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冻融过程中未冻水含量对非饱和粉土抗剪强度的影响
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作者 晏长根 王婷 +5 位作者 贾海梁 徐伟 訾凡 陶悦 威巍 王亚冲 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1252-1260,共9页
对含水率为18.3%的非饱和粉土进行了冻融过程中不同温度下的直剪试验,用核磁共振测定了冻融过程中孔隙水的相变过程,并分析了未冻水、孔隙冰对其力学性质的影响机制。试验结果表明:(1)非饱和粉土冻结可分为过冷段(>-1.15℃)、快速冻... 对含水率为18.3%的非饱和粉土进行了冻融过程中不同温度下的直剪试验,用核磁共振测定了冻融过程中孔隙水的相变过程,并分析了未冻水、孔隙冰对其力学性质的影响机制。试验结果表明:(1)非饱和粉土冻结可分为过冷段(>-1.15℃)、快速冻结阶段(-1.15℃~-2℃)和稳定冻结阶段(<-2℃),快速冻结阶段76%的孔隙水冻结,而稳定冻结阶段未冻水含量只减少7%;(2)冻融过程中黏聚力随温度发生显著变化,内摩擦角变化幅度很小;(3)冻结过程中抗剪强度的变化主要发生在稳定冻结阶段,快速冻结阶段黏聚力仅增大38.5%,内摩擦角基本无变化,而稳定冻结阶段黏聚力增大123.5%,内摩擦角降低12%。得到以下结论:(1)快速冻结阶段黏聚力增大主要是由于孔隙水冻结导致基质吸力增大,毛细黏聚作用增强;稳定冻结阶段黏聚力增大主要是由于冰对土颗粒胶结强度增大;(2)含冰量变化不大时,冻土抗剪强度主要受冰对土颗粒胶结强度的控制,而此胶结强度决定于未冻水膜的厚度;(3)稳定冻结阶段内摩擦角降低主要由孔隙中水冰相变发生体积膨胀时对土颗粒骨架的作用力导致。 展开更多
关键词 土力学 冻融过程 未冻水含量 非饱和粉土 抗剪强度
黄河源区多、少雪年土壤冻融特征分析
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作者 姚闯 吕世华 +2 位作者 王婷 王俊锋 马翠丽 《高原气象》 CSCD 北大核心 2019年第3期474-483,共10页
利用2011年10月至2017年12月黄河源区鄂陵湖野外观测数据,对比分析多雪年与少雪年土壤冻结与消融时间、土壤温湿度、地表能量分量的变化特征。结果表明:多雪年地表反照率偏高,净辐射偏低,地表感热输送偏低,土壤由热“源”转为热“汇”... 利用2011年10月至2017年12月黄河源区鄂陵湖野外观测数据,对比分析多雪年与少雪年土壤冻结与消融时间、土壤温湿度、地表能量分量的变化特征。结果表明:多雪年地表反照率偏高,净辐射偏低,地表感热输送偏低,土壤由热“源”转为热“汇”的时间晚于少雪年。积雪可减少土壤吸收辐射能量,减少地表感热通量,在土壤完全冻结期与消融期增大地表潜热通量,在完全冻结期,减少土壤向大气的热输送,在消融期,减少大气向土壤的热输送。积雪在冻结期有降温作用,使得多雪年土壤较早发生冻结,且同一时期土壤温度偏低;在完全冻结期有保温作用,使得土壤温度偏高;在消融期有保温(“凉”)作用,使得消融较晚,且同一时期土壤温度偏低。在整个积雪年内,多雪年浅层土壤湿度高于少雪年,积雪对浅层土壤有保湿作用。积雪使土壤开始冻结时间有所提前,开始消融的时间有所滞后,可延长该年土壤完全冻结持续天数。 展开更多
关键词 积雪 冻融过程 土壤温度 土壤湿度 地表能量分量
冻融过程土壤水热力耦合作用及其模型研究进展 预览
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作者 冉洪伍 范继辉 黄菁 《草业科学》 CAS CSCD 2019年第4期991-999,共9页
冻融过程水热力耦合是寒区水文循环的重要内容,是寒区农业、建筑、生态领域需要迫切解决的问题。本研究对冻土冻融过程、水热力耦合机理研究进行了分析:目前对于水分迁移驱动力大多归结于土壤水势梯度,采用土壤水分特征曲线进行求解,但... 冻融过程水热力耦合是寒区水文循环的重要内容,是寒区农业、建筑、生态领域需要迫切解决的问题。本研究对冻土冻融过程、水热力耦合机理研究进行了分析:目前对于水分迁移驱动力大多归结于土壤水势梯度,采用土壤水分特征曲线进行求解,但是这种方法并没有考虑土体温度、土体形变以及土壤的物理特性指标。水热力耦合模型实现了水分、温度、应力之间的耦合,但是水分、温度、应力的变化对土壤特征参数的反馈机制并未体现;在多场作用下的分凝冰形成机理是解决土体冻胀的关键,对该问题有待进行深入研究。同时对目前主流的水动力学模型、刚性冰模型、热力学模型3类耦合模型在适用性和准确性方面进行了讨论。最后,针对目前冻融过程水热力耦合研究存在的问题进行分析并提出研究的构想。 展开更多
关键词 冻融过程 水热耦合 水动力学模型 刚性冰模型 热力学模型
