青藏高原多年冻土区公路修筑技术之进展

青藏公路由北向南纵贯青藏高原腹地,昆仑山唐古拉山间平均海拔4500m以上,在公路沿线700多千米范围内广泛分布有全球独一无二的以高海拔高温为主要特征的多年冻土．高原气候变化无常,一日间可经历四季,遭遇雨、雪、冰雹;公路沿线环境恶劣,年平均气温-2℃～-7℃,空气中含氧量不足海平面的50％,太阳辐射量平均高达3600kJ／m^2．多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱是高原环境的基本特征．在当今全球气候升温大背景下,高原下伏多年冻土响应进程加快,近20年间冻土平均升温0．2～0.3℃,岛状多年冻土加速消失,高温多年冻土加剧退化,低温多年冻土升温明显,并由此导致冻土区公路工程病害不断发生发展．青藏公路历经50年建设和34年连续科研,通车50年来,历经数次整治改建,并开展长达30多年的连续跟踪观测研究,其作为中国高原冻土区大规模工程建设的开山之作,无疑也成为中国冻土工程研究最大的试验工程．2002年交通部在西部交通建设科技项目中安排开展《多年冻土地区公路修筑成套技术研究》,积极迎对全球气候升温变暖对多年冻土区工程影响的挑战,从冻土工程理论、勘察设计方法、工程稳定措施、冻土工程病害预防养护与工程寿命保障,到高寒缺氧恶劣环境下的生态环境保护等方面开展系统研究,创新、集成了针对中国实际的多年冻土地区公路修筑成套技术,推动了中国冻土工程领域的技术进步,进一步提升了中国公路冻土工程研究的世界领先水平．     

极区温室气体浓度和排放与气候变化

地球两极是温室气体和大气污染物质的重要源、汇区，对全球气候环境变化的响应和反馈极为敏感，是全球大气环境监测的重要本底区域。本文系统地论述了极区CO2、CH4、N2O等温室气体研究的历史现状，包括南、北极地区温室气体浓度的变化与全球气候变化的关系；极区冻土CO2、CH4、N2O的排放及其与气候变化的响应关系；展望了极区温室气体研究的发展趋势；提出了目前所面临的问题。     

青藏高原多年冻土区实际边界浅层土体温度场

在现有冻土理论、热力学原理及流体力学理论等的基础上, 结合青藏高原的气候特征及室内和现场测试资料, 提出了一套考虑风速、辐射和蒸发等多种自然因素及工程外表特征的温度场有限元数值模型与分析方法, 并分析讨论了青藏高原普遍存在的粉质黏土和砾砂土的热物理参数的确定方法. 在此基础上的数值分析表明地表温度是各种外在因素的综合反映, 在工程设计中应该充分考虑各工程场地外在因素的差异性, 对冻土路基的数值分析表明影响路基稳定性的横向热差异问题的本质是边界条件沿路基表面的差异.     

瞬时孔隙水压力作用下的降雨滑坡稳定性响应分析: 以香港天然降雨滑坡为例

短期集中降雨过程造成的瞬时孔隙水压力的变化是诱发大多数浅层滑坡的主要因素. 在GIS的支持下, 以香港浅层降雨滑坡为例, 采用基于非饱和渗流理论的瞬时降雨响应模型对滑坡稳定性的瞬时孔隙水压力的响应行为特征进行了深入探讨. 对典型降雨过程中的孔隙水压力和滑坡稳定性在时间(降雨过程)和空间(不同深度和平面位置)上的响应行为和分布规律进行了详细分析和讨论, 并与孔隙水压力的实测结果进行了对比. 重点对不同岩土类型和不同渗透性质的斜坡的稳定性在降雨过程中的响应规律和特征进行了对比分析. 同时讨论了前期降雨和不透水下垫面等因素对斜坡稳定性的影响, 以及孔隙水压力的降雨响应时间等特征. 通过研究, 可以更好地理解降雨对滑坡作用的水文过程和诱发机制, 为进行有效的滑坡风险性分析和预测预报提供科学依据.     

青藏铁路主动冷却路基的工程效果

在全球变暖的背景下,高温冻土区的建筑必须改变单纯依靠热阻（增加路堤高度、采用保温材料）的消极“保”温方法,而采用“冷却路基”的积极“降”温措施．通过局地因素对多年冻土分布影响的分析得到如下启示：可以通过改变路基的结构和填料调控传热,以达到冷却路基的目的．青藏铁路的实践表明：通过遮阳板调控辐射,通过块石层、通风管、热管调控对流,通过“热半导体”材料调控传导,通过这些调控方式的组合,均可有效地降低路基下多年冻土的地温,保证路基的稳定．冷却路基方法是高温冻土区工程建筑应对全球转暖的有效措施．     

正反弹道Taylor撞击变形等效性研究

反弹道撞击试验在材料与结构的动力学响应研究领域已有广泛应用,相比正向Taylor试验,反弹道条件下Taylor撞击试验可获得更全面的弹/杆结构响应数据及量化测试结果.为研究正反弹道结构响应的等效性条件,开展不同长径比Taylor杆的正反撞击试验,获得了试件微秒量级的实时动态响应数据.利用数值模拟方法研究了不同撞击速度下结构变形、能量变化与塑性波的传播规律,从能量角度建立了两种撞击条件下结构变形的等效关系,在靶弹质量比大于20的条件下,正反撞击塑性功偏差小于5%.     

