中国寒区粗粒土力学研究现状与进展

在寒冷地区,粗粒土是路基、土石坝等工程主要填料,也在高寒山区斜坡上广泛分布.寒区高铁路基冬季冻胀病害和高海拔斜坡春季滑塌灾害等的防治与评价,均与冻融作用下粗粒土的力学特性密切相关.在查阅大量中外文献的基础上,从本构关系、物理特性、力学性质和界面问题等方面对寒区粗粒土力学理论的研究现状进行综述.通过引入不同新理论建立了考...     

季节性冰冻地区公路路基冻胀融沉过程规律研究

为准确掌握路基结构温度场的分布特点和冻胀融沉过程的变化规律,以季节性冰冻地区典型道路结构路基温度场和变形量的跟踪观测数据为基础,开展了季节性冰冻地区路基温度场分布与冻胀融沉变形量,以及冻结深度三者的规律研究。研究显示:路基温度场分布特性以年为周期呈余弦规律变化,不同深度路基温度变化存在滞后性;根据路基冻结深度变化规律,可将冻结过程划分为四个阶段。在此基础上,基于观测数据,冻胀量和冻结深度分别与地表负积温呈显著正相关,可通过监测冻结深度的变化得到冻胀变形量,降低监测成本及实测难度。     

冻土路基边坡稳定性计算程序开发

寒区边坡稳定性评价的特殊性在于其土体内部温度场的不均匀性。针对寒区边坡特点,提出以冻土物性参数随温度变化作为温度场和应力场的耦合纽带。考虑温度分布对土体力学性质改变及冻融交界面的影响,开发了耦合温度场的冻土边坡稳定性评价程序;并对非圆弧滑面稳定性系数求解中取矩中心的求解做了相应改进。利用开发的冻土路基稳定性计算程序,对坡度为1∶1.5的4 m路基进行了不同地温条件下的工况计算。计算结果表明在评价冻土路基正融期滑坡的稳定性时,采用折线滑面的方法来评价更为科学、严谨。此外计算结果还表明,冻土路基年度最小稳定性并非出现在融深最大的10月份,而是出现在暖季的早期从而形成热融滑塌现象;且年度最小稳定性出现的时间随地温的降低而向后推移。     

季节性冻土地区根-土复合体土质边坡稳定性分析

为了研究季节性冻土地区根-土复合体土质边坡稳定性,通过分析土体强度参数、融化层深度、融化层重度及坡度对根-土复合体土质边坡稳定性的影响,模拟了春融期土坡温度场及水分场的变化特征,运用强度折减法计算了春融期素土及根-土复合体边坡的安全系数。结果表明：春融期,素土及根-土复合体边坡在冻融界面处剪切塑性应变集中,呈条带状分布,沿着冻融界面发生平面状热融滑塌;相比素土边坡,根-土复合体边坡安全稳定系数明显增大。由此可得,植物根系穿过冻融界面处时,增加了根系周围土体强度,提高了边坡安全稳定,为季节性冻土边坡工程的设计、施工和维护提供有效的科学依据及必要的数据参考。     

基于元胞自动机的铣刀片温度场算法的研究

使用二维元胞自动机模拟机械制造过程中重要部件铣刀片产生的温度场,通过模拟的温度场变化实现对该部件的可靠性监测,建立的模型通过对收集到的数据信息进行处理、抽象、近似,有效地与实际温度场变化进行拟合,从而实现高效而稳定的监测,避免热冲击带来损伤的进一步破坏;同时能够通过判断热冲击位置,为铣刀结构的进一步优化提供数据支持.     

