高地下水水位冻土区梯形渠道衬砌冻胀破坏断裂力学模型

冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上,综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论,提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架。该模型将衬砌结构表面初始裂纹的失稳扩展及开裂破坏简化为Ⅰ型断裂力学问题,并提出应力强度因子与危险截面位置的计算方法。以塔里木灌区某梯形渠道为原型分析地下水埋深w对衬砌各截面应力强度因子K_(FⅠ)(x)及合理板厚d r的影响规律。结果表明:地下水补给条件对K_(FⅠ)(x)的大小影响显著;当w减小时,K_(FⅠ)(x)呈非线性增大,此时渠道冻害风险也增大,与事实相符。地下水埋深越浅,保证结构安全所需衬砌板的合理厚度d r越大;当地下水埋深为3.0 m时,建议使用的合理板厚为9.0 cm。研究结果可为寒区渠道的抗冻胀设计提供科学依据。

高潜水位采煤沉陷区微塑料赋存特征及风险评估

为探明高潜水位采煤沉陷区微塑料污染赋存特征及其环境风险,选取安徽省淮南市春申湖、舜耕湿地公园两个典型采煤沉陷区为研究区域,采集了表层水体,底泥及周边农田土壤样品,采用体视显微镜、扫描电镜、红外光谱对微塑料尺寸、形状、颜色及丰度等赋存特征进行表征.结果表明:采集的样本中多为纤维微塑料和薄膜微塑料,类型主要以聚乙烯,聚丙烯为主,颜色以黄色和透明为主,粒径大多小于500μm.采煤沉陷区的地表水丰度范围为0.77~7.1pcs/L,沉积物微塑料的丰度范围为540~2800pcs/kg,周边农田土壤微塑料的丰度范围为380~2380pcs/kg.采用污染负荷指数(PLI)模型进行评估,地表水和农田土壤的风险评估都为于Ⅰ级,属于轻微污染,而沉积物中的微塑料风险评估为Ⅱ级,属于中度污染.

极端生态环境水循环关键参量监测技术研究现状与进展

针对高寒和干旱极端生态环境水循环变化对国家生态安全的重要性,需要开展水循环关键参量监测设备与技术研究。本文重点围绕水循环关键参量野外原位/移动/非接触式、自动、稳定监测等技术难点,开展了一系列监测生态系统水-土-气-冰-雪的关键参量的新技术设备研究。通过构建基于物联网的天地一体化生态系统监测体系,打破行业技术壁垒,促进工程技术、地质学、计算机科学等不同领域的跨学科合作,共同开展极端生态环境水循环关键参量监测技术研究与创新,并将实现对重要生态功能区的大范围、全天候、立体化监测,对推进我国生态文明建设具有重要支撑作用,促进并实现我国生态监测技术的综合应用和发展。

软土地区高层建筑桩基加固技术的应用研究

软土地区高层建筑通常采用桩筏基础、独立承台桩基等形式。由于地层浅部土质软弱、施工速度过快、工序安排不合理、施工质量缺陷等原因,通常会造成桩基出现偏位、断桩等问题。建筑在施工完成后出现不均匀沉降,同时伴随着墙体开裂、倾斜等质量问题,后续使用存在安全隐患。本文通过对某高层建筑的基础形式、不均匀沉降原因进行研究分析,采用锚杆静压桩进行桩基加固,并针对桩基加固设计施工中遇到的技术难题提出了综合治理方法,解决了高层建筑桩基加固过程中涉及到的大吨位锚杆桩施工、低净空狭小空间压桩、独立承台桩基础无补桩空间、高地下水位封桩易渗漏等技术难题,取得了良好的效果。

冻胀土及高地下水位渠道上干砌块石衬砌应用研究

作为一种砌石防冻材料,块石抗冻效果好、适应性强、使用年限长。通过对大型灌区疏勒河流域水资源利用中心昌马灌区高地下水位渠段冻胀破坏存在危害及原因进行研究,采取干砌块石衬砌形式并置回避、适应冻胀法以及置换冻胀基土等措施,解决了在冻胀土及高地下水位其他衬砌形式易冻胀变形、维修费用高等难题,便于日常施工,降低费用,同时具有较好的处理效果和实践效果,值得推广。