气候变暖和降水变化对地下生态过程的影响

地下生态学过程是指陆地生态系统地下部分结构、功能的动态变化过程,它与地上过程高度关联,是全面理解生态系统结构和功能,特别是对全球气候变化响应和适应机理的关键.气候变暖和降水变化是气候变化的两个重要方面,它们对地下生态学过程各个方面的影响复杂且重要,然而目前在这方面的综述文章并不多见.本文综述了气候变暖和降水变化对土壤碳收支、氮循环、土壤生物以及植物细根的周转等方面的研究进展,并在此基础上分析了相关研究领域的主要瓶颈,提出了一些亟待解决的科学问题,期望促进气候变化背景下地下生态学的发展.     

高温变形过程中的动态再结晶类型识别

通过分析高温变形过程中伴随再结晶晶粒长大的内部位错密度变化,判别不同变形条件下动态再结晶过程的进行形式,研究动态再结晶形式对变形参数的依赖规律,发现：低温大应变速率下,高温变形过程中的再结晶形式以连续性动态再结晶为主;高温低应变速率下,以周期性动态再结晶为主.根据动态再结晶软化与加工硬化平衡,得到反映稳态流动时钛合金流动应力对变形参数的响应,建立具有实际物理意义描述钛合金稳态流动本构关系的Arrhenius型方程.通过热模拟压缩实验得到800~900℃,0.0005~10 s-1条件下的TC18钛合金高温变形流动应力应变曲线,验证动态再结晶形式的判据模型,并通过DMM耗散效率分布图分析模型的适用性.通过显微组织分析,研究不同变形参数下的高温变形过程中,不同动态再结晶形式对应的再结晶晶粒粗化/细化的特点.通过各变形条件下真应变？=0.8时的稳态应力验证得到的本构模型,并分析应变速率敏感系数的变化规律.     

高应变率下RPC动态力学性能的试验研究

利用5种钢纤维掺量活性粉末混凝土(RPC)圆柱形试件的SHPB冲击压缩实验研究了10×100~1.1×102s?1应变率范围内RPC的动态力学性能,分析了不同应变率和钢纤维掺量下RPC的应力波动特征、破坏模式、强度及耗能能力的变化规律以及应变率和钢纤维掺量的影响.提出了不同应变率和钢纤维掺量条件下RPC动态应力-应变响应的基本模式与本构模型.研究表明:应力波作用下素RPC的应力响应高于应变响应,脆性特征显著.掺入适量钢纤维后,RPC碎裂时的应变率和变形能力较素RPC有明显提高.相同钢纤维掺量下,应变率增加时,RPC的峰值抗压强度、峰值应变和残余应变均有不同程度的提高,其中残余应变提高的幅度最大.相同应变率条件下,提高钢纤维掺量对于改善RPC碎裂后的残余变形能力作用不大.钢纤维对RPC峰值抗压强度和峰值变形能力的影响不同,相同应变率下,钢纤维率不超过1.75%时,峰值抗压强度随纤维率增加而增加;纤维率超过1.75%后,峰值抗压强度开始逐步下降;峰值应变随钢纤维掺量增加而持续增大.相同应变率下,从冲击开始至残余变形阶段RPC的总耗能Edisp随钢纤维掺量增加而逐步提高,但纤维率超过2%后总耗能Edisp则开始逐步下降.不同变形阶段钢纤维对RPC耗能所起的作用不同.钢纤维率不超过2%时,钢纤维对提高峰值变形前耗能的作用大于对提高峰值变形后耗能的作用.应变率对总耗能和各阶段耗能均有显著影响,应变率越高,各阶段的耗能越大,动态冲击时的韧性越好.给出了RPC峰值抗压强度、峰值变形、残余变形,以及各阶段耗能随应变率和钢纤维率变化的经验模型.采用标准化的应力和应变作为广义应力与广义应变,以应变率和钢纤维率为界,将RPC的动态应力-应变响应模式简化为4类基本模型,并给出了每类模型的数学表达式.     

