冻土导热系数的非线性规律研究

根据冻土多孔多相介质各组分随机分布的特性,结合随机模拟方法,应用有限元数值模拟软件COMSOL研究了导热系数与各影响因子之间的关系.计算结果表明:一定范围内的冻土土粒粒径以及含水量与导热系数表现为非线性关系,含水量与等效导热系数呈明显的非线性关系;在数量级较小的范围内导热系数与孔隙率以及未冻水含量表现为非线性关系.研究结果与实测结果和已有成果相符合,证明此方法是一种研究冻土物性参数的有效手段.     

基于差示扫描量热法的冻土冻融过程未冻水含量计算模型

通过差式扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)试验,研究不同初始含水率下黏土在冻融过程中未冻水含量与温度的关系,将融化和冻结过程中冻土未冻水含量的特征点作为参数,建立黏土未冻水含量与温度关系半经验模型,并分析初始含水率对参数的影响。结果表明:模型计算值与试验值吻合较好;初始含水率对黏土冻结时的过冷温度影响较小;完全融化温度随初始含水率增大略有上升;不同初始含水率的相同土质的未冻水含量在同一温度点的变化较小。     

最小二乘支持向量机在冻土未冻水含量预测中的应用研究

未冻水含量是冻土研究及热工计算中重要的物理参数,其与影响因素间具有复杂的非线性关系。本文基于最小二乘支持向量机建立了未冻水含量预测模型,该模型通过对训练样本的自学习可以建立所选输入参数与输出参数间的关联,从而对未冻水含量进行预测。预测结果表明,该模型预测值精度满足冻土研究的要求。     

冻土介电常数的实验研究

探讨了冻土介电常数的测量方法,通过实验初步研究了冻土介电常数随频率、温度和含水量的变化规律.     

基于差示扫描量热法的哈尔滨黏土未冻水含量特性

为研究哈尔滨黏土在低温条件下冻土中未冻水含量特性,通过差式扫描量热法(differential scanning calorimetry, DSC)研究了不同初始含水量的哈尔滨本地黏土、高岭土和蒙脱土在冻结过程中的未冻水含量变化,并结合微观角度的扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)实验、中观角度的液塑限实验对不同黏土颗粒土质以及哈尔滨黏土粒度进行实验研究。结果表明,温度因素对于未冻水含量变化的影响最为显著,可将未冻水含量的变化过程依据节点温度分为3个典型阶段,分别为恒定不变段、剧烈下降段和缓慢降低段。初始含水量主要影响冻结过程第二阶段,初始含水量越高,第二阶段冻结的水量越多。土质不同,其未冻水变化曲线不同。粒度分布主要影响冻结过程的第三阶段,粒径越小,等效微小孔隙越多,第三阶段未冻水含量变化相对更剧烈。可见哈尔滨黏土的冻结过程中的未冻水含量特性除了与初始含水量和温度有着密切联系,同时也受到土体的土质、粒度的影响。     

预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用

总结了二十年来“下三带”理论的发展和应用,对“下三带”的概念、形成、确定方法、测定数据、效果评价等均作了系统深入的论述。“下三带”理论经过二十余年的理论研究和生产实践已发展得日趋完善,该理论在承压水上安全开采评价及防治矿井底板突水灾害中起了重要作用。本文旨在促进对该理论的深入理解,更好地推广应用,为矿井安全生产服务。     

水分在季节性冻土中的运动

季节性冻土是一种冰水共存的特殊土水体系,在分析冻土中水分运动的驱动力及其影响因素,冻土介质的物理特性（热特性和水力特性）及其参数测定方法的基础上,综述了水分在冻土中运动的基本规律及定量研究水分运动的试验与数值模拟方法。     

基于COMSOL Multiphysics数学模块的冻土水热耦合分析

多年冻土内部的水热过程是影响冻土区生态环境演变、干旱区水资源利用及地表工程结构稳定性的重要因素。然而传统的水热耦合理论模型忽略了非饱和土体中水分对流传热作用,在水分场与温度场耦合理论模型的数值实现上仍有困难。以垂直土柱单向冻结实验为基础,通过COMSOL Multiphysics软件的数学模块实现考虑冰水相变和水分对流的温度场和水分场偏微分方程的耦合求解,分析了冻土水分对流与温度变化的关系。结果表明:(1)COMSOL可以实现冻土水热参数、冰水相变潜热以及边界条件的灵活定义,容易实现水热两场耦合分析;(2)对于含水量较高的土体,水分对流传热作用不可忽略。     

积累优化理论及换热过程的积累优化

用积累的概念来统一考虑过程系统中的原材料、能量、产品、设备以及废弃物等各种因素,分析了不同生产因素的积累基本概念,建立了积累优化的基本理论和相关的数学模型,以寻求自然资源消耗的客观规律.以某一工艺过程换热器为例,进行了积累消耗的优化设计,获得了换热过程的最佳设计参数———对数平均换热温差.与热经济学优化结果的比较表明,基于积累优化理论的工程设计与工程科学技术水平相关,与生产运行的时期、地点关系不大.     

