第五届全国寒区岩土力学与工程青年学术论坛
基本信息
2022-07-23
2022-07-23
中国岩石力学与工程学会;中国冰冻科学学会;东北林业大学
会议文集
21. 干密度和温度对冻结膨胀土单轴压缩特性影响的试验研究
摘要： 膨胀土是一种特殊的黏土,具有明显的胀缩性和多裂隙性,在寒区渠道工程中极易诱发各种冻害.单轴压缩特性是冻土物理力学特性的重要分支,为研究冻结膨胀土的单轴压缩特性,开展了不同干密度和温度下冻结膨胀土单轴压缩试验.试验结果表明:随着干密度的增加,各温度工况下试样的应力-应变关系曲线均由弱应变软化转为应变硬化形态,且试验温度越高,曲线的软化特征越显著.不同温度工况下试样的破坏模式差异明显.当试验温度为-2℃时,试样破坏时其表面出现明显的局部坍塌与剥落,而-5℃、-10℃和-15℃工况下试样的最终破坏形态均为"鼓状"破坏,试样表面无明显的裂缝和剪切面.冻结膨胀土试样的单轴抗压强度随干密度的增加而线性增大,亦随温度的降低而增大,但在不同的温度区间内增幅不同,其变化幅度主要与试样内部含冰量密切相关.此外,试样的弹性模量随着干密度的增大和温度的降低均线性增大.
提交时间：2022-07-23
22. 循环冻融下寒区工程常用保温材料性能变化试验研究
摘要： 保温材料广泛应用于寒区工程的诸多领域.然而,在服役过程中,保温材料往往会受到浸水、冻融和盐蚀等多场耦合的循环作用,导致其保温、防水和强度等物理力学性能出现不同程度的退化.目前,保温材料的类型非常多,但其性能和耐久性有所不同,因此科学合理地选择保温材料不仅关系到其长期保温效果,同时对于工程构筑物的长期稳定性具有重要的意义.针对循环冻融作用,选取寒区工程中常用的4种保温材料[聚酚醛(FLK)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯挤塑板(XPS)和聚苯乙烯发泡板(EPS)]开展了浸纯水、浸盐水和干燥状态下的室内冻融循环试验,对经历了不同冻融次数的样品进行了表观密度、吸水率、导热系数、压缩强度、弯曲强度和微观结构系列测试.结果表明:浸润作用对保温材料物理力学性质影响显著,亲水性材料FLK的保温和力学性能退化显著,而憎水性材料PU、XPS和EPS变化相对较小.干燥条件下,冻融循环作用对FLK、XPS和EPS吸水率以及FLK的导热系数影响量值可观,但对4种保温材料的压缩和弯曲强度影响不大.浸纯水和盐水条件下,经历30次冻融循环后,FLK的导热系数增加约50％,弯曲强度降低超过0.3％,EPS的压缩强度降低超过10％.浸盐水后保温材料经历冻融循环作用后其物理力学性能退化程度与浸纯水条件下有所不同,该差异值得关注.通过扫描电镜图像能够识别4种保温材料的孔隙尺寸、孔隙致密度和固体颗粒胶结方式,但对经历冻融循环作用后的变化难以识别和量化.基于试验结果,结合寒区交通工程应用场景,分析了4种保温材料的冻融耐久性,以期服务丁寒区交通工程保温材料的合理应用.
提交时间：2022-07-23
23. 有载冻融作用对深部重塑黏土抗剪强度影响的试验研究
摘要： 深厚表土层冻结法凿井工程中,深部土体由于经历了高压冻融作用,导致其工程性质变化,认识冻融作用对其强度与变形影响,对于冻融病害防治有一定意义.本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融,并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验,探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律.研究结果表明:冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型;同时,经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降,在本试验条件下,抗剪强度最高下降了48.8％,割线模量E0.5最大下降了72.0％.通过对各影响因素的显著性分析,发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著,围压对两者的影响最弱.
