察达沟谷冰碛土冻结深度与冻胀变形影响因素正交试验研究

中国西藏察达沟谷内存在有大量冰碛土,随着西部大开发的进行,该地区将有众多基础性工程建设于该冰碛层冻土地基上。为探究该地区冰碛土冻结深度和冻胀变形的影响因素,通过正交设计,在室内开展开放系统下多因素多水平单向冻结试验,研究了开放系统单向冻结下各因素对冰碛土冻结深度和冻胀变形的影响及显著性大小,同时对冻结后土体不同高度水分重分布进行分析,并给出冻结深度和冻胀变形的多元回归方程。研究表明:对冻结深度和冻胀变形影响最为显著的因素分别是冻结端温度和初始体积含水率。各因素对冻结深度显著性影响大小排序为:冻结端温度>冻结时间>冻结端降温速率>初始体积含水率>压实度;对冻胀变形影响大小排序为:初始体积含水率>冻结端温度>压实度>冻结时间>冻结端降温速率;当冷端温度低、冻结时间长时,冻结锋面上方3~8 cm处存在冻结缘,此处为水分迁移和水冰相变的关键区域,会作为蓄水带进一步加剧土体的冻胀;根据正交试验结果,建立了可有效预测该地区冰碛土在多因素影响下的冻结深度和冻胀变形的多元回归方程。研究结果对相关地区冰碛土工程安全性评价与防冻害设计具有一定参考价值。

寒区隧道冻结特性及冻结深度预测

为研究寒区隧道冻结特性并对冻结深度进行预测,采用数值模拟分析的方法,探讨兴安岭隧道温度场及冻结深度分布规律,并基于正交试验分析冻结深度各影响因素的敏感性及显著性。此外,提出一种基于XGBoost(extreme gradient boosting)和LightGBM(light gradient boosting machine)的混合预测模型对冻结深度进行预测。结果表明:1)距隧道洞口越远,围岩冻结深度越小;距隧道洞口越近,围岩冻结深度变化越大,在距洞口300 m之后,围岩冻结深度趋于稳定。2)各个断面不同部位冻结深度的变化规律基本一致,除仰拱部位冻结深度明显较大以外,其余各部位均无明显差别。3)各影响因素对冻结深度的影响敏感性排序为初始地温>最冷月平均气温>围岩比热容>围岩导热系数>衬砌导热系数>衬砌比热容。4)与传统单一模型预测方法相比,提出的基于XGBoost和LightGBM的混合预测模型精度较高,具有较强的适用性。

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

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。

季冻区地层最大冻结深度解析解与数值解的对比研究

季节性冻土会出现冻融循环现象,合理地确定地层最大冻结深度是季节性冻土区防冻设计的一个重要参数。本文基于传热学原理分别建立地层温度场解析计算模型和数值计算模型,针对我国西部季冻区地层冻结问题,利用MATLAB和有限元软件对模型进行求解得出温度场分布,并确定最大冻结深度。结果表明:季冻区地层不同深度土体温度和地表温度分布一样,均呈正弦函数分布,且距离地表越近,温度变化越大;解析解所求最大冻结深度大于数值解所求最大冻结深度。研究成果可为季冻区防冻设计提供参考和借鉴。

寒区隧道围岩最大冻结深度计算的半解析方法

寒区隧道围岩的最大冻结深度是隧道抗冻胀结构设计、防排水与保温隔热层设计的重要基础参数。基于准稳态假定,采用积分法推导了能够考虑衬砌、保温层及冻结围岩中未冻水含量的寒区隧道围岩最大冻结深度的解析计算公式;利用围岩温度场数值模拟结果反演得出了解析计算公式中的参数影响半径与冻结半径比?的取值,从而得到了围岩最大冻结深度的半解析解。将所得解的计算结果与现场实测数据及数值模拟结果进行了对比,验证了所得解的合理性。利用得到的半解析解分析了工程冻土段围岩冻结深度的影响因素,结果表明:初始地温、年平均气温对冻结深度的影响最为明显,岩体骨架导热系数、岩体孔隙率的影响次之。

