土冻结过程中水热变化特性的模型试验研究

为研究正冻土水热变化特征及它们之间联系,对非饱和黏土进行单向冻结模型实验,结果表明：土在冻结温度附近降温速率最小,持续时间较长;靠近表面土降温快,较其下部土提前进入冻结,且冻结历时短;靠近顶面的测点温度曲线重合度不如其下层,可能因为受外界次要因素干扰时深层土壤受影响小;正冻土温度分布大致分为两段,冻结区线段斜率大于未冻区,随冻结时间增加,非冻结险段线段斜率会先增大后减小,最终两段线变为一段线,此时温度沿土柱高度线形分布;未冻水含量变化拐点大致在冻结锋面处,距冻结锋面越近,吸力越大,水分迁移量越大,随冻结时间的增加,非冻结区水分迁移速度变大;未冻区土水势梯度最小,正冻区及冻结区土水势梯度大小关系并不明确;未冻水含量变化与温度变化一致,未冻水含量变化分为三个阶段：缓慢下降阶段、快速下降阶段、指数下降阶段。     

弧形底梯形渠道混凝土衬砌板下温度与气温间的关系研究

基于弧形底梯形渠道混凝土板衬砌冻胀观测试验,分析讨论了气温对衬砌板下温度的影响及其两者间数量关系。研究结果表明:初冻期板下20 cm地温稳定通过0℃,冻结期及融化期内板下20 cm处地温始终小于日平均气温;冻结期内负积温是影响板下温度的最关键因素;大气与土壤间的热量交换值在初冻期、冻结期、融化期依次增大;负积温与板下地温及冻深间均很好地符合二次多项式相关关系。     

多年冻岩土区露天矿边坡局部稳定性探究

多年冻岩土区露天矿边坡具有特殊的地层分布,且坡表易受外环境周期性的影响而产生局部滑塌或掏蚀破坏。本文沿用含相变的温度场、渗流场、应力场耦合(THM)简化算法和理想边坡模型,探究了边坡冻融下局部损伤破坏演化过程,讨论了基于屈服接近度的局部稳定性分析评价方法的实用性,并以此研究了各因素对边坡稳定性的影响。结果表明:拉塑性区会随着季融层回冻而内移,坡体浅层有沿季冻层底冰面滑塌的可能,而坡肩内部是坡体整体安全性的受力关键,局部有效屈服区综合了拉剪破坏的性质及其区域分布。冻结温度、坡高、冻融循环次数、热膨胀系数、孔隙率对局部有效屈服区的影响程度依次减弱。其中,坡高、冻结温度、冻融次数主要导致坡体内部的损伤积累,坡角更易导致坡表的破坏,而热膨胀系数、孔隙率将同时增大坡体的破坏区与损伤区。     

非饱和黏土冻结过程中水热变化特性模型试验研究

为研究正冻土水热变化特性,对非饱和黏土进行单向冻结模型实验。结果表明:土在冻结温度附近降温速率最小、持续时间较长;靠近上表面土层降温快,较其下层土提前进入冻结;且冻结历时短;靠近顶面的测点温度曲线重合度不如其下层,可能是受外界次要因素干扰,深层土壤受此影响较小;正冻土温度分布曲线沿深度大致分为两段,冻结区线段斜率大于未冻结区,随冻结时间增长,非冻结区线段斜率先增大后减小,最终两段折线趋近为一段斜直线,此时温度沿模型高度呈直线形分布;未冻水含量变化拐点大致在冻结锋面处,距冻结锋面越近,吸力越大,水分迁移量越大,随冻结时间的增长,非冻结区水分迁移速度变大;未冻区土水势梯度最小,正冻区及冻结区土水势梯度大小关系并不明确;未冻水含量变化与温度变化一致,未冻水含量变化分为三个阶段:缓慢下降阶段、快速下降阶段、指数下降阶段。     

短时冻区残积土细观破坏过程的离散元模拟

为明确短时冻区残积土体细观破坏规律,以福建省短时冻区典型残积土为例,基于三轴试验数据对不同短时冻融次数下残积土的细观参数进行标定,同时分析围压及冻融次数下残积土细观破坏过程.结果表明:残积土在压缩过程中,逐步呈现出一个菱形区域,最终菱形区域会形成一个剪切面.残积土压缩时破坏过程可分为弹性变形阶段、塑性发展与强度峰值阶段以及峰后破坏三个阶段.残积土的稳定性会因土体周围围压的上升和土体冻融次数的减少而提高,同样也会增加残积土的抗剪强度.     