青藏±400kV输电线路工程锥柱基础施工技术研究

青海～西藏±400kV直流联网工程是党中央、国务院实施西部大开发的战略目标的一大体现,其将缓解藏中电网近期缺电的局面,提高西藏电网的供电可靠性。本工程线路所经区域平均海拔4500米以上,穿越长约546km连续分布的多年冻土区,丰富的地下水,流砂、泥沼、冻胀丘、冰锥、热融滑塌、热融湖塘、热融沉陷、湿地等复杂的地质情况,提高了基础施工难度。本文针对青藏高原高寒、缺氧,有效施工期短,工期紧、任务重,安全质量要求高的特点,利用现有工器具,合理组织安排,将各道工序紧密结合,阐述高原锥柱基础施工技术。     

热参数扰动下一维相变传热定解问题的稳定性研究

研究热参数扰动对一维相变传热方程解的稳定性的影响,应用存在解析解的一维相变传热定解问题,运用数值试验研究了热参数存在误差时,中间值γ、相变面位置及各相温度的变化规律.寒区工程热稳定性的维护取决于对其温度场的准确计算和预测,温度场计算是一个相变导热问题,计算所用的热参数由试验测定,所产生的试验误差难以避免,热参数的误差或扰动是否会引起相变导热问题中相变界面及温度场产生误差是一个微分方程稳定性问题,然而,相变导热问题由于其强非线性,目前尚无解析方法对其稳定性进行判断与分析.分析计算表明,中间值γ的扰动受已冻区比热容c1影响最大;相变面位置的扰动受已冻区导热系数k1影响最大;各相温度场分布主要受该相热参数的影响,而对其它相的热参数不敏感.研究结果可以为寒区工程温度场计算时热参数的测试方法、测试精度等提供科学依据.     

地铁工程对地下水源热泵渗流场及温度场影响的实验

目的探究地铁工程建设对地下水源热泵渗流场及温度场的影响.方法以盛京医院滑翔分院地下水源热泵工程为研究对象,利用室内砂箱实验观测模拟地铁工程横向全部或部分断面隔断的地下水位和水温变化情况,进而绘制不同工况下的水位、水温时序图.结果通过实验发现,地下水渗流方向主要受地下构筑物横向隔断方式、地下构筑物下表面相对高度差与水头的影响,地下水温度场分布主要受渗流方向水平分量的影响,其热扰动影响范围与过水断面距离及位置密切相关.结论通过研究地铁工程对地下水源热泵渗流及温度场影响,完成多工况室内砂箱模拟实验及结论分析,对完善地下水环境稳定研究及地下水源热泵工程取回水安全运行具有重要意义.     

双辊薄带连铸用结晶辊套温度场及其热变形

利用非线性热力耦合有限元方法,对浇铸过程中结晶辊辊套的温度场分布进行了研究,并同时计算出了结晶辊的热变形.给出了浇铸稳定阶段的结晶辊温度场分布和热变形规律;分析了浇铸速度对结晶辊温度场和热变形的影响.通过分析得出,在浇铸稳定阶段结晶辊温度只在表层区域发生周期性变化,内部保持基本稳定,浇铸速度越低,周期性变化幅度越大.     

工程陶瓷高效深磨温度场的有限元仿真

在磨削温度实验的基础上,运用有限元法对工程陶瓷氧化铝及部分稳定氧化锆进行了高效深磨磨削温度场的仿真研究,得出了干磨及湿磨两种状态下工程陶瓷磨削温度场的分布;并分析了磨削温度梯度对工程陶瓷热裂纹的影响.结果表明:随着砂轮线速度增加,磨削温度场温度梯度增大;而随着磨削深度增大,不同材料的磨削温度梯度变化不同,且磨削温度梯度与磨削热裂纹的产生有一定的对应关系.     

车西洼陷沙三上亚段滑塌浊积砂体的沉积特征

沙三上亚段沉积期,在车西洼陷南坡曹家庄断阶带的车40和车44断阶发育了数量众多的滑塌浊积砂体.通过大量的岩心观察和相关测试资料分析,对滑塌浊积砂体的岩性以及空间展布特征进行了研究.结果表明,浊积砂体具有成分成熟度和结构成熟度低的特点,结构和构造均反映砂体为滑塌后再沉积的产物.总结了滑塌浊积砂体的3种相序类型,即正粒序重力流型、正递变重力流型、砂泥互层型.对不同砂组储层的空间展布形态和发育规模进行了研究.分析了滑塌浊积砂体的成因机制,认为三角洲的快速推进为其形成提供了先决条件,而同沉积断裂强烈活动引发的地震是其最主要的触发机制.     