分离式隧道扩建成小净距隧道群爆破震动控制研究

双洞分离式隧道扩建成四洞小净距隧道群的施工必须保证原隧道衬砌结构和新建隧道与原隧道之间中夹岩的稳定.运用三维有限元动力分析方法,对分离式隧道扩建成小净距隧道群的施工过程中原隧道衬砌结构爆破动力响应特性进行分析.根据原隧道衬砌结构最大平均有效应力特征得到了Ⅳ级、V级围岩隧道在不同施工方式条件下的原隧道衬砌结构的最大爆破震动控制速度和控制药量,为隧道扩建设计和安全施工提供了依据.     

基于水热耦合平衡方程的黄河流域径流变化归因分析

选择黄河流域38个典型子流域为研究对象,基于流域水热耦合平衡模型,计算了各流域径流对气候和下垫面变化的弹性系数;进一步针对各流域在1961~2010年间的径流变化,定量区分了气候变化和下垫面变化对各典型子流域天然径流减少的影响程度.结果表明:径流的气候弹性和下垫面弹性具有一致性,黄土高原地区的水文过程对气候和下垫面变化更加敏感.下垫面变化对绝大多数子流域的径流量减少起主导作用,特别是黄土高原地区水土保持对径流的影响不可忽视.本研究表明,基于流域水分-能量耦合平衡方程的径流弹性分析方法,对定量区分气候和下垫面变化对流域径流的影响具有广阔的应用前景.     

渤海海冰孔隙率对单轴压缩强度影响的实验研究

针对2009～2010年冬季渤海出现的异常冰情,在辽东湾东岸某港区外潮沟采集海冰,加工成冰样;在控温精度0.1℃的条件下,对117个柱状冰冰样沿平行冰面方向加载,测试冰样的单轴压缩强度、密度、盐度.试验温度分别是？4℃,？7℃,？10℃,？13℃和？16℃,加载应变速率在10？6～10？2s？1,覆盖了冰的韧性破坏、韧脆过渡和脆性破坏区域.试验结果支持宽应变率范围内单轴压缩强度随孔隙率的变化曲面.由此得到冰力学行为转折点随孔隙率变化的定量表达;实现了描述单轴压缩强度在不同破坏行为下的统一数学表达式;此外,还推断出2009～2010年渤海异常冰情不会导致渤海海冰单轴压缩强度设计值的调整.     

低温下混凝土单轴压缩破坏及尺寸效应细观有限元分析

考虑混凝土材料各相组分特征,建立了细观层次有限元分析方法,模拟了不同尺寸几何相似混凝土试块在室温及低温下的静态单轴压缩破坏响应,探讨了低温下混凝土单轴压缩名义强度退化行为及尺寸效应影响规律.研究结果表明,随着温度的下降,单轴压缩名义强度显著增强,混凝土脆性不断增大,尺寸效应行为更显著.当温度达到-120℃时,混凝土材料...     

抑制宽带双激励换能器发射响应起伏的电学方法

针对双激励宽带换能器发射响应起伏较大的问题,本文提出了在前后压电陶瓷堆分别串联电阻来降低换能器工作频带内的发射电压响应起伏,拓展换能器工作频带的方法.推导了双激励换能器的等效电路,计算了在前后压电陶瓷堆分别串联不同电阻时换能器发射电压响应起伏随频率的变化关系,并通过有限元数值仿真证明,在前后压电陶瓷堆上串联合适的电阻,可以有效降低换能器发射电压响应在工作频带内的起伏.最后制作了工作频带在14~34 kHz的双激励超声换能器,测试了该换能器在串联不同电阻时的发射电压响应随频率的变化关系.实验测试结果表明在前后压电陶瓷堆串联电阻,可以有效地降低换能器的发射响应起伏,换能器在14~34 kHz的工作频带内发射电压响应的起伏由原来的12 dB降低到7.3 dB,换能器工作频带内的发射响应起伏得到明显的改善.研究结果对双激励宽带换能器的设计具有一定的意义.     

气候变暖条件下镜泊湖冷水性鱼类栖息地的评价

气候变暖将对寒冷地区的湖泊的水温分布和溶解氧分布产生较大的影响,进而影响鱼类的数量.为了评价气候变暖对我国北方寒冷地区冷水性鱼类栖息地的影响,本文基于热氧垂向分布数值模型开发了鱼类栖息地模型.选取了黑龙江省的镜泊湖作为代表性湖泊,选择哲罗鲑作为指示鱼类.本文采取定值评价法和热氧指数法来识别适合哲罗鲑生存的栖息地,对现有气候条件和未来气候条件下哲罗鲑的栖息地进行了评价.模拟结果表明:在未来气候条件下,哲罗鲑冬季不适宜的栖息地将减小,夏季不适宜的栖息地将加大,夏季死鱼的可能性增大.夏季适宜生存的栖息地将减少60%~90%,这意味着夏季死鱼的可能性较大.反映冷水性鱼类年内最大热氧压力的ATDO3vb值将增加2.5°C左右,这意味着哲罗鲑幼鱼的存活率将下降35%.在极端温暖的年份,ATDO3vb将增加3.8°C左右,哲罗鲑幼鱼的存活率将下降到9%.热氧指数评价法具有较广的适用性,能够用于识别和比较我国东北地区不同类型湖库的冷水性鱼类栖息地.     