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。     

气象因素对季冻区超长铁路隧道温度场的影响

寒区隧道温度场研究是揭示隧道冻害机理、优化隧道服役性能的基础。当前多关注工程地质条件对隧道温度场的影响,而气象因素对季冻区隧道温度场影响的相关研究较为少见。本文依托某季冻区隧道工程,引入统计分析方法基于工程区近41年气象数据总结了典型气象条件参数,设置3种不利风向组合,利用三维有限元模拟分析了典型气象条件下不同风向组合的隧道温度场。以隧道出入口负温区长度及温差为评价指标,通过正交试验方法分析了气象因素对隧道温度场影响的敏感性。结果表明：研究区风温服从正态分布,风速及持续时间服从对数正态分布;典型气象条件下隧道入口负温长度约2680m,出口约240m,隧道入口为抗冻设防重点区域;隧道入口温差约7.2℃,出口温差约4.5℃,隧道入口温差大于隧道出口;隧道入口温度场主要受风温、风速影响,出口温度场受风温影响最大;隧道出入口负温长度及温差均随风温的降低逐渐增大,主导风向风速增加入口负温长度增大但温差逐渐减小。     

多年冻土地基单桩冻拔效应的计算方法与分析

为研究多年冻土地基冻结过程中桩基础的冻拔效应，基于桩周土的冻胀变形及桩土之间的变形协调关系，结合剪切位移法构建了一种考虑桩土界面相对滑移效应的单桩冻拔荷载传递的理论模型.采用有限差分法，通过MATLAB编程对桩基受力微分方程求解，获得了冻拔力的发展规律，并采用现场试验与有限元数值模拟验证了模型的合理性.接着分析了冻胀率、桩土界面本构参数及桩长对桩基冻拔响应的影响.研究表明：冻结过程桩身轴力逐渐增大，冻深附近出现轴力峰值，部分桩土界面会产生滑移；冻至最大冻深2.3 m时桩身轴力达到最大值690.3 kN,滑移段长度约为0.65倍冻深；冻拔力随土体冻胀率的增大并非呈线性增大，主要受桩土界面峰值剪切强度与残余强度的影响；桩长越长，抗冻拔效果越好.     

寒区公路路堑边坡开挖水热耦合模拟

为研究绥大高速公路路堑边坡开挖前后的水热分布特征,利用海伦站气象数据,结合工程现场实际边坡状况,构建考虑各项气候条件的饱和/非饱和瞬态水热耦合数值计算模型,分析边坡开挖前后水分场、温度场的分布特征、冻结深度及不同工况下的差异性影响因素。结果表明：边坡开挖导致水分场大幅改变,3月中旬体积含水量大幅下降,中下旬下降幅度最大为74.61%,占整个非冻结期91.59%;随着埋深的增加,温度波动变化滞后性明显,波动范围呈指数衰减。未开挖土体冻结深度可达1.95 m,开挖边坡最大冻结深度为0.76 m,冻结消融期为31天。不同工况下水分场分布状态不同,体积含水量高低受土体渗透性影响较大。高体积含水量会抑制冻结锋面的推进速度,延迟土体温度变化趋势,不同工况下温度变化差异性受体积含水量影响显著。     

时变对流模式下混凝土厚壁结构内生热场分布

针对高墩混凝土箱梁墩顶块水化热温度场分布状况,考虑了风速的影响,建立了时变对流热传导模式,利用ANSYS分别对时变对流换热系数和稳定对流换热系数下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场进行了分析,总结了时变对流模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场的分布规律,并与实测值进行了对比。研究结果表明:时变对流计算模式适合计算高墩混凝土箱梁墩顶块的水化热温度场;混凝土箱梁墩顶块水化热温度分布以腹板、顶板、底板与横隔板的交合部分为球心呈层状向外逐渐减小;随着时间的延伸,水化热温度分布形状相似,相应区域内温度值降低;时变对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为56 h,稳定对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为80h;风速对各测点的水化热温度峰值及其发生的时间影响较大,增大风速可降低水化热温度峰值,缩减温度峰值出现的时间。     

