季节性冻土区路基水分横向迁移机理研究

本文基于Harlan模型和吸附-薄膜理论,首先分析了发生横向水分迁移的水分类型和来源,进而分析了水分发生横向迁移的动力,最终结合已有工程处置方法,给出针对防止水分横向迁移相应的治理措施,并给出下一步研究试验的方向。     

一维冻结土体冻胀量的水热力耦合计算

在分析冻胀形成原因的基础上，提出了一维条件下土体冻胀量计算的一种算法；该算法考虑了水分迁移、热传导和约束压力之间的耦合作用．根据实测数据进行计算所得结果与现场实测结果吻合较好．     

蒸发条件下非饱和土水分迁移的数值模拟

大气的蒸发效应引起土体内部含水量及温度的重新分布,本文旨在研究蒸发条件下非饱和土中水分及热量的迁移规律.对于土体在蒸发条件下总吸力和温度的变化特征,采用非饱和土水-热迁移模型加以描述,该模型中液态水和气态水的迁移分别是基于Darcy定律和Fick定律而建立的.探究了利用土体基本物性指标和气象因素预测模型计算中相关参数及边界条件的方法,利用上述模型及预测方法只需获取土体基本物理性质便可获取任意时刻非饱和土中含水量及温度的分布情况.该理论被用来模拟Wilson土柱蒸发试验实测结果,其理论结果和试验实测结果是较一致的.     

蒸发条件下非饱和土水分迁移的数值模拟

大气的蒸发效应引起土体内部含水量及温度的重新分布,本文旨在研究蒸发条件下非饱和土中水分及热量的迁移规律.对于土体在蒸发条件下总吸力和温度的变化特征,采用非饱和土水-热迁移模型加以描述,该模型中液态水和气态水的迁移分别是基于Darcy定律和Fick定律而建立的.探究了利用土体基本物性指标和气象因素预测模型计算中相关参数及边界条件的方法,利用上述模型及预测方法只需获取土体基本物理性质便可获取任意时刻非饱和土中含水量及温度的分布情况.该理论被用来模拟Wilson土柱蒸发试验实测结果,其理论结果和试验实测结果是较一致的.     

冻结过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,进行了冻结过程中封闭系统下土体水分迁移试验,试验结果表明:试样中温度的变化是先快后慢,最终试样内部温度随深度的变化呈现出一个稳定的温度梯度分布;温度势对水分迁移的影响甚微,温度梯度是导致含水量梯度产生的一个重要诱导因素,当温度的变化致使土体发生冻结时,冻结区的液态水含量急剧减小,从而引起其基质势能的急剧降低,促使土中未冻水沿着温度降低的方向迁移.基于上述试验,通过建立二维温度场与水分场耦合效应模型,应用有限元数值方法对室内封闭系统下模型试件的温度场、水分场进行了数值模拟,计算值与实测值基本吻合,验证了水热耦合数值计算模型的正确性.该模型可用于模拟季节性冰冻地区路基土体中水分迁移的变化规律,为冻胀防治提供依据.     

室内土体单向冻结水分迁移的试验研究

以江苏镇江、扬州等地区具有代表性的表层黏土为研究对象,对土体进行了单向冻结实验,研究了不同饱和度、不同温度梯度、不同冻结速率及不同补水条件下土体中水分迁移的现象.实验结果表明:在有外界水源补给的条件下,土体冻结时间越长,非饱和土中水分迁移现象范围越大,对于饱和土每层含水率基本波动范围不大;温度梯度越大,土体完全冻结且水分迁移达到稳定状态所需时间越短,水分迁移的范围越广;在无水源补给的条件下,冻结速率越大,土试样中水分迁移分布曲线变得越平缓;相对于无外界水源补给条件下,有外界水源补给的试样最终完全冻结时水通量更大,土样中水分迁移分布的范围更明显.     