青藏高原总辐射变化对高原季节冻土冻结深度的影响

利用青藏高原及其毗邻地区22个辐射观测站建站至2000年的总辐射及日照百分率观测资料,确定了Angstr m-Prescott模型参数,以此模型估算了高原及毗邻地区116个站1961年1月至2000年12月份的总辐射.结合高原地区75个气象站的冻土观测资料,探讨了青藏高原地区总辐射变化对高原土壤季节冻结深度的影响.结果显示,冬季总辐射变化对季节冻深有较大影响.冷湖、玉树两个较典型的站点中总辐射与土壤冻结深度的负相关关系显著,与典型站点相似,德令哈、格尔木两站总辐射与季节冻深亦呈负相关.研究区域内,近乎80%的调查站点,总辐射与季节冻结深度之间关系呈现负相关;另外21%的站点呈现正相关关系.多元回归分析结果显示,纬度、海拔、总辐射及气温4个因子与季节冻结深度的相关显著.总辐射是高原土壤季节冻结深度的重要影响因子之一.

东北地区地温和冻结深度时空特征的细化分析

根据东北地区144个国家气象站1951—2016年的地温和土壤冻结深度资料,采用实测资料统计及统计建模推算的方法,对东北地区地温和冻结深度时空特征进行了细化分析。结果表明:东北地区地温整体由南到北逐渐降低,冻结深度逐渐增大。各层年平均地温呈向北2个纬度降低1℃左右,年平均最大冻结深度为向北2~3个纬度加深30cm左右,极端最大冻结深度为向北2个纬度加深30cm左右。地温和冻结深度与纬度关系显著,与经度和海拔也有一定相关性,但在东北北部的多年冻土区基本不受后两者影响。不同深度的地温季节特征不同,地表温度季节特征与气温一致,160cm以下深度四季温度从高到低为秋、夏、冬、春。地表夏季与冬季温差达到33.5℃,而320cm深处最热季与最冷季的温差仅为7℃。气候变暖使得东北地区各层地温升高、冻结深度减小、冻结期缩短,尤其在多年冻土区及其临近的高纬度季节冻土区更为显著。相对于下层土壤,地表升温最大。伊春地表升温趋势达到1.16℃·(10a)^(-1),40~320cm土层升温趋势为0.60℃·(10a)^(-1)左右,冻结深度减小、冻结期缩短趋势分别达到23cm·(10a)^(-1)、8d·(10a)^(-1),大幅升温不利于多年冻土的存在。

吉林省季节冻土冻结深度变化及对气候的响应

为了掌握季节冻土冻结深度的变化对气候的响应,利用1961-2015年吉林省46个气象站的逐日平均气温、地表温度、积雪深度、冻土冻结深度等数据,采用线性倾向估计、突变分析等方法,研究了吉林省季节冻土冻结深度的时空演变规律及其与气温、积雪的关系。结果表明:吉林省季节冻土最大冻结深度呈由西向东逐渐减小的空间分布特征,绝大多数站最大冻结深度呈减小趋势。基本上在10月开始冻结,次年3月达到最深,6月完全融化。西部冻土冻结深度变幅较大,其次是中部,东部最小。1961-2015年季节冻土最大冻结深度以-5.8 cm·(10a)-1的速率显著减小(P<0.01)。最大冻结深度基本上呈逐年代减小的趋势,从20世纪90年代开始,最大冻结深度明显减小。最大冻结深度在1987年发生了突变,突变后平均最大冻结深度比突变前平均最大冻结深度减小了22.2 cm。通过分析气温和积雪深度对冻结深度的影响,认为冻土冻结深度对气温变化较为敏感,绝大多数站最大冻结深度与平均气温呈负相关关系。在年际变化上,气温的上升是最大冻结深度减小的主要原因。在季节冻土稳定冻结期,积雪深度超过10 cm,保温作用逐渐变强;当积雪深度达到20 cm时,保温作用显著,冻土冻结深度变浅。