平板冻结装置冻结时间的理论解

根据热传导理论,建立食品在平板冻结装置中冻结时间的计算公式。通过实例计算及实验验证,计算公式具有相当高的精度,可以应用于平板冻结装置的设计计算。     

地铁换乘站水平冻结压力的监测与分析

以在建上海地铁工程实际为例，通过有说服力的现场实测数据，总结分析了由冻结施工引起的冻结压力的变化规律，从而为上海地铁工程水平冻结设计、施工和检验提供了参考依据。     

黄瓜片冻结过程的数值计算及实验研究

在考虑热物性变化的条件下,用计算机模拟了黄瓜片的速冻过程,讨论了介质温度、传热系数和食品厚度对冻结时间的影响,并且与不考虑热物性变化的情况进行了比较。结果显示,考虑了热物性变化的计算结果更接近实验数据。     

快堆内熔融物传播模型的建立及验证

在快中子增殖反应堆的事故中,熔融物流经温度比较低的结构时会发生冻结,冻结的具体位置和时间对事故的发展影响较大。根据常用的导热冻结和整体冻结两种机理,采用机理建模方法,对熔融物的传播进行研究。模型采用积分微分法求解,并用法国GEYSER8和GEYSER11等实验进行了验证,得出整体冻结模型能更好地预测传播长度等结论。并根据模型计算结果对当前存在悬疑的PV-A实验的逐步传播现象给出了合理解释。     

快堆内熔融物传播模型的验证

在快中子增殖反应堆的事故中,熔融物流经温度比较低的结构时会发生冻结,冻结的具体位置和时间对事故的发展影响较大。根据常用的导热冻结和整体冻结两种机理,采用机理建模方法,对熔融物的传播进行研究。模型采用积分微分法求解,并用法国GEY SER 8和GEY SER 11等实验进行了验证,得出整体冻结模型能更好地预测传播长度等结论。根据模型计算结果对当前存在悬疑的PV-A实验的逐步传播现象给出了合理解释。     

低温电镜技术制备的树脂道细胞的超微结构

应用高压冷冻－冷冻替代技术研究欧洲赤松（Ｐｉｎｕｓ ｓｙｌｕｅｓｔｒｉｓ）树脂道细胞的超微结构并与传统方法进行比较,结果证明高压冷冻－冷并替代技术不仅可提高树脂细胞超微结构的保存,同时可减少树脂成分的损失。具体表现为,细胞膜光滑平直,紧贴细胞壁,细胞器饱满,细胞质和细胞器基质更加浓厚均匀,高尔基体具有明显极性分化,潴泡间膜清晰。树脂道细胞中树脂未形成浓密垢黑色嗜锇滴,而是以浅灰色绒毛状结构存在。上     

双排管冻结稳态温度场广义解析解

人工地层冻结法施工中,对于双排的布管形式,巴霍尔金给出了双排管冻结稳态温度场解析解.但巴霍尔金解析解只针对对齐和标准错位这两种情况,不能完全满足现实的要求.针对工程中的不规则布管问题,利用调和方程边界条件可分离性,通过叠加单排冻结巴霍尔金问题解和线性温度场问题解,获得了特殊单排冻结问题的解析解;借鉴特殊单排温度场问题,完成布管形式复杂的双排管冻结温度场问题的广义解析解,并利用ANSYS数值模拟和物理模型实验结果验证了解析解的正确性.     

非牛顿高凝油的剪切特性

潍北油田高凝油含蜡量高、凝固点高,当温度低于析蜡点时,呈现出非牛顿流体特征,其特性受剪切作用影响较大。为此,开展了非牛顿高凝油的室内剪切降黏降凝实验。研究表明,在剪切作用下,非牛顿高凝油的黏度大幅降低;非牛顿高凝油具有剪切稀释性,且温度越低,剪切稀释性越明显;剪切速率对非牛顿高凝油的凝固温度、凝固时间影响较大,在凝固点附近剪切时,凝固温度可降低56 ℃、凝固时间明显延长;剪切时间对非牛顿高凝油的凝固温度影响很小,对凝固时间影响较大,在凝固点附近剪切20 min（转速100 r/min）,凝固时间可延长817 min。     

合理冻结温度的探讨

在井巷工程中,当采用冻结法施工穿过松散的不稳定表土层时,随着表土层厚度的增加和冻结温度的降低,在井筒施工过程中不断发生井壁压裂,冻结管断裂等事故。因而大大影响了井筒的施工速度和安全。为了解决以上问题,本文从冻结壁的强度和厚度的要求、冻结管受力分析、管材在低温条件下力学性能的变化及井壁受力情况分析,並提出合理的冻结温度范围。