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冻融过程中岩石内部热传导弛豫特性研究
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作者 荣腾龙 申艳军 +2 位作者 杨更社 王路军 王铭 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期207-214,共8页
为了研究冻融过程中岩石内部的传热规律,对冻融过程中类岩石试件内部的温度变化进行了定点监测,基于实测的不同温度下岩石热参数构造了显热容模型,并对冻融过程中岩石内部热传导弛豫现象和温变规律进行了模拟和分析。研究结果表明:冻融... 为了研究冻融过程中岩石内部的传热规律,对冻融过程中类岩石试件内部的温度变化进行了定点监测,基于实测的不同温度下岩石热参数构造了显热容模型,并对冻融过程中岩石内部热传导弛豫现象和温变规律进行了模拟和分析。研究结果表明:冻融过程中饱和岩石内部出现了明显的热传导弛豫现象,温变曲线呈现三区段变化特征;构造的显热容模型可以较好地模拟出冻融过程中的热传导弛豫区段;建立了考虑热弛豫现象的冻融岩石温度场模拟方法,模拟结果与实测结果吻合度较好。 展开更多
关键词 冻结法 冻融过程 热传导弛豫 显热容
青藏公路冻土路基阴阳坡热效应研究 预览
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作者 毕贵权 杨凯飞 +1 位作者 穆彦虎 陈涛 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期135-142,共8页
青藏公路多年冻土路段的阴阳坡现象会引发路基及下伏冻土地基热状况不对称分布,影响长期稳定性.为此,基于实测坡面温度数据,开展不同年平均气温和路基高度条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟.结果表明,年平均气温-3℃下阴坡冻结... 青藏公路多年冻土路段的阴阳坡现象会引发路基及下伏冻土地基热状况不对称分布,影响长期稳定性.为此,基于实测坡面温度数据,开展不同年平均气温和路基高度条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟.结果表明,年平均气温-3℃下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,融化指数约为阳坡的0.83倍.路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定抬升.此后,在气候变暖及沥青路面强烈吸热效应作用下,路基左右路肩下部人为上限不断下降,其中高填方路基人为上限下降速率相对较快.阴阳坡效应作用下,东西路基下部人为冻土上限呈左高右低的趋势,下伏土体温度同样为左高右低.高填方路基下伏冻土层地温分布的不对称较同期的普通填方路基显著. 展开更多
关键词 阴阳坡效应 年平均气温 高填方路基 冻融过程 人为冻土上限 多年冻土
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埋地保温管道下多年冻土热状态数值研究 预览
6
作者 车富强 周刚义 +2 位作者 山军鹏 段世龙 王继鹏 《黑龙江大学工程学报》 2019年第1期20-27,共8页
基于加格达奇地区实测气温以及典型点月平均出站油温监测资料,利用二维有限元模型对典型冻土工程地质地段运行50a有无保温材料埋地热油管道周围土体的冻融过程以及融化圈发展过程进行数值计算。研究表明:管道中心剖面,春季管道附近存在... 基于加格达奇地区实测气温以及典型点月平均出站油温监测资料,利用二维有限元模型对典型冻土工程地质地段运行50a有无保温材料埋地热油管道周围土体的冻融过程以及融化圈发展过程进行数值计算。研究表明:管道中心剖面,春季管道附近存在双向融化,冬季地表向下单向冻结,管底土体始终处于融化状态;原天然地层土体春季单向融化,冬季双向冻结;管道周围土体融化圈和融化深度随着时间的推移逐渐变大,管道运行50a后,无保温材料管道管底融深高达6.9m;土壤融化速率在第1年达到最大,随后迅速减小,10a后基本不变;保温材料对管道周围土体冻融过程、冻融圈、冻融深度的发展有明显的抑制作用,尤其在管道运营初期抬升了下部土体温度。 展开更多
关键词 埋地管道 保温材料 冻融过程 融化圈 数值模拟
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藏北高寒草地土壤冻融过程水热变化特征 预览
7
作者 冉洪伍 范继辉 黄菁 《草业科学》 CAS CSCD 2019年第4期980-990,I0008共12页
