边界温度周期波动下块石的温度变化规律

将块径为 6～ 8cm、4～ 6cm和 2～ 4cm的块石分别装入直径为 15cm、高度为 5 9cm的有机玻璃筒内 ,进行了边界温度周期波动条件下块石体中一维温度场的测试 ,以考察多孔块石体中温度变化规律。试验表明 ,开放系统条件下 ,块石体温度随时间变化具有不对称性 ;温度随深度变化不符合基于热传导理论的傅立叶第一定律 ,具有迟缓性 ;块石体中的平均温度经过几个周期会低于其表面平均温度 ,说明其中存在对流换热机制。封闭系统条件下 ,三种块径的块石体的温度变化均无上述规律 ,表明其中对流换热机制尚不存在或十分微弱。

碎石铺设位置及粒径对路基降温效果影响的室内试验

为了考察粒径及铺设位置对多年冻土区碎石路基降温效果的影响,采用碎石、卵砾石和砂砾石三种材料在单一结构、复合结构和混合结构三种情况下,在尺寸为50 cm×50 cm×65 cm的绝热箱体内进行了顶面气温周期性波动的一维传热试验.试验结果表明,碎石粒径为2～4 cm、4～6 cm、6～8 cm和10～15 cm的单一结构碎石体中均可产生自然对流机制,其中以碎石粒径为4～ 6 cm的碎石体降温效果最佳.采用不同粒径的混合结构或有上覆砂砾石和卵砾石层的复合结构都将削弱降温效果.碎石体的平均温度随碎石厚度增加而降低.为充分利用自然对流机制,多年冻土区应采用单一粒径为4～6 cm的碎石铺设路基,不应采用不同粒径的混合结构.碎石层应铺设在路基顶面.

青藏高原多年冻土区天然气水合物的研究前景和建议

天然气将是２１世纪的主要能源品种，作为非常规天然气资源的天然气水合物被誉为２１世纪的新能源，它的研究受到世界上许多国家的高度重视。青藏高原羌塘盆地多年冻土区具备形成重烃类天然气水合物的温度和压力条件，同时可能存在由“自保护效应”引起的轻烃类天然气水合物。开展青藏高原多年冻土区天然气水合物研究，对我国宏观能源战略决策、开拓新学科领域和保持人类社会可持续发展均有重要理论意义和广阔的应用前景。从目前人才结构、资料积累和技术装备来看，完全有条件迅速组织一支开展青藏高原天然气水合物研究的专业队伍。研究工作宜分三步进行：在羌塘盆地寻找天然气水合物，如确实存在，则研究其分布规律和基本性质；估算储量和研究开发前景；研究开采工艺和环境保护问题。

土体冻结和冻胀研究的新进展——“国际地层冻结和冻结作用研讨会”论文综述

１９９７年４月１５～１７日在瑞典吕勒奥工学院召开了“国际地层冻结和冻结作用研讨会”。会议共发表论文８２篇，涉及７个专题：ＩＳＳＭＦＥ工作组报告、正冻正融土岩中的热质迁移、冻结敏感性和冻胀、已冻已融和正融土岩的力学性质、环境土冻结、工程设计和工程实例。文章主要论述土体冻结和冻胀研究的新进展。

多晶冰中的未冻水含量

把人工制作的大晶冰砸碎并筛分成>10,>7—3,>3—1和<1mm等4个粒级多晶冰,并将后三个粒级的多晶冰分成两组装入试管:一组加入0℃蒸馏水后快速冻结;第二组则不加蒸馏水,孔隙间由空气充填。用核磁共振技术测定了多晶冰中未冻水含量随温度变化曲线。结果表明,第二组多晶冰中未冻水含量随负温变化曲线的形态与土中未冻水含量变化曲线不同,随晶粒减小,曲线从线形向幂指数形过渡且温度相同时未冻水含量随晶粒减小变化不大,只是晶粒<1mm的稍大一点。粒级和温度相同条件下,第一组的未冻水含量明显比第二组大。因此,加大冻结速度可增加多晶冰中未冻水含量,增大多晶冰孔隙间的气相充填度可减少其中的未冻水含量。

冻土分类现状及建议

根据美国、原苏联和我国冻土分类的现行标准的分析，目前有关冻土分类基本上按两种方法进行。一是根据土的基本物理性质和含冰特征进行分类，二是根据冻土特殊工程特性进行分类。各国对冻土的描述及分类已从定性向定量发展，冻土分类方法正处于从单项规程到综合规范、从部门标准向国家标准和国际标准的方向过渡。建议我国的冻土分类按下列步骤进行：１）采用国标《土的分类标准》ＧＢＪ１４５－９０作为土统一分类标准。２）引进《人工冻土的分类与实验室试验》国际编写小组推荐的冻土描述和分类，与国标ＧＢＪ１４５－９０相配套，组成按土的基本物理性质进行冻土分类系统。３）根据各工程特点，按冻土特殊工程性质进行的分类，组成专门的冻土工程分类系统。