积累Yong优化理论及换热过程的积累Yong优化

用积累Yong的概念来统一考虑过程系统中的原材料、能量、产品、设备以及废弃物等各种因素，分析了不同生产因素的积累Yong基本概念，建立了积累Yong优化的基本理论和相关的数学模型，以寻求自然资源消耗的客观规律．以某一工艺过程换热器为例，进行了积累Yong消耗的优化设计，获得了换热过程的最佳设计参数——对数平均换热温差．与热经济学优化结果的比较表明，基于积累Yong优化理论的工程设计与工程科学技术水平相关，与生产运行的时期、地点关系不久．     

田间土壤含水率的统计特性分析

以实测土壤含水率资料为基础，通过假设检验方法系统地分析了田间土壤含水率的统计特性。分析结果表明，田间土壤含水率为近似符合正态分布的随机变量，这一结论为田间土壤墒情监测误差的分析及控制提供了理论依据。     

小尺度温室土壤含水率空间变异性及水分迁移研究

为探究土壤含水率的空间分布特征,分析土壤水分迁移特征,以日光温室中8 m×8 m地块为研究对象,布设1 m×1 m采样网格,将0～50 cm深度土壤分为5个水平层,且标记4个垂直剖面.以土钻取样,采用烘干法测定各层土样含水率,运用地统计学方法分析土壤含水率在水平和垂直方向的空间变异性,并分析土壤水分迁移特征.结果表明,土壤含水率在0～50 cm深度中呈现先升高后降低的趋势,各深度土层土壤含水率存在着较强的空间相关性(块金系数≤13. 2),试验中随机因素对空间变异贡献较低(块金值≤0. 54).通过分析观测土层剖面及试验数据发现土壤含水率空间变异性和水分迁移受土壤孔隙结构、翻耕深度、蒸发强度、植物根系生长和土壤生物活动等因素影响均较大.重力势对垂直方向上的水分迁移作用大于水平方向,且供试地块最佳保水层为20～30 cm.     

平衡冷冻后红细胞胞内未冻水的状态

基于Boyle—Van’t Hoff关系设计了2种独立的实验方案，研究了红细胞内束缚水的状态．第一种方案使用电子粒子计数仪(EPC)测定了室温下在不同浓度的NaCl溶液中取得渗透平衡的红细胞的体积(V)，其中包括红细胞的等渗体积V0(与0．9％的NaCl溶液取得渗透平衡的红细胞体积)．第二种方案使用差示扫描量热仪(DSC)测定了不同压积比的红细胞悬液慢速冷冻的放热量．通过理论模型计算，进一步得到红细胞的最终平衡体积(Hf)．平衡冷冻的最终体积与细胞内非渗透性体积(Vb)存在差别，这一差别被认为是细胞内束缚水的体积．实验结果表明：(1)两种实验方法等效；(2)平衡冷冻后胞内几乎没有自由水，亦即红细胞内束缚水只有一种状态，为结合水．     

单壁碳纳米管中受限水的热容及饱和含水量

单壁碳纳米管纳米级的管径使其成为一种准一维的容器．用示差扫描量热的方法对受限于单壁碳纳米管中水的热容进行研究,结果显示,受限水的热容．温度曲线在所测量的温度范围内并未出现熔融峰,并且相比于同温度下的本体水,单壁碳纳米管中受限水的热容有反常的降低．红外光谱显示,单壁碳纳米管内水的氢键强度相对本体水变弱．结合红外结果可知,受限水热容反常降低的现象是因为氢键强度的下降,导致构象对热容的贡献减少．通过对溢出部分水的焓值计算可知,单壁碳纳米管内受限水含量质量分数上限为16％．简化模型预测的单壁碳纳米管理论含水量比实际含水量质量分数高出2％左右．     

土壤初始含水量对黄土坡地水分运动与转化特征的影响

通过室内模拟降雨试验,研究了水蚀条件下初始含水量分别为1.3%、5.7%、9.7%、14.2%和18.9%时黄土坡地水分的迁移特征。结果表明随着土壤初始含水量的增加,坡面产流开始时间提前,坡地平均径流系数和径流量呈线性增加趋势;坡面径流含沙量与土壤初始含水量呈抛物线关系,在9.7%含水量左右存在最小值;土壤初始含水量越高,坡地累计入渗量越小,雨水转化为土壤水分的比率越小。在土壤初始含水量较高的雨季,建议采取保护性耕作措施,增加雨水入渗率,减少水土流失量。