提交时间：2022-07-23
24. 气候变暖背景下沱沱河盆地多年冻土与融区地温过程研究
摘要： 沱沱河盆地地处青藏高原腹地,区内多年冻土与融区分布复杂.多年冻土与融区的分布及其变化是冻土学研究的重要内容,同时对于居民生产、生活以及工程建设选址具有重要的意义.基于20世纪80年代已有研究中对沱沱河盆地多年冻土和融区的分区,利用北岸青藏铁路沿线5个钻孔(N1～N5)和南岸一级阶地5个钻孔(S1～S5)的地温观测数据,研究了沱沱河南北岸多年冻土与融区的地温及其变化过程.结果表明,在区域气候暖湿化背景下,北岸多年冻土、融区经历了显著的升温退化过程.自2005-2020年,N1孔位的多年冻土经历了显著的下引式退化过程,从极高温不稳定冻土已退化为融区.2005-2013年期间,融区内年平均地温升温速率为0.3～0.4℃·(10a)-1.南岸自一级阶地至开心岭山前缓坡既有贯穿型也有非贯穿型融区的发育,融区的发育与河流与渗透-辐射机制以及冻结层上水发育有关.通过对盆地内10个钻孔的地温以及近20a的时间变化过程分析,加深了沱沱河盆地多年冻土与融区空间分布及其变化的认识.从盆地内多年冻土与融区的制图角度和工程建设需求出发,未来仍需要开展多手段现场勘察工作及对融区发育机制方面的深入研究.
提交时间：2022-07-23
25. 温度对土壤介电常数的影响规律研究
摘要： 介电常数是频域反射法测定土样含水率的关键参数之一.为获取温度对土壤介电常数的影响规律,利用矢量网络分析仪测得不同含水率、含盐量的试样在不同试验温度下的介电常数.通过分析土样介电常数随不同因素的变化规律,最后建立了介电常数与温度的关系.结果表明:温度对土样介电常数的影响主要表现在冰水剧烈相变阶段.当温度低于某一温度或者高于冻结温度后,介电常数受温度的影响较小.负温条件下,土样介电常数随含盐量增大而增大.引入阶梯函数建立的三阶段模型,可有效描述土样介电常数随温度的变化规律.
提交时间：2022-07-23
26. 球模仪测试冻结砂长期抗剪强度的双球模型解答及其试验研究
摘要： 球形模板压入试验由于其试验过程简单易行,测试结果比较准确而广泛应用于冻结土的力学性质测试中,尤其是在确定冻结土的等效黏聚力上优势更为显著.本文通过球形模板压入试验分析不同粒径组冻结砂土长期等效黏聚力(长期抗剪强度)随时间的变化规律,并利用弹性力学解答空间问题的研究方法,总结出不同固定荷载试验条件下球形模板压头压入冻结砂土试样深度S,之间的相互转换关系.研究结果表明:试验过程中,冻结砂土的长期抗剪强度随时间呈降低趋势,降低速率由快至慢,最终在试验进行约24h后趋于稳定,且冻结砂土长期抗剪强度与砂土的颗粒尺寸呈正相关的关系;在7.0kg固定荷载试验条件下得到的压入深度随时间变化曲线经转换后得到的拟合曲线与在5.1kg固定荷载试验条件下得到的压入深度随时间变化的实测曲线相比较,具有较高拟合度;不同粒径组拟合所得的冻结砂土长期抗剪强度随时间变化曲线也与实测曲线具有较高拟合度.
提交时间：2022-07-23
27. 补水压力对土体冻胀的影响
摘要： 为了研究冷端温度、土质和补水压力对土体冻胀影响的强弱以及现行评价土体冻胀敏感性的方法在土体有压补水冻结时的适用性,开展了三因素三水平的冻胀正交试验.基于灰色关联度法得到的结果表明,影响土体冻胀率的因素由强到弱依次为补水压力、冷端温度和土质.补水压力、冷端温度与冻胀率的关联度较大,土质与冻胀率的关联度较小.在较高的补水压力作用下,非冻胀敏感性的砂类土产生了明显的冰透镜体,且部分砂类土的冻胀率超过了黏质土的冻胀率.发现仅凭细粒含量评价水压作用下砂类土的冻胀敏感性存在缺陷,应根据土体所处的实际环境进行综合评估.通过讨论冻胀敏感性、融沉敏感性与冻害敏感性之间的关系,提出受水压影响的寒区工程构筑物须通过设置隔水和排水设施以及使用换填法来综合防治冻害的方法,可为相关工程的设计及安全运营提供参考.