甘肃盐渍土及土壤水分改良三环节探讨

甘肃省气候干旱、寒冷，水资源缺乏，盐渍土分布面积大，表聚性强，采取治理措施后具有反复性．因为“盐随水迁”是基本规律，盐渍土的治理应遵循因地制宜的综合治理原则，重点抓好土壤水分改良三环节：抑制地面蒸发、控制地下水位和改进灌溉方式．

饱冰粘土界面状态初探

观察表明,某一负温下,粘土颗粒外围未冻水膜的形态和厚度随土类和含盐量而变。在-15℃的温度条件下,无盐蒙脱土颗粒外围有一层厚度均匀的未冻水膜,而无盐高岭土颗粒外围几乎看不见未冻水膜。土中含有0.1molNaCl溶液后,无论蒙脱土还是高岭土颗粒外围均有一层厚度不等的未冻水膜;内蒙粘土在温度分别为-5和-11℃及盐溶液浓度分别为0.5和1.0mol可见未冻水膜。饱冰粘土颗粒外围未冻水膜并非总是沿颗粒外围均匀分布,在盐溶液作用下可分为三种形态:平整形、弯曲形和弥散形,这与粘土颗粒在盐溶液作用下产生絮凝有关。

冻土与盐溶液系统中热质迁移及变形过程试验研究

用1.2MPa外载固结并冻结的高岭粘土与2mol浓度的氯化钠低温溶液相接触,由于冻土与盐溶液间的水势梯度,引起等温条件下,水分和盐分从溶液向冻土中迁移。冻土中部分区段由于含盐浓度增高,冰点下降、冻土融化并产生吸热效应。融化界面以上的冻土中,由于水分积聚,冰分凝,形成条带状构造并产生放热效应。冻土出现以冻胀为主的变形。水、盐迁移通量及变形量随时间按指数规律衰减并随外载增大和温度降低而减小。

碎石粒径对寒区路堤自然对流降温效应的影响

介绍了一种研究路堤碎石层自然对流效应的实验方法。对由碎石、卵砾石和砂砾石组成的6种试样进行了实验研究和理论分析,结果表明,在表面温度周期波动条件下,碎石层中能产生有利于寒区路基稳定的自然对流降温效应,利用平均Rayleigh数可确定碎石层自然对流的发生情况。在相同边界条件下,不同粒径的碎石层将产生不同的自然对流降温效应,其强度随粒径的增大而增大,并随表面温度周期波动而具有时间累加性。同时,确定何种粒径碎石的冬季降温效应为最佳还需要综合考虑其热传导性质。

饱和正冻土中的水、热、力场耦合模型

土体在冻结过程中 ,不论是融土区、过渡区 (指正在形成的分凝冰及冻结缘区 )还是冻土区所涉及的问题不仅是温度场、水分场问题 ,而且涉及到力学场问题 ,并且力学场对土体的变形过程 (冻胀、压密 )及分凝冰的形成起着重要的作用 .依据连续介质力学、热力学原理 ,提出了土体冻结过程中的三场耦合方程 .并指出 ,土体冻结过程中的体积变化与应力状态、补 -排水条件、冻结条件密切相关 ;体变包含弹性部分、孔隙水变化引起的固结或膨胀部分、相变引起的体变及冻土区粘塑变形部分 ;水分驱动力控制着水分迁移量 ,它是由土基质势、溶质势、冰基质势、孔隙水压力及重力势组成 ;冻结缘现象是由于该区各点处的水分驱动力与相变温度同时满足相变条件而形成 ,冻结缘区含冰量的多少取决于冷能供给情况 ;分凝冰的形成及发展是引起较大冻胀的主要来源 ;分凝冰的形成条件由温度场及力学场统一控制 .即温度要达到相平衡条件 ;孔隙水应力除用于抵抗土骨架有效应力外 。

冻土力学的研究进展与思考

从冻结土的宏观力学性质，正冻土中的水、热迁移理论，正冻土的水热力耦合模型四个方面分析综述了国内外冻土力学的发展历史、研究现状与我国冻土力学研究中存在的问题，指出：（１）当前冻土力学的研究内容应该从对冻结上的宏观强度与变形性质向更切合实际工程需要的正冻土、正融土微、细观热、力学耦合性质方面深化；（２）冻土力学的研究思路应该从对土样纯力学量的试验研究向土样组构、级配、含水量、饱和度等土性指标在不同负温下对土样颗粒排列与胶结特性的强度、变形影响机理方面转移；（３）冻土力学的研究对象也应该从室内冻结试验的研究向具有各种不同水热交换边界条件与水热迁移内在规律的冻土体发展。