窄深型河湾多尺度紊流拟序结构动力稳定与自适应特征研究

一定尺度范围的紊流涡体会主导河流形态的发展,塑造出某一特定弯曲度的河段,这种涡体称之为＂弯道造床涡体＂;弯道造床涡体与弯道相互协调关系则表现为＂河流的自适应特征＂.在以上两个概念的基础上,本文以自然界U型河湾为背景,从理论上分析了常曲率河湾紊流拟序涡体结构的稳定与自适应特征.参照流体力学相关理论,将紊流拟序涡体结构看作一种扰动,计算了不同弯曲度情况下,河湾拟序涡体的扰动增长率和扰动波数响应范围;研究了不同尺度紊流结构对河湾参数的响应情况,解释了河湾得以保持的可能动力机理,为进一步研究河湾蠕动提供了理论基础.     

活性粉末混凝土热物理性质的研究

通过高温试验获得了不同钢纤维掺量RPC的热传导、热扩散、比热容和热膨胀等热物理性质,分析了RPC热物理性质随温度和钢纤维掺量变化的规律,并与普通高强和高性能混凝土的热物理性质进行了对比.建立了RPC热物性参数随温度和钢纤维掺量变化的经验关系.利用传热学和固体物理方法分析了RPC传热过程与热传导性质变化的微观物理机制,推导了RPC的比热容和热膨胀系数的理论表达式,利用理论模型定量地分析了温度和钢纤维对RPC比热容和热膨胀性质的不同影响,并给出了判别条件,理论预测与试验观测相一致.     

升高CO2浓度和温度对针叶林的影响以及在川西亚高山针叶林研究中的展望

以CO2浓度和温度升高为主要特征的全球气候变化受到了世界各国科学家们的普遍关注。目前已经有大量关于森林生态系统对全球变化响应的研究报道和综述性文章,涉及分子、生理生态、种群和群落生态以及区域和全球尺度等微观和宏观领域的研究内容,因而要想对森林生态系统对全球变化的响应研究进行全面的综述是相当困难的。因此,本文只简要评述了森林生态系统对升高CO2浓度和温度响应研究中的诸如CO2浓度和温度升高对森林生长和生产力的影响、森林生态系统物种组成和多样性对升高CO2浓度和温度的响应、植被变化与全球碳循环的互动以及气候变化与森林生态系统生物地球化学循环的关系等几个热点问题。川西亚高山针叶林区为我国的第二大林区,地处高山峡谷地带,是全球变化的敏感地带。相对简单的植物群落结构、较低的物种丰富度和多样性、巨大的冷冻土壤碳库、不同演替阶段和功能的植物群落组合以及分布于林线附近的邻接效应等为研究针叶林系统对升高CO2浓度和温度的响应提供了良好的天然实验室。针叶林生产力、植物群落物种组成和多样性以及土壤碳氮过程等对升高CO2浓度和温度的响应对于预测未来气候变化下针叶林系统的生态过程具有重要意义。     

江汉平原主要气候变化特征

根据江汉平原8个气象观测站1961年-2004年的气象资料,对该区气候变化特征进行分析,结果发现,该区年平均气温呈现上升趋势,气温增加倾向率为0．259℃／10a,平均最低气温有明显增加趋势而平均最高气温变化幅度不大;秋、冬两季气温上升明显;1993年是江汉平原气温突变年。该区年降水量呈现上升趋势,降水增加倾向率为42．39mm／10a;降水年际间变化明显,年际问变异系数和极值比分别为0．174和1．97;该区存在明显的3个连丰和2个连枯阶段。该区干燥度指数升高,气候向湿润化发展。该研究结果能够更好的指导该区农业生产和湿地保护,同时为政府部门决策提供气象依据.     

涂硼MRPC热中子探测器性能的模拟研究

介绍了涂硼MRPC热中子探测器的原理,利用蒙特卡罗方法模拟研究了涂硼MRPC热中子探测器对于不同能量中子的响应以及不同涂层厚度对于0.025eV热中子的转换效率,分析了其对射线的响应,并计算了该探测器的时间分辨和本征探测效率.通过模拟结果给出了涂硼MRPC热中子探测器对于0.025eV热中子的探测效率.对转换效率进行理论计算验证,模拟结果和理论计算值吻合较好.