北京地区冻土时空分布特征

基于1981—2021年北京地区6个气象站的逐日最大冻土深度、平均气温、平均地表温度及5、10、15、20、40、80 cm地温等资料,分析了近40年北京地区最大冻土深度的时空分布特征及其与气温和地温的关系。结果表明:北京地区最大冻土深度总体呈变浅趋势,气候倾向率为-2.3 cm/10 a,各站点最大冻土深度变浅趋势从西到东呈逐渐减弱趋势。北京地区最大冻土深度与40、80 cm地温相关性最好,与地表温度相关性较差。选取2021—2022年北京地区冻土进行对比试验,发现仪器安装至少一个冻融周期后与冻土人工观测吻合度更好,测温式冻土自动观测仪的观测精度与仪器安装位置的地下岩层、土质分布密切相关,需要在仪器稳定运行后根据当地情况优化算法和冻融阈值。

冻土的单轴抗压、抗拉强度特性试验研究

在寒区工程建筑物设计中,冻土的抗压、抗拉强度是两个重要的力学指标.在负温条件下,对粉质黏土、黄土和砂土进行单轴抗压和劈裂抗拉试验,研究冻土破坏时的破坏形态、破坏机理、应力-应变曲线和拉应力与径向位移关系曲线的形式,分析单轴抗压强度和劈裂抗拉强度的差异以及这两种强度随土质特性和温度的变化规律.试验结果表明:单轴载荷作用下试样破坏后呈鼓状,且表现为应变软化型塑性破坏特征;劈裂作用下产生沿直径向试样两侧延伸的裂缝,不同土质破坏后裂缝扩展的宽度和深度不同;冻土的抗压强度与抗拉强度均与负温存在很好的线性相关性,随温度的降低而增大;在相同温度条件下,冻土的抗压强度大于其抗拉强度;对于同一种冻土,其抗压强度的温度效应比抗拉强度的温度效应显著.本试验分析结果可为寒区工程的实际应用提供参考.

大型多功能冻土–结构接触面循环直剪系统研制及应用

在天然冻土区和人工冻土工程中存在着大量冻土与结构物接触面问题,而目前尚无有关此类接触面剪切行为的试验研究手段。为此,研制了大型多功能冻土–结构接触面循环直剪系统DDJ—1,该系统性能优异:能实现0～-20℃范围内对接触面温度的精确控制;能精确施加常刚度、常位移、零法向应力和常应力4种法向边界条件;能够模拟多种粗糙度的接触面实现循环和单调两种剪切形式;能够观测接触带的破坏状态和厚度,同时可以测量接触带土体内部的剪切位移;应力施加、位移控制和温度调节精准。试验结果表明:该系统能准确地再现冻土与结构接触面的力学行为、变形行为,可为系统开展冻土–结构接触面的研究提供试验基础和重要思路。

主动和被动的冻土地温控制方法和技术

研究目的:主动和被动地温控制是冻土地温控制的基本方法。但如何对主动和被动的概念进行准确区分,目前在国内外却有所混淆,因此对主动和被动地温控制技术提出明确的划分显得尤为重要。研究结论:国际上普遍从能量的观点来区分——被动地温是在运行期间不需人为提供动力,也没有任何不停运动的机械部件,是冻土地温控制最常用的技术;而主动地温控制方法,需要动力支持或温控系统中有持续运动的部件,其显著的特点在于对冻结过程的人为可控制性和提供能量消耗。冻土地温控制的计算,有许多长期以来的研究公式及图表,但更为精确的计算,要利用一些成熟的模型进行模拟。

青藏铁路多年冻土区桩基础施工中的混凝土温度控制问题

简要介绍了青藏铁路沿线多年冻土的工程特性和分布情况及其与桩基础工程间的相互影响,论述了在青藏铁路高原多年冻土区施工环境下, 被广泛应用的钻孔灌注桩在施工过程中的混凝土温度控制问题. 讨论了影响桩基回冻时间的各种因素以及混凝土入模温度控制在其中所占的地位, 提出了对青藏铁路相关施工规范中桩基混凝土部份温度指标进行适当调整的建议.