化学染色法测量B,Al及P扩散结深

采取化学染色法对B,Al和P杂质扩散形成的结深进行检测,通过实验不同浓度染色液的腐蚀特性,选择易于控制和重复性好的染色腐蚀液。同时采用扩展电阻法对同一个样品的结深进行测试,以扩展电阻法所得结果为标准,与染色法的测量结果进行对比,根据测试结果与理论分析,对染色法的测试结果进行修正,确定P扩散结深的测试系数。

黄河源区季节冻土最大冻结深度估算方法

鉴于黄河源区实测季节冻土最大冻结深度资料极其匮乏,基于1996～2008年黄河源区及其周边气象站点季节冻土数据,分析了季节冻土最大冻结深度与负积温的关系及时空变化规律,建立了最大冻结深度估算公式,对气温空间插值并由最大负积温和高程估算季节冻土最大冻结深度。结果表明,在季节冻土的迅速发展期,冻结下界深度与负积温呈线性相关;最大冻结深度和最大负积温相关性显著;最大负积温可反映季节冻土随时间的变化趋势;黄河源区仅阿尼玛卿山及其周边存在山地多年冻土,季节冻土最大冻结深度由西北向东南方向递减;气温较高年份中东部地区最大冻结深度明显变小,最大冻结深度小的地区对气候变暖更加敏感;1996～2007年间,最大冻结深度随时间推移呈减小趋势。

铝粉粒度和烧结温度对硅太阳能电池铝背场结深及光电转化率的影响

分别采用4种不同粒度(平均粒度为1.37、3.95、6.08和9.73μm)的铝粉制备单晶硅太阳能电池铝浆,研究铝粉粒度和烧结温度(800、830、850和870℃)对铝背场结深和光电转化率的影响。结果表明:采用不同粒度的铝粉在相同条件下制备的铝背场,经800℃烧结后,结深均为4.05μm左右,其中粒度为6.08μm的铝粉,其光电转化率最高,达到17.2%;烧结温度从800℃升高到870℃时,铝背场结深从4.05μm增加到4.75μm,转化率略有提高。

基于CMOS工艺的双结深CTIA荧光传感器

基于标准CMOS工艺设计了P+/Nwell/Psub双结深光电二极管,建立了双结深光电二极管的光电响应模型,并用MATLAB仿真比较了单、双结光电二极管的光电响应灵敏度。针对双结深光电二极管分别设计了3T和CTIA有源像素电路,单个像素尺寸为100μm×100μm,采用0.5μm CMOS工艺实现。实验测试了在不同光强下有源像素电路的光电转换特性。双结深光电二极管的峰值灵敏度为0.59 A/W@440 nm,双结深的3T像素光电转换灵敏度为42 V/(lux·s),双结深的CTIA像素光电转换灵敏度为2243 V/(lux·s)。结果表明,采用双结深的CTIA光电传感电路对微弱的光具有更高的光电转换灵敏度,可以应用在环境、生物、医学荧光检测中。

季节性冻土地区铁路路基冻结深度变化规律研究

对哈齐(哈尔滨—齐齐哈尔)客运专线DK221+150断面温度场进行实测,并对该断面温度场进行了二维有限元分析,研究季节性冻土地区铁路路基冻结深度变化规律及其影响因素,并拟合出冻结深度与热通量及持续冻结时间的函数关系。结果表明:该地区铁路路基最大冻结深度约0.3 m;路基冻结深度主要取决于浅层土体的热通量及持续冻结时间;当表层热通量降低至某一临界值后,土体冻结深度不再发展,冻土厚度开始逐步减少;冻结深度与热通量、持续冻结时间呈线性关系,随着冻结状态时间的延长,热通量的敏感性下降,持续冻结时间敏感性上升。

关于森林地带土冻结深度计算方法的研究

由于森林地带植被特征、地面特性等因素差异的影响，使土冻结深度计算成为较复杂的问题，通过在小兴安岭的凉水自然保护区所建立的３２个观测点，历经两年的实验研究，摸索出采用换算导热系数及等值土冻结深度的计算方法，与实测值验证表明，是解决设计森林地带的土木结构物基础埋置深度的一种途径。

