含水量影响较小;各个季节小雨事件对土壤温度的影响可以忽略,但中雨、大雨及持续降雨事件会显著缓解浅层土壤升温趋势,且随着深度增加,降雨事件对于缓解土壤升温趋势逐渐减弱。研究结果对于多年冻土区的区域生态环境问题以及工程建筑物病害防治问题的解决具有一定的指导意义。

季节冻土路基覆盖效应换填控制效果研究

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。

多年冻土活动层浅层包气带水-汽-热耦合运移规律

活动层水热状态直接影响多年冻土和寒区工程的稳定性。已有研究大多基于附面层理论研究冻土温度场变化,较少研究液态水和水汽运移过程及其对冻土温度场的影响。结合多年冻土活动层包气带水-热耦合迁移的物理过程和内在机制,以温度和含水率为基本变量,建立了考虑液态水和水汽相变、水分对流传热和水汽运移的土壤-地表-大气能量平衡及土壤内部水热变化的耦合模型,分析了真实野外气象条件下活动层液态水和水汽运移规律。计算结果表明:白天温度梯度水分向土壤内部运移,夜间温度梯度水分向土壤表层运移;暖季温度梯度水分以向土壤内部运移为主,冷季温度梯度水分以向地表运移为主;就全年而言,活动层各个深度处水汽运移作用大于15%,水势梯度水汽运移极小可以忽略不计,特别是浅层土壤在无降雨状态下,水分运移以温度梯度水汽运移为主;水势梯度液态水通量受降雨影响明显,在降雨事件期间和之后,液态水和水汽下渗占主导地位,降雨降低表层土壤温度、减小土壤热传导通量,有利于土壤热稳定性。