坡面过程意义下的武汉市典型坡面土层厚度研究

坡面系统对坡面成土过程和搬运过程有着重要影响,土层厚度在坡面上的空间分布规律能够一定程度上反映坡面过程.该文在区域线路调查的基础上,实地测制武汉市4座典型山地的8条典型坡面,布设36个采样点,并结合遥感影像,调查了其土层厚度的分布特征及坡面系统各要素,结果表明：1)各条坡面总体呈现土层厚度由坡底到坡顶递减的分布规律;2)母质岩性是坡面成土过程所形成土层厚度的主要影响因素;3)坡度和坡长是坡面搬运过程的主要影响因素.     

多年冻土区聚苯乙烯隔热公路路基温度场数值分析

为了研究随外界环境条件改变聚苯乙烯(EPS)冻土路基温度场变化特征,运用ABAQUS有限元分析方法,对多年冻土区EPS隔热路基的温度场进行了数值模拟.计算时采用改变EPS铺设位置,模拟路面下多年冻土季节最大融深在路基修筑完工后8a内随时间的变化.通过对计算结果分析得出,在多年冻土区路基中铺设保温材料对路面下多年冻土具有明显的保护作用.当EPS铺设在路堤底部时,路堤温度场分布比较均匀,路堤内部都为正温,在EPS板下,路基温度都为负温,说明EPS有效阻止了边坡和路面传入的热量.因此,如果要修筑EPS隔热路基,应将EPS板铺设于路堤底部.     

蔡国故城城墙滑塌机理研究

以蔡国故城城墙北垣为研究对象,依托实际项目进行现场调查,对其病害进行了分类.针对最为严重的病害——滑塌,通过土工实验获得数据,利用边坡分析软件进行了分析研究,并提出了处治措施.     

小气候对紫金山南北坡植物群落组成的影响

通过监测紫金山南、北坡海拔约300m处的气温和湿度,发现紫金山南、北坡小气候存在差异,呈现南坡温暖干燥,北坡阴冷潮湿的特征,其中夏季南北坡温差可达2.6℃,相对湿度约相差6%.紫金山南、北坡海拔约300m地带主要植物群落的组成结构表明:南、北坡植物群落中有很多相同的优势种和伴生种,其中苦槠(Castanopsis sclerophylla)、女贞(Ligustrum lucidum)是最重要的常绿成分;落叶成分中,栎属(Quercus)树种和枫香(Liquidamba formosana)占重要地位.但在南坡与北坡观察到的偶见种却有明显不同.综合分析小气候与植物群落物种组成的关系表明:小气候的微弱差异虽然不影响紫金山南、北坡植物群落中的优势成分和伴生成分,但对群落中的偶见种成分却有明显影响,紫金山南坡植物群落中多生长喜暖、耐干燥的偶见种,而北坡的偶见种大多是耐寒、喜湿物种.     

不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析

为研究不同形式的节理边坡的破坏机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,基于重力增加法实现边坡失稳演化过程的模拟,从边坡形态、胶结破坏分布、滑体运动等方面进行分析.模拟结果表明,顺层岩质边坡为共面节理发生贯通破坏形成滑动面,反倾岩质边坡为非共面节理发生贯通破坏形成滑裂面;两种岩质边坡坡脚均为薄弱区,顺层岩质边坡坡面中部区域和反倾岩质边坡坡肩区域为危险区域;离散元模拟岩质边坡可用安全系数评价边坡稳定性,较极平衡法能更真实地反映岩体间的相互作用和边坡破坏的渐进过程.     