提交时间：2022-07-23
28. 衬砌粗糙度对季节冻土区渠基土-衬砌接触面间峰值抗剪强度的影响
摘要： 目前来看,在构筑物与土体表面粗糙度影响土-构筑物接触面间切向冻胀力方面的研究还较少,因此,本研究从川西季节冻土区渠基土-衬砌接触面的切向冻胀力问题出发,着重考虑衬砌表面粗糙度这一因素对接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的影响规律和影响效应,并结合环境温度、含水率及冻结时长,利用正交分析综合探究了4种因素对接触面间峰值抗剪强度影响的相关性和显著性,结果表明:接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随衬砌表面粗糙度变化呈现相同规律,即衬砌表面越粗糙,3项指标随即增大.正交分析中揭示了影响接触面间峰值抗剪强度大小最显著的因素是衬砌粗糙度,其次是环境温度和含水率,冻结时长的影响效应不显著,同时低温、低含水率、较长冻结时长、较高衬砌粗糙程度下的峰值抗剪强度越大.此项结果可为季节冻土区渠系工程防冻胀危害提供理论支撑.
提交时间：2022-07-23
29. 青藏工程走廊冻融土热扩散系数特性与预测模型研究
摘要： 热扩散系数是多年冻土对外界热扰动敏感程度的重要影响参数之一,也是寒区工程设计与建设的关键基础数据.基于瞬态平面热源法导热系数测试结果和质量加权法计算获取的比热容理论值,计算获得青藏工程走廊西大滩—唐古拉山沿线典型类别土样热扩散系数,分析对比了走廊带内冻融土热扩散系数的分布特征和参数影响规律,提出了基于经验拟合公式法和RBF神经网络方法的冻融土热扩散系数预测模型,并比较了不同预测模型的预测效果.研究结果表明:青藏工程走廊带内土的热扩散系数与粒径整体呈正相关性,融土热扩散系数按黏性土、粉土、全风化岩类、砂土及碎石土依次增大,冻土热扩散系数按黏性土、全风化岩类、粉土、碎石土及砂土依次增大;热扩散系数与容重及天然含水率相关性随土类及冻融状态差异明显,冻、融土热扩散系数呈显著正线性关系;以融土热扩散系数为拟合参数的冻土热扩散系数三元预测模型的预测精度明显高于二元经验公式;RBF神经网络模型在冻、融土热扩散系数预测中均具有最优的预测精度,为最佳预测模型.
提交时间：2022-07-23
30. 青藏铁路路基粗颗粒填料动力特性和安定性行为研究
摘要： 对冻结路基填料开展一系列恒围压和动围压分级循环加载三轴试验,采用轴向及径向双向同步循环加载方式来模拟原位列车荷载下路基填料的复杂循环应力状态,试验结果表明:轴向累积塑性应变随冻结负温的升高而增大,随粗颗粒含量的增大而减小.体变随冻结负温的降低先减小再增大,而体变在粗颗粒含量增加下的三阶段演化特征被试验确定.最后采用现有的三类路基安定性评估理论对冻结路基填料的累积塑性变形进行评估,Werkmeister-准则和马-准则分别在动围压和恒围压的条件下易进入塑性蠕变阶段,陈-准则在两条件下的评判结果均属于塑性安定范围,后循环压实阶段与二次循环变形阶段间临界点不同的确定方法对安定性的评估结果有不可忽视的影响.