基于ATmega 16单片机的城市家居菜园控制系统

采用单片机,设计一款植物生长环境检测及自动调节系统,实现对植物生长环境的优化与控制。

蔬菜大棚自动测控仪的设计与研究

介绍了以新型单片机ＡＴ８９Ｃ５２为控制核心的蔬菜大棚自动测控仪的硬件与软件设计。该测控仪将其要检测的信号——空气温湿度、地温与土壤水分的测量，都采用了Ｖ／Ｆ转换器，使该仪表对环境适应能力强，接口简单，抗干扰性能好，便于远距离传输，测量精度高，控制可靠。并选用了性能可靠、满足精度要求、价格低廉的传感器，以便农业推广。

线芯自控温解决太阳能热水器管路防冻问题及节能研究

由于真空玻璃管的广泛应用使得太阳能热水器在冬季应用中也成为现实，可是上水管尽管采取保温措施，在东北的冬季和寒冷的高山地区也将结冻。

2019年辽宁及内蒙古冻土自动观测及其分钟数据的时间一致性检测

在辽宁省喀左站、辽阳站和内蒙古满洲里站统一安装5种型号冻土自动观测仪进行外场试验,采集2019年3—6月逐分钟冻土数据,采用纵横极值集合法,对采样数据进行时间一致性质量控制,与3站的人工定时数据进行对比分析。根据同期人工观测数据,判断冻土自动观测异常可疑数据和异常数据阈值,分别为5 cm和11 cm,据此开展验证。结果表明:冻土自动观测仪分钟数据完整率为99.59%;冻土自动观测仪平均冻土层数与人工观测基本一致,符合冻土业务数据分布特性;5种类型冻土自动观测仪均能较好地反映不同气候区域的冻土的分钟数据变化,冻土自动观测分钟数据质量控制阈值合理可靠。

冻土三轴试验温度精准测控新方法

冻土力学理论与冻土区工程建设的开展依赖于大量的室内外试验,试样温度测控是否精准决定了试验成败及可靠性。现有冻土三轴试验以低温箱或压力室温度作为试样温度,对比试验表明,低温箱及压力室温度与试样本身温度相差较大,存在空间上的不均衡性及时间上的滞后性,并将直接导致试验结果失准。针对该问题,本文研制了一套三轴试验温度精准测控方法及设备。基于低功耗蓝牙传感技术,研制了小型无线温度传感器,并配套设计完成了手机端APP,可对试验过程中土试样内部温度进行实时监测;通过三轴仪底座及压力室内有线温度测试系统,实现土试样表面温度及环境温度的实时监测;通过在压力室内设置降温室,利用水浴降温实现了土试样的快速冻结和温度稳定控制。此套方法及设备实现了冻土三轴试验试样温度的空间无盲点、时间无滞后精准测控。

辽宁沈阳地区冻土深度自动观测方法研究

文章利用沈阳观测台站2007~2017年的冻土及深层地温的观测记录和2015年冻土自动观测设备与人工对比试验的观测数据,从温度变化因子对冻土自动观测设备的动态响应特性进行了研究分析。结果表明:季节性冻土的最大冻结深度与温度变化因子有一定的相关关系,在分析自动观测仪器的响应特性和传感器静态测试时,应考虑由热力因子之间,尤其是气温和直接接触传感器的温度之间的环境变化过程对冻结深度的影响及传感器响应带来的线性度和灵敏度的变化。

季节冻结深度自动监测技术试验

通过测试土样初始冻结温度,建立野外现场温度自动化远程实时监测系统,利用初始冻结温度等温线深度代替冻结锋面,计算季节冻土层厚度,为冻土学冻结深度观测自动化提供依据。试验结果表明:冻结过程相关系数为0.97,融化过程相关系数为0.98,整个冻融过程相关系数为0.98;用温度场冻结点等温线观测冻深的方案是可行的,可以实现冻融过程自动化实时监测,且观测精度较高。

冷冻木材电阻测量自动控温装置设计及控温能力研究

低温条件对树木质量无损检测的准确度有重要影响。然而,在研究温度与木材电阻关系的过程中,经常会面临测量温度变化过快和难以稳定的技术难题。为解决电阻测量试验中温度波动带来的统计偏差,研究设计了一种木材电阻测量自动控温装置。该装置主要包括温度设置、温度控制、温度监测和电阻测量4个功能模块。通过单片机控制电风扇运行速度等使木材达到目标温度并维持温度稳定;利用传感器技术监测木材和箱内环境实时温度。重复试验结果表明:设计的装置可在-70~70℃范围内实现温度变化速率的自动调节,消除冷冻木材电阻测量过程中温度变化快和平衡难带来的影响。