土体单向冻结对土中水分迁移的影响

以江苏南京、苏州、无锡等地区典型的浅表土为研究对象,对非饱和土进行了单向冻结试验,研究了不同含水率、干密度以及冻结时间对土中水分迁移特性的影响。结果表明:试样冻结锋面的位置与冻结时间有关,冻结2 h后的发展速度(1.20 cm/h)略小于前2 h的发展速度(1.55 cm/h);土中水分迁移量及迁移范围与干密度成反比,试样顶端含水率减小值及底端含水率增加值与干密度大小有关;处于非饱和状态的淤泥质黏土初始含水率越大,经单向冻结后造成的水分迁移效果越明显;粉砂中易形成快速冻结,初始含水率对水分迁移能力影响不大;相同冻结条件下淤泥质粉质黏土冻结后各冻土段含水率增量基本相同。     

长春地区季节冻土水分迁移实验研究

对长春地区的水分迁移进行了实验研究。首先对长春地区温度场分布进行了介绍。然后利用毛细水上升实验研究了长春地区季节冻土的冻结和融化特征。采用自制的水分迁移仪,选取了两个地点的土样,对不同压实度的试样进行了冻结状态下的水分迁移实验。结果表明,本区冻结过程中水分迁移的主体是薄膜水。当压实度低于90%时,土体中毛细水的上升高度随着压实度的增加而增大;但是当土体的压实度超过90%时,则有相反趋势。     

寒区工程锅盖效应病害调查与防治研究进展

寒区大温差环境下封闭工程结构层覆盖于地基上,导致水分聚集在结构层底部形成"锅盖效应",引起地基承载力降低,加剧工程冻融病害.随着"一带一路"的推进,寒区高等级公路、油气站场、机场跑道建设涉及的锅盖效应病害亟需解决.调查了寒区公路路基、高铁无砟轨道基床、机场跑道、输油站场面临的锅盖效应病害,从病害特征、形成机理、理论模型、防控技术等四个方面,综述了寒区工程锅盖效应形成机理及病害防治的最新进展.同时,在总结当前锅盖效应研究不足的基础上,提出了今后寒区工程锅盖效应理论研究和灾害控制措施的方向:①关注水汽含量的测试和多年冻土区锅盖效应形成条件研究;②构建考虑空气-水汽两相流和土体变形规律的水-汽-热-力耦合模型,以此来预测工程构筑物的稳定性;③开展基于"阻-通-截"理念的综合防治措施研究,以期为寒区工程设计和病害防治提供理论支持和科学对策.     

相连续非饱和多孔介质中水分迁移机理的探讨

本文针对一个连续的相结构模式,分析了非饱和多孔介质中液、气两相的流动问题和水分的迁移机理,并对具有单自由蒸发表面的多孔体结构建立了一个简单易行的数学模型;提出了相应的数值计算方法.本文模型可用于预计自由蒸发制冷及热泵-土壤床埋管问题中水分的蒸发速率,并由此估算热量的抽取率.     

基于混合模型的河网输水能力计算

河网水动力数值模拟广泛应用于平原河网的防洪排涝计算,水流主要由支流向主河道汇集.而河网输水则是主河道向支流扩散的非恒定流动,需考虑支流蓄水作用对河网整体输水能力的影响.在平原河网水动力混合模型的基础上提出了一种河网输水能力计算方法.基于数字化河网划分骨干河道和蓄水支流,通过时变侧向出流形式来考虑引水时骨干河道向支流扩散的水量,从而将圣维南方程中的侧向出流项由以往的常数改进为时变流量过程,以提高河网非恒定流数值计算精度.将该方法运用到某引水工程输水计算中,有效地解决了复杂河网跨流域输水时的水量分配问题.     

水质耦合模型在农药对土壤包气带污染中应用

在综合考虑农药类污染物在非饱和土壤环境中的水动力弥散、吸附解吸及微生物降解等环境行为的前提下,建立土壤中农药类化学污染物迁移的耦合动力学模型,模型中充分考虑了溶质在土壤固体骨架上非平衡吸附作用,并对农药阿特拉津在土壤中的运移过程进行了数值模拟,对模型中的几个重要参数(含水率、吸附速率和水动力弥散系数)进行了灵敏度分析;结果表明,土壤水分含量变化对农药类污染物质在环境介质中迁移转化起着重要作用.这对于定量化分析农药类污染物在土壤中迁移对地下水污染的潜在性影响提供了可靠的理论根据,同时可为现场农药环境污染评价提供技术支持.     