提交时间：2022-07-23
31. 青藏高原唐古拉地区活动层厚度分布特征及其影响因素
摘要： 多年冻土区活动层的冻融过程显著影响地-气间的水热交换、地表水文过程、冰缘地貌演变及寒区工程建设.活动层厚度的空间分异规律及其空间分布的准确模拟计算是冻土学研究的基础和核心问题之一.作为青藏高原中部东西走向最大的山脉和青藏高原多年冻土的主要分布区,唐古拉地区是青藏高原南部湿润区与北部干旱区的过渡区,该地区的活动层厚度空间分异规律研究对于揭示青藏高原多年冻土区活动层厚度整体空间分布规律具有重要意义.利用唐古拉地区南、北坡两个区域野外实测活动层厚度分布数据,分析了该区域活动层厚度的空间分异特征及其主要影响因素.结果表明,活动层厚度分布的突出特点是空间分异巨大,最小值仅为1.2m,最大值达到5.6m.以不同植被类型区活动层的平均厚度为对比标准,其分布特征为:沼泽草甸＜高寒草甸＜高寒荒漠＜高寒草原,高寒草原的平均活动层厚度最大.对比南、北坡,南坡活动层厚度普遍大于北坡.Stefan方程的计算结果表明,活动层厚度的变化速率随土壤含水率的变化最大,其次为土壤热导率,而随地表融化指数的变化最小.实测土壤含水率、探坑数据及地表融化指数与活动层厚度分布关系表明,影响活动层厚度空间分异的最为敏感的因素为土壤含水率,其次为土壤热导率,地表融化指数的敏感性最小.
提交时间：2022-07-23
32. 青藏高原热喀斯特湖演化及其对多年冻土的热影响模型计算研究
摘要： 青藏高原热喀斯特湖分布广泛,近年来在气候变暖背景下快速发展.热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系,强烈影响多年冻土的热稳定性.为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响,以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料,发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型,模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响.结果表明:浅湖(＜1.0m)在目前稳定气候背景下处于较稳定状态,湖冰能够回冻至湖底,对下伏多年冻土影响较小;较深湖塘(≥1.0m)冬季不能回冻至湖底,湖深不断增加,且底部在50年内将会形成不同深度的融区.随着气候变暖,热喀斯特湖的热效应显著,深度快速增加,较深湖塘的最大湖冰厚度减小,底部多年冻土快速融化形成开放融区.研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响.
提交时间：2022-07-23
33. 高密度电法在输电线路塔基基础附近多年冻土探测中的应用
摘要： 多年冻土区输电线路塔基基础附近活动层厚度和地下冰变化与基础稳定性密切相关,塔基施工的热扰动和混凝土基础的热效应使得基础周围冻土易发生退化,不利于基础的稳定.高密度电法是冻土工程环境研究中常用的地球物理方法,其探测结果的可靠性和分辨能力受数据采集方式、目标体地电结构影响.为减小对输电线路塔基附近冻土特征识别的不确定性,通过建立基础周围多年冻土地电模型的正反演模拟,发现活动层处于融化状态时各种装置方式数据采集均能较好地反映活动层厚度的起伏,但由于冻融锋面附近显著的电阻率差异,难以识别多年冻土层内的地下冰空间分布特征.而活动层处于冻结状态时进行探测能显著提高对多年冻土层内的地下冰空间分布特征识别精度,其中偶极-偶极装置可较好地识别高、低含冰量区域的发育位置和形态特征.在青藏直流输电线路塔基基础附近冻土探测中证实了方法的有效性,探测结果揭示了施工过程和基础热效应导致的塔基基础附近的地下冰退化.以上研究表明,通过正反演模拟,根据具体探测目标选择合适的探测时机和数据采集方式,能显著提高高密度电法探测结果的有效性和精度.
提交时间：2022-07-23
34. 黏土颗粒扩散双电层影响因素分析
摘要： 双电层结构对研究黏土力学特性、冻土水分迁移等具有重要意义.为了探究不同影响因素对黏土颗粒扩散双电层电势分布的影响,借鉴Gouy-Chapman-Stern双电层理论,基于Nernst-Planck方程和Poisson-Boltzmann方程,利用数值软件COMSOL定量分析了温度、浓度、颗粒尺寸、颗粒形状以及溶液相对介电常数对扩散双电层电势分布的影响规律.研究表明:温度对电势分布的影响不明显,但随着温度以及Stern层厚度增加,黏土颗粒表面电势和Stern电势均增加;而随着溶液浓度以及相对介电常数减小,表面电势值增加;在矿物成分、表面电荷密度以及颗粒形状确定的情况下,尺寸对于扩散双电层电势分布的影响不显著;但颗粒的不规则形状对电势分布的影响较为明显,当颗粒形状存在夹角时,夹角处的表面电势远大于其他位置,且夹角越小,夹角处表面电势值越大.
提交时间：2022-07-23
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