水库消落带植被混凝土抗侵蚀性能研究

基材的抗侵蚀性能是生态护坡成功的关键因素之一.通过设计的实验装置对3组不同边坡进行了侵蚀实验,探讨了植被混凝土的抗侵蚀机理,比较了3种边坡的抗侵蚀性能.实验表明:植被混凝土生态防护边坡具有良好的抗侵蚀性能,在同等条件下无植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率比有植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率高出两个数量级.     

降雨条件下不同类型植被边坡稳定性的研究

降雨对植被边坡稳定性的影响是目前生态护坡领域研究的热门话题。基于MIDAS GTS/NX,结合张家口地区某边坡工程背景并选取当地常见的护坡植被,针对裸露边坡、高羊茅（Festuca arundinacea）植被边坡、小叶黄杨(Buxus microphylla)植被边坡以及高羊茅-小叶黄杨混合植被边坡四种工况,对降雨条件下边坡内部土体孔隙水压力随时间的变化以及边坡稳定性的大小进行对比分析研究。结果表明：（1）在相同的降雨强度和降雨时长条件下,三种植被边坡的入渗速率均小于裸露边坡,植被边坡相对于裸露边坡有着更好的持水能力。在四种不同类型的植被边坡中,高羊茅植被边坡孔隙水压力增幅最小,位于坡顶、坡面、坡底的土体仍然维持了部分基质吸力,高羊茅植被减小了降雨的影响深度。（2）降雨结束后,高羊茅植被边坡较其他植被边坡安全系数最大,高羊茅植被增加了边坡土体的有效应力,更能有效地提升边坡的稳定性。上述研究旨在为降雨对植被边坡的影响提供参考,为半干旱地区的植被护坡技术提供指导。     

基于Landsat数字影像的阿尔泰山乔木林空间分布

【目的】以新疆阿勒泰林场乔木林为研究对象,通过遥感与地理信息技术量化分析森林的空间分布规律,为定量评估森林的生态功能提供数据基础和支撑。【方法】运用3S技术,基于DEM数据、Landsat数据和森林资源调查数据,定量分析乔木林与地形因子的空间关系。 【结果】地形因子与乔木林的空间分布在0.01水平上显著相关。研究区乔木林90%分布在海拔≥1 500～2 400 m,其中在海拔≥1 800～2 100 m分布频率最大,达39%; 其次是≥2 100～2 400 m,为27%; 海拔≥900～1 200 m和≥2 400～2 700区域林地乔木林分布较小。78%的乔木林分布在北坡、东北坡、西北坡,其中,在北坡的比例达到45%,在东北坡、西北坡的比例为33%。在坡度上主要集中于斜坡、陡坡、急坡,占比达到85%,其中在陡坡分布频率最大,达到37%。【结论】海拔、坡向和坡度是影响乔木林空间分布的主要生态因子。阿尔泰山乔木林适宜生长在海拔≥1 500～2 400 m,坡向为北坡、东北坡、西北坡,坡度涵盖斜坡、陡坡、急坡的区域。     

Critical slope gradient for compulsory abandonment of farmland on the hilly Loess Plateau

Scientific evidence for the upper limit of farmland is proposed. Shallow gully erosion is one of erosion types distributed extensively on sloping farmland in the hilly regions of the Loess Plateau. Field observation and aerial photos interpretation, as well as laboratory experiments show that the shallow gully erosion occurring on the steeper farmland in the hilly regions of the Loess Plateau is an important factor leading to intensive erosion on slope, because of its extensive distribution and intensive runoff collection. The data on the formation, development and distribution of shallow gullies on sloping farmland indicate that critical slope gradient for shallow gully initiation ranges from 15 to 20 degrees with an average of 18.2 degrees. Therefore, it is suggested that critical slope gradient for compulsory abandonment of farmland on the hilly Loess Plateau should be kept within the critical slope gradient for shallow gully initiation to prevent shallow gully formation in order to control soil loss more effectively. But as the first step, the cultivation on the slopes with slope larger than 25 degrees where the maximum erosion occurs should be strictly forbidden.