考虑地下水位影响的现浇混凝土梯形渠道冻胀破坏力学分析

地下水的补给与迁移是高地下水位渠道的冻胀破坏的主要影响因素。该文提出了一种考虑地下水位影响的梯形渠道衬砌冻胀力分布计算方法,推导出地下水位影响的渠道基土冻胀强度和冻结深度分布的计算公式,并得到现浇混凝土衬砌的截面最大弯矩和最易破坏截面位置的解析表达式。从整体与局部2个方面定量分析梯形渠道衬砌冻胀力分布的不均匀性,为渠道的抗冻性能评价和断面优化提供了定量指标,结果表明:渠深越浅,坡板倾角越小,冻胀力分布越均匀,越不易发生破坏,揭示了宽浅式梯形渠道抗冻性能良好的原因。以塔里木灌区某梯形渠道为原型,对不同地下水埋深的渠道冻胀特征和受力进行了分析,并与观测资料进行了对比,其中基土冻深的计算值与观测值之间的最大相对误差为3.5%,估算最大弯矩所在截面的位置为距离坡顶63.9%坡板长处,与灌区实地调查结果基本相符,表明了方法的实用性和合理性。最后,对高地下水位梯形渠道的冻害机理进行了分析,该研究可为高地下水位现浇混凝土梯形渠道衬砌的抗冻设计和相关研究提供参考。

高潜水位平原区采煤塌陷地复垦土壤形态发育评价

土壤的形态特征含有丰富的环境信息,是环境变化与生态重建的重要依据,可以推断土壤发育的强弱。矿山复垦土壤为人造新土壤,可能构造出不同的土壤形态,复垦土壤形态特征的研究对复垦土壤生产力的提高和复垦技术的革新具有重要意义。该文以高潜水位平原区采煤塌陷地复垦土壤为研究对象,探讨定量评价复垦土壤形态发育状况。研究采用实地调查和室内分析相结合的方法,依据中国土壤系统分类用土壤剖面描述标准,构建了复垦土壤形态发育评价体系,进行土壤形态定量评价。结果表明,形态发育指数HI(土层发育指数)和WPDI(土壤权重剖面发育指数)能够较好的反映复垦土壤与当地原状土壤的发育程度差异:复垦土壤土层发育指数HI和土壤权重剖面发育指数WPDI平均值分别为0.57、0.56,而当地原状土壤HI和WPDI的平均值为0.68、0.69,表明复垦土壤形态发育程度相对较弱;HI曲线形状异于原状土壤,表层HI高于其他土层,不同复垦方式的WPDI显示的发育程度序列为:充填复垦(外源土)>挖深垫浅>挖深垫浅(泥浆泵)>充填复垦(粉煤灰、煤矸石等);随复垦时间的延长,复垦土壤发育程度呈现增长趋势。

寒区高等级公路宽幅路基的随机温度场

寒区高等级公路宽幅路面比普通路面吸热面积更大,增加了保证路基稳定性的难度.在对其进行路基温度场的稳定性分析时,传统的有限元方法都是进行确定性分析,没有考虑到边界条件等因素的随机性、变异性,因此不能得知以上随机因素引起温度场的变幅.采用随机有限元法,由温度场的变分原理,通过摄动法建立随机温度场,从而得到随机温度场的有限元格式,理论公式可广泛适用于其他工程随机温度场问题.将宽幅路基气温边界条件参数设为随机变量,考虑升温效应,对寒区宽幅路基温度场进行计算,分析了温度场均值和方差的分布规律.结果表明:宽幅路基中部聚热效应明显,路基下部出现厚度不均匀的融化盘,可能造成路基不均匀沉降;边界条件的随机性造成温度场方差分布呈明显的边界效应,即越靠近路基上边界温度场方差越大,在一定深度以下趋于零.此外,不论是路基下出现的融化盘,还是温度场方差分布下边界都将随时间增长而扩大.

高潜水位矿区不同复垦方式下土壤热导率及其影响因素

以东部高潜水位采煤塌陷复垦耕地为研究对象,研究挖深垫浅复垦、充填复垦、预复垦3种复垦方式下土壤热导率的分布及原因。在3种复垦方式典型样地上开挖剖面,分别取0—20,20—40,40—60cm土层土样,经实验分析观测土壤热导率及相关物理指标。结果表明:(1)复垦方式、剖面层次和二者交互作用均是使热导率产生显著差别的因素(p<0.01),对土壤热导率总体变异的贡献率分别为86.8%,89.6%,71.9%;(2)土壤热导率随土壤剖面深度增加呈先增加后降低的">"型变化趋势;(3)复垦可以显著(p<0.05)影响土壤热导率大小,并增加其在不同剖面层次上分布的差异;(4)在含水量和温度差异不大的条件下,土壤容重在1.205~1.593g/cm3时,砂粒含量为影响热导率的主要因素,当土壤容重在1.604~1.813g/cm3时,容重为影响热导率的主要因素。与未塌陷耕地相比,复垦土壤热导率偏低,在土层间分布差异性增加,因此应综合考虑容重和质地,从降低土壤容重的角度入手,改良复垦土壤热导率。