季节性冻土区铁路路基冻害研究现状

近年来,我国季节性冻土区铁路路基冻害研究积累了诸多经验,也取得了良好的工程实践效果。但是,在地质、气候、冻融循环等诸多因素共同影响下,季节性冻土区铁路路基冻害问题仍然突出。在交通强国、东北老工业基地振兴、西部大开发等新时代战略驱动下,越来越多的铁路工程向季节性冻土区推进,我国铁路网也将进一步完善。基于现有研究基础及成果,分别从土体路基、涵顶及桥涵过渡段路基、石质路基等方面,讨论季节性冻土区引发路基冻害的主要因素,对在建铁路和既有铁路的路基冻害治理措施研究现状进行分析与总结,并提出有针对性的深化研究建议。

人工冻土观测的冻点对应的土壤温度研究

基于2018年12月至2020年3月喀左、沈阳、辽阳、满洲里4个国家级地面气象站人工冻土器与测温式冻土自动观测仪观测的资料,对人工冻土观测获得的冻点与测温式冻土自动观测仪获得的相应深度的温度进行对比分析。结果表明:人工冻土器获取的冻点对应的土壤温度与0℃总体一致,又不完全重合;0—35 cm深度范围,冻点对应的温度变化范围为-2~6℃,呈现跳跃性变化。35 cm以下深度范围,冻土冻点对应的温度变化范围为-0.5~1.0℃;融化过程冻点对应的平均温度高于冻结过程冻点对应的平均温度。从完全融化时间上来看,人工冻土器观测到的完全融化时间晚于测温式冻土仪0℃线完全消失的时间。人工冻土观测的实质是获得土壤温度0℃点所在位置。灌注不同台站水的冻土器内管在相同的温度环境下,冻结与融化状态无明显区别;人工冻土器内管冻结过程是温度和持续时间双重作用的结果,深层土壤温度变化缓慢,使得内管中的水冻结和融化需要的时间长。另外,作为接触式测温设备,减小外因产生的时滞是提高其灵敏度的重要环节,建议测温式冻土仪的外管壁使用温度滞后效应更小的金属外管。

钻孔灌注桩对冻土温度场扰动数值模拟

首先提出了研究冻土区钻孔灌注桩周土体温度状况及回冻过程具有重要实践意义,然后对描述其物理现象的控制方程进行简单说明,最后运用有限元软件对其进行数值模拟,并与昆仑山试验场数据进行对比验证,以期该方法能够用于桩周土体温度状况及回冻过程预测。

季节冻土区边坡支护结构冻融模型模拟系统研制与应用

为了研究季节冻土区季节温度周期性交替变化时的边坡支护结构冻融反应规律,研制了季节冻土区边坡支护结构冻融模型模拟系统,并开展了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构试验研究.该模拟系统主要由可移动开体式自动控温冻土试验室、模型箱、边坡支护结构模型和温度-水分-应力多物理场测试系统四部分组成,实现了模型试验中结构与岩土之间的比例相容和季节冻土区季节周期性交替变化时温度自动呈正弦函数式波动的微环境模拟,同时具备对试验现象直观观测以及多物理场试验数据自动采集功能.将该模拟系统应用于框架锚杆边坡支护结构冻融模型试验研究,通过分析边坡不同位置处的温度、水分和支护结构的冻胀力变化趋势,揭示了寒暖环境交替变化下的边坡支护结构冻融反应规律;将试验结果与已有文献的实测数据进行了对比,初步验证了该模拟系统的可靠性和准确性.冻融模型模拟系统研究方法及成果可为寒区边坡相关工程设计提供参考.

青藏铁路站区给排水系统自动控制工程试验

针对青藏高原特殊的自然环境特点与铁路管理无人值守的要求,采用了由PLC模块、采集模块及数字化探头组成的智能测控系统,该系统具有全数字、易联网、易扩展、高可靠等特点。自控系统所采用的三层网络结构及控制逻辑应用于高原铁路的实际工程,表明了其安全可靠性和切实可行性。