块石路堤、护坡导热系数的实验研究

讨论了块石路堤、护坡试样在表面温度周期波动时自然对流产生的条件,分析了开放系统和封闭系统块石试样内部的热传输机理,以说明其热扩散系数和导热系数的确定方法。指出开放系统的试样由于传热形式不单一而不利于热扩散系数和导热系统的精确测定,而封闭系统试样内部的传热形式以热传导为主。结果表明,可用封闭系统的细长圆柱试样来测试路堤、护坡块石的热扩散系数和导热系数。

基于对流效应的寒区路堤块石层临界高度研究

为了研究块石路堤降温效应与块石层高度之间的关系,基于多孔介质自然对流理论和热传导理论引入了表征寒区块石路堤自然对流降温效应的自然对流指数,利用热传导温度分布函数获得了路堤自然对流指数随块石层高度变化的近似公式。分析表明:自然对流指数最小值对应于路堤块石层的最小高度,而其最大值对应于路堤块石层的最大高度。另外介绍了一种利用自然对流指数近似公式估算路堤块石层临界高度的方法,并具体给出了算例,最后进行了数值验算。结果表明:通过自然对流指数确定的临界高度可为寒区工程的路堤设计提供参考。

青藏高原多年冻土与天然气水合物

介绍了青藏高原的地质构造概况和多年冻土特征,论述了青藏高原多年冻土区天然气水合物研究前景。

路堤块石自然对流机理的室内模拟试验研究

为研究路堤块石在边界温度周期波动条件下的自然对流发生机理及降温效应的表征参数,采用室内模拟方法对50×50×65cm3尺寸的不同块石试样进行了试验和理论分析,结果表明:平均RAYLEIGH数能描述块石层自然对流的发生情况,不同厚度的块石层将产生不同的对流模式,厚度大的块石层所产生的自然对流降温效应也较大,上层砂砾加下层块石的结构自然对流效应最弱。块石层降温效果取决于块石粒径、层厚及铺筑在路堤中的位置,这一结论对多年冻土地区路堤设计、施工,合理确定块石铺筑层厚、铺筑层位具有现实指导意义。

透壁通风管路堤降温效应的室内试验研究

介绍了研究透壁通风管路堤降温效果的室内试验方法,对100cm×60cm×100cm尺寸的不同通风管路堤试样进行了实验研究。结果表明,采用透壁通风管能明显增强路堤的降温效果,而只在负温期间通风的透壁通风管路堤降温效果更为显着,路堤在通风管进风口附近的温度变化幅度以及负温区域的范围都明显大于通风管出风口处,形成了路基温度场沿着风向的不对称分布。

温度周期波动时自然对流对块石导热系数测定的影响

分析了开放系统和封闭系统块石试样内部的热传输机理。数值计算和实验结果都表明,在较大的表面温度波动条件下,封闭系统的块石试样中有一定的自然对流效应产生,其降温效应随时间具有累加性,但在试样上部分中热传导占支配地位,使得试样内温度波的振幅衰减与指数规律符合较好。因此,确定路堤、护坡块石的导热系数可以采用封闭系统的细长试样。

不连续分凝冰发育规律的研究

提出并推导土体在冻结过程中由于冻结速度和水分迁移速度的影响 ,造成不连续分凝冰有单薄冰层、双冰层和厚冰层 3种发育模式 .采用受控试验的反演分析验证了不连续分凝冰的发育模式 .试验结果同时表明 :在整个试验期间 ,分凝暖端的孔隙冰压力变化平稳 ;当单薄冰层和双冰层发育时 ,冰分凝温度和孔隙水压力波动较大 ,尤其是在双冰层生长时 ,冻结缘发育最充分 ,分凝暖端的温度和孔隙水压力降低幅度最大 ;在厚冰层形成后 ,由于冻结锋面推移缓慢和冰层厚度的不断增加 ,冻结缘厚度减小 ,分凝暖端温度和孔隙冰、水压力趋于稳定 .

多年冻土区公路路堤碎石层厚度的计算

通过变渗透率多孔介质流函数控制方程,分析了青藏公路碎石路堤冬季自然对流降温效应的发生和演化过程。结果表明:公路碎石路堤冬季自然对流降温效应从边坡区域最先开始形成,并随着冬季路面温度下降而逐渐向路堤中间区域发展。通过引入自然对流指数,分析了自然对流降温效应随路堤碎石层填筑厚度的变化规律,其可分为恒零区、急增区和缓变区3个阶段,急增区的起点和终点对应于路堤碎石层填筑的最小厚度和最大厚度。最后,利用自然对流指数具体计算了不同粒径碎石层填筑的临界厚度。