银北高水位盐碱地土壤盐分与地下水特征关系分析

根据银北灌区典型高水位盐碱地的土壤盐分与地下水特征的监测数据,运用相关分析法与主成分分析法,对土壤盐分与地下水埋深、地下水水化学特征之间的关系进行了分析。结果表明:(1)研究区土壤盐分垂直分布呈现明显表聚性,0~20 cm土层全盐含量均值为3.34 g/kg,p H均值为8.81;研究区内71%地下水样为微咸水,矿化度TDS均值为2.69 g/L;土壤全盐及盐分组成呈中等强度变异,土壤p H值呈弱变异。(2)耕层全盐含量与土壤中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-、SO42-等离子的相关系数大于0.9,与地下水中各指标相关性大小排序为;SO42->矿化度>Cl->Na+>地下水埋深;地下水矿化度与地下水中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-的相关系数大于0.9;土壤中的Na+和Cl-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈显著正相关,土壤中的SO42-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈极显著正相关。(3)主成分分析结果表明:影响研究区土壤盐渍化程度的主要因素依次为地下水含盐量及主要盐分离子、土壤中的主要盐分离子、地下水埋深。

季节性冻土区路基置换层参数确定试验研究

以辽宁西部冻土为研究对象,模拟现场地下水位,对10种重塑土进行了大试件防冻害置换层参数确定试验研究。试验结果表明:对于辽宁西部季节性冻土,当置换层位于地下水位以上30cm、最大冻深的62%,且厚度为冻深的30%时,有明显的防冻害效果。

淮河流域高潜水位农用地养分分析及评价

为评价淮河流域典型高潜水位耕地的土壤养分特征及水平,为高潜水位耕地的可持续发展提供科学的理论依据和参考,以安徽省淮南市毛集实验区焦岗湖镇孙台村耕地作为研究对象,选取了容重、pH、阳离子交换量、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾和水溶性盐分等11项指标,运用灰色关联度分析方法对土壤养分特征及水平等级进行评价。孙台村耕地土壤pH值以弱碱性为主,容重呈偏紧及以上水平,土壤质地整体上属于粉砂质壤土。对照全国第二次土壤普查养分分级标准分析,有机质含量整体上呈4级较缺乏水平。土壤碱解氮的含量整体上呈5级缺乏水平,速效钾的含量整体上呈1级丰富水平,土壤有效磷的含量整体上呈4级较缺乏水平,土壤中全氮含量整体上呈3级适量水平,土壤中全磷含量呈6级非常贫乏水平,土壤中全钾含量整体上的土壤呈2级丰富水平。利用灰色关联度综合分析评价孙台村耕地土壤养分质量水平,整体呈现耕地养分水平Ⅱ级(良)和Ⅲ级(一般)水平,空间分布上Ⅱ级(良)主要集中于孙台村耕地的中部地区。本研究为高潜水位耕地的可持续发展提供科学的理论依据和参考。

冻融作用对土壤水分迁移和地下水位波动影响的实验研究

相比于非冻土分布区,季节性冻土区冬春季节的冻融作用显著影响着土壤水分运动和地下水位动态,进而改变地下水土环境中的水力条件和污染物分布特征.针对冻融作用下地下水位的波动过程尚缺乏定量化的具体研究,本文首次建立包气带、含水层水分迁移过程的冻融循环模拟实验装置,定量模拟分析了不同介质粒径和不同温度条件下冻融过程造成的水位波动差异,揭示冻融作用下土壤水分迁移和地下水位的波动规律.结果表明:冻融过程地下水位变化阶段与土壤冻融阶段相对应,且存在滞后现象;土壤的介质条件和温度条件均对冻融过程中地下水的波动具有重要影响,粒径越细,温度梯度越大,水分迁移量越大,水位波动越显著.

采用高密度电法仪监测围垦区土壤盐分变化

为探究自然条件下围垦区盐渍土盐分的变化情况,采用高密度电法仪进行大尺度野外观测,研究了江苏条子泥滩涂围垦区不同时期的地下水埋深及土壤盐分变化情况。结果表明:4 m深度范围以内是最容易受到自然条件影响的区域,其中非饱和区受影响最为显著,而深度超过4 m的区域受影响较小;浅层饱和区1.5 m深度范围盐度变化明显,且旱季盐度明显高于雨季,但深层土壤的盐度没有出现显著的变化;围垦区地下水埋深浅,自然条件下土壤脱盐缓慢,建议采取如埋设暗管等措施加快脱盐速度。