用于生物荧光检测的高灵敏CMOS双结深光电传感器设计

基于标准CMOS工艺,可实现单结深光电二极管传感器(p+/n-well、n-well/p-sub和n+/p-sub)和双结深光电二极管传感器(p+/n-well/p-sub)。建立了双结深光电二极管传感器的光电响应数学模型,仿真了四种结构的光敏响应。采用上华0.5μm CMOS工艺实现了p+/nwell和p+/n-well/p-sub两种结构,传感面积为100μm×100μm。p+/n-well型结构在400nm波长,60lux光强下光电流为1.55nA,暗电流为13pA,p+/n-well/p-sub型结构在同等条件下光电流为2.15nA,暗电流为11pA。测试表明,设计的双结深光电传感器具有更高的灵敏度,可用于微弱的生物荧光信号检测。

与挚爱乐器结深厚情缘

苑文章现供职于中国人民公安大学,是高级警官,系国家二级演奏员。除行政工作外,擅长演奏唢呐、双管、管子和拉弦乐器。说到苑文章的唢呐、双管、管子的演奏水准,熟悉他的业内同行无不赞誉首肯。

探测器中扩散结深对光响应度影响的研究

研究了InGaAs/InP PIN探测器中扩散结深对光响应度的影响,对不同扩散条件下的光电探测器进行了对比实验,测量了不同结深下器件的I-V特性和光响应度。结果表明:扩散结深对器件的I-V特性影响不大,而对光响应度影响很大,当结深处在InGaAs吸收层上表面时,光响应度最大值出现在波长1.55μm处;而当结深进入衬底InP层后,光响应度最大值则出现在波长1μm处。另外,在闭管扩散实验中,严格控制温度和扩散时间是控制结深的关键,研究了不同扩散温度和扩散时间下的结深,为器件的制备提供了参考。

测试结深的另一种方法

传统的结深测试方法有:汞探针电容法、扩展电阻法、染色SEM法等,上述方法都具有相应的优点和局限性,本文介绍另外一种通过侧面结电容测试结深的方法,它可以嵌入电路中进行对任何一步工序后的结深监控,也可以在流片完成后对最终的结深进行监控,相比传统测试方法,它的突出优点是不具有破坏性,并且可以设计成一种PCM测试结构进行监控。

科尔沁沙坨地—草甸地冻融期地温与最大冻结深度的变化规律

[目的]探究科尔沁沙坨地—草甸地土壤温度与冻结深度的变化规律,为合理指导该区农工生产和建设提供支持。[方法]基于2007—2015年冻融期人工观测数据,对比分析科尔沁沙坨地与草甸地冻融期多年土壤温度与最大冻结深度变化规律。[结果]研究区100cm处沙坨地与草甸地多年土壤温度的标准差变化规律基本一致,草甸地要小于沙坨地,但融解后期由于草甸地融解期历时较长,其标准差大于沙坨地;同时考虑土壤温度和土壤水分对最大冻结深度的影响时,沙坨地在200cm处和草甸地在140cm处的R2分别为0.959和0.788。[结论]研究区内沙坨地先冻结与先融解,沙坨地最大冻结深度较草甸地深,同时考虑土壤温度与土壤水分的最大冻结深度的拟合优度最好,沙坨地与草甸地中最大冻结深度与土壤温度和土壤水分均呈负相关关系。

BF_2^+注入束的沾污和对结深的影响

注入系统中剩余气体分子与B_2^+离子的碰撞,造成了不同能量的BF^+,F^+、B^+离子束对BF_2^+注入束的沾污。注入样品的SIMS分析结果和理论计算都证明,这种沾污使BF_2^+注入的结深明显增加,不利于浅结的制备。用静电束过滤器可部分消除这些沾污束,在先加速后分析的注入机中,也未观察到BF_2^+束的沾污。此外,提高系统真空度会明显降低沾污峰的强度。