季冻区边坡地下水渗流模型试验

随着季节冻土区的交通网络建设和基础设施建设项目不断增多,季节冻土区边坡工程冻融灾害问题越发严重。中国在此方面的研究起步较晚,中国学者虽积极开展研究;但较少有人通过试验手段研究地下水位变化对季节冻土区边坡的影响。使得季节冻土区边坡因春融期地下水上升引起的冻融-渗流稳定性问题成为亟待研究的课题之一。通过室内模型试验,揭示季节冻土区粉质黏土边坡在不同初始含水率、相同坡比的条件下,随着地下水位的升高,粉质黏土边坡在春融期破坏形式由浅层滑坡破坏向整体破坏过渡。     

某滑坡滑带非饱和土强度特性试验研究

借助专门的能够控制吸力的四联式非饱和土直剪仪,对清江水布垭坝区古树包滑坡滑带土的重塑样进行了一系列抗剪强度试验,验证了F red lud提出的非饱和土抗剪强度公式对滑带土的适用性,求出了该滑带非饱和土的强度参数;通过在一定基质吸力条件下量测含水率-固结压力之间的关系,指出土-水特征曲线与固结压力相关的特性。     

降雨诱发非饱和土地下水位上涨的耦合效应

降雨容易诱发地下水位上涨,从而引发多种危害.降雨诱发土体变形与渗流耦合,目前的研究多集中在土体耦合各场的变化规律,对土体水力耦合过程地下水位变化规律及影响因素研究较少.基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱土体的水力耦合的数值模型,从水力耦合的角度去研究降雨诱发地下水位上涨.该模型突破了饱和时的渗透系数是常量的局限,且适用于任意的土-水特征曲线表达式.通过算例对二维非饱和土渗流-变形耦合模型展开分析,并深入探讨了地下水位升高的耦合效应.计算结果表明:降雨强度、初始条件以及饱和渗透系数为变量等因素对地下水位上涨有显著的影响;位移最大值出现在地下水位以上,地下水位以下位移变化梯度相对较大.     

圩区水环境治理规划及地下水溶质运移预测模拟

以中国南方平原圩区为研究对象，分析圩区堤防采用垂直封闭截渗技术后对圩内水环境的影响，并建立封闭圩区水环境规划及地下水溶质运移数学模型，通过求解，得出圩区的最优水面率和滞蓄水深、最优外排装机容量和内排装机容量以及大堤的最优封闭率，同时预测了区域内地下水位及地下水污染动态变化情况。     

植物根系吸水模型研究进展

根系是植物获取水分的主要器官,它直接影响整个植株的输水量以及生命活动。在水资源短缺的状况下,了解根系生长过程中的需水特性并提高农业中水资源的利用率,一直是节水灌溉技术中研究创新的热点。因此,在研究过程中需要对植物根系的吸水量进行精确估算,建立根系吸水模型是定量化研究植物根系吸水特性的重要方法。本文概述了根系吸水的原理及其主要影响因素,对不同研究方法下的根系吸水模型进行分类研究,并阐述其适用范围及优缺点,同时介绍了水盐共同胁迫下的根系吸水模型。最后对目前的根系吸水模型进行分析,提出了今后的研究方向,为构建水稻根系三维动态吸水模型提供了基础。     

城市混合流疏散中不同交通方式配比对疏散时间的影响

针对突发公共事件下城市区域范围的人员疏散会选择不同交通方式的实际情况,构建了包括路网、离散动态分析、混合流模拟3个模块的城市混合疏散模型的基本框架。其中,混合流模拟模块针对疏散状况下避难者"见空就钻"的心理特点,构建了基于统一元胞空间的混合流元胞自动机模型。同时,利用该模型研究了人、自行车和机动车不同配比疏散时的疏散时间。研究结果发现,多种疏散方式的混合疏散可以提高疏散效率,但当机动车较多的情况下,自行车的混入将降低疏散时间。     

江淮地区大气中平均水汽含量特征及变化趋势

利用NCEP／NCAR1948～2003年再分析格点资料,研究江淮地区大气中水汽含量的时空分布特征及变化趋势,对比分析了旱涝月份江淮地区大气水汽含量的特征、结果表明水汽含量是形成旱涝的一个内在条件.