高地下水位冻土区弧形底浅拱梯形渠道冻胀力学分析

【目的】明确高地下水位冻土区弧形底浅拱梯形渠道冻胀破坏机理并提出简捷、实用的抗冻胀设计方法。【方法】考虑此类渠道拱高明显小于断面整体深度的特殊性,基于Winkler假设提出衬砌体法向冻胀力计算方法。论证高地下水位渠道衬砌体微小刚性上抬位移对曲线形弧段切向冻结力的影响机制并提出切向冻结力计算方法。基于此构建高地下水位冻土区弧形底梯形渠道冻胀力学模型。【结果】以某弧形底梯形渠道为原型,对比分析不同渠底中心地下水位d对衬砌板截面内力及所受冻胀力的影响。结果表明,d越小则截面内力及冻胀力分布的横向差异越明显;z_(0)越大,截面内力及冻胀力分布受地下水补给条件的影响越小,与事实相符。充足的水分补给时间、补给来源以及冻胀力横向的不均匀、不同步是此类渠道易遭受冻胀破坏的主要原因。【结论】该模型可较好地反映此类渠道的冻胀受力特性,计算结果合理、可靠,可为高地下水位冻土区弧形底浅拱梯形渠道抗冻设计和相关研究提供参考。

高潜水位矿区挖深垫浅填土沉降监测分析

为了研究填土复垦区在自身荷载及地下采煤活动共同作用下产生的地表沉降,以淮北中湖采煤沉降区为研究对象,通过布设地表移动观测站,对"挖深垫浅"填土复垦区地表沉降进行监测分析。结果表明:(1)"挖深垫浅"复垦过程中的地表动态沉降由采煤沉降和土体荷载沉降两部分组成;(2)整体沉降过程分为快速沉降期和稳定期两个时期,快速沉降期周期约为30d,平均下沉速率分别为3.9mm/d、0.65mm/d;(3)土体荷载沉降与填土深度存在对数关系,当填土深度小于1.0m时,沉降量随填土深度的增长率为105.11mm/m,当填土深度大于1.0m时,增长率为13.89mm/m,并逐渐趋于稳定。通过对土地复垦区地表沉降监测与分析,为高潜水位采煤沉降区土地复垦提供了理论依据和技术参考。

高潜水位煤矿区完整复垦周期的土壤碳演变特征

在济宁高潜水位矿区的充填复垦区内,分析完整复垦周期的土壤碳演变特征。通过从塌陷地(M1)、复垦年限为0,3年的复垦耕地(M2、M3)以及正常耕地(M4)采集土样并检测土壤全碳(TC)、有机碳(SOC)、有机碳密度(SOCD)、有机碳组分(WDOC、POC、MOC、LFOC、HFOC、MBC)及稳定性同位素(δ13C),研究不同复垦周期阶段下土壤碳空间特征的变化情况。研究表明:(1)塌陷地的TC、SOC、SOCD和各有机碳组分含量较低。经过复垦措施期后,SOCD在复垦当年就恢复到正常耕地的水平,TC和SOC含量随着复垦年限不断增加。WDOC、POC、LFOC、MBC等组分恢复速率较快,MOC和HFOC恢复周期较长。(2)TC、SOC、SOCD和各有机碳组分的恢复速率随着土层深度的增加逐渐减缓。(3)复垦土壤的δ13 C均值在不同深度间的差异较小,而标准差和变异系数偏大,说明复垦土壤层次不明显且同一层次间土壤来源混乱。从整个复垦周期来看,复垦工作虽具有"碳汇"作用,但会对土壤层次造成破坏。建议进行塌陷地治理时,尽量采用对土层扰动较小的复垦方式,对表土剥离和回填工序进行优化和监督,从而达到更好的恢复效果。

格宾在季节冻土区高地下水位渠道护坡工程中的冻胀适应性研究

季节冻土区因基土冻融破坏而造成的渠道护坡工程的位移、破坏屡见不鲜,大型高地下水位渠道渠基土含水率高、冻胀性强、冰推力大,对护砌结构综合指标要求更高。室内模型试验与示范工程表明,格宾网垫护坡结构可有效地降低渠道边坡土体的冻前含水率,具有较强的基土冻胀、融沉适应性,而且又有较强的生态效果。将为进一步完善格宾结构的抗冻理论与工程实践提供参考。

高地下水位地区道路路床处理的实践案例

针对徐州卷烟厂新厂区道路施工中地下水位高,原土土质复杂的问题,通过现场实验,采取灰土换填的方法,解决了路床地下水渗出和路床软弹问题,保证了该项目道路路床与路基的质量,同时为高地下水位区域道路路床的处理提供了实例。

山西省坪上应急引水工程供水管道软基础工程特性分析

以坪上应急引水工程管道沿线的高地下水位软基为对象,对其容重、天然含水率、塑限、液限、孔隙比、渗透系数、压缩系数、抗剪强度等物理指标进行了分析研究,掌握了高地下水位软基条件下的特征,为高地下水位软基础的处理提供依据,也为该地区的水利建设和公路建设提供了参考依据。