为深入认知藏北高寒草地土壤冻融循环过程,依托申扎高寒草原与湿地生态系统观测试验站,开展了高寒草地土壤剖面水热变化过程监测,基于2015–2016年数据,对藏北高寒草地冻融循环过程中温度、含水率变化特征进行了分析,并探讨了冻融过程... 为深入认知藏北高寒草地土壤冻融循环过程,依托申扎高寒草原与湿地生态系统观测试验站,开展了高寒草地土壤剖面水热变化过程监测,基于2015–2016年数据,对藏北高寒草地冻融循环过程中温度、含水率变化特征进行了分析,并探讨了冻融过程与气温、降水的关系。结果表明,土壤剖面各土层温度和含水率均呈准周期性变化,且变化幅度随深度增加而降低;11月初至次年4月底是藏北高寒草地土壤的冻结期,可分为初冻期(11月)、稳定冻结期(12月至2月上旬)、消融前期(2月中旬至3月下旬)和消融后期(3月下旬至4月中旬)4个阶段;观测期土壤冻结的最大深度在160cm左右;冻结深度上下限和积温呈现出显著的相关关系,含水率和温度变化相互影响,水分在土壤热量传递时有着重要作用。研究结果可为进一步理解冻融水热耦合作用及生态系统对冻融的响应提供理论支持。 展开更多
关键词 高寒草地 冻融过程 水热变化 藏北高原
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深季节冻土地区基坑工程水平冻胀力试验研究 被引量:2
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作者 王建州 刘书幸 +5 位作者 周国庆 鲍强 陈拓 酒逢源 王密田 徐敬豪 《中国矿业大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期815-821,共7页
以深季节冻土地区越冬深基坑为研究对象,采用物理模型试验方法,研究了深基坑在冻融过程中的冻胀力的变化特征.结果表明:深基坑在冻结过程中,冻结深度和冻胀力均随着时间的增加而增大,但不同深度处的水平冻胀力增长幅度差异明显.在冻结... 以深季节冻土地区越冬深基坑为研究对象,采用物理模型试验方法,研究了深基坑在冻融过程中的冻胀力的变化特征.结果表明:深基坑在冻结过程中,冻结深度和冻胀力均随着时间的增加而增大,但不同深度处的水平冻胀力增长幅度差异明显.在冻结结束后的融化阶段,基坑底部的冻胀力仍保持增大趋势,而基坑上部的冻胀力先小幅的增大,随后缓慢的减小.基坑在冻结阶段中沿桩底部至顶部,冻胀力经历了减小-增大-减小的阶段,冻结过程中,基坑底部位置冻胀力急速增加,试验测得冻胀力达到了42kPa,对应基坑原型后为840kPa,远大于《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ 118—2011中挡土墙水平冻胀力设计值,甚至达到现行规范给定设计土压力的4倍. 展开更多
关键词 深季节冻土 深基坑 水平冻胀力 冻融过程 模拟试验
青藏高原多年冻土区典型下垫面冻融过程作用分析 预览
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作者 罗布 智海 多典洛珠 《高原山地气象研究》 2018年第1期11-16,共6页
利用青藏高原腹地安多站土壤观测资料,根据10cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,并结合感热通量、积雪深度、相对湿度和降水资料定性的探讨了冻融过程对地气热量、水分交换的影响。结... 利用青藏高原腹地安多站土壤观测资料,根据10cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,并结合感热通量、积雪深度、相对湿度和降水资料定性的探讨了冻融过程对地气热量、水分交换的影响。结果表明:各层土壤在东亚季风爆发前期由上至下完成融化过程,10月中旬~12月上旬完成冻结过程,融化期普遍长于冻结期。土壤湿度大值区在时间上集中在高原雨季,空间上10cm深度以上为湿度大值区,而且上层土壤的温度梯度要明显大于下层。在融化阶段整层土壤的温度长期保持0℃的等温相变现象,此时,表层土壤温度H变化幅度为全年最大,最高H变幅达22.5℃。安多站地面除12月个别天数和1月上旬是冷源外,全年为地面热源,近地面感热通量从1月开始增大,到6月上旬达到峰值,之后逐渐减小。同时,感热通量的变化对相对湿度、降水和积雪的变化较为敏感。 展开更多
关键词 青藏高原 冻融过程 感热通量 季风前期
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不同土地利用方式下冻融期黑土水热过程观测研究 预览
10
作者 胡伟 张兴义 严月 《土壤与作物》 2018年第3期312-323,共12页
冻融是我国季节性冻土区重要的自然环境特征,冻融过程中土壤水热变化影响着生态系统的功能。本文利用长期定位试验,监测对比分析了东北典型黑土冻融过程中,传统耕作、草地和裸地3种土地利用方式下黑土水热动态变化规律。结果表明:... 冻融是我国季节性冻土区重要的自然环境特征,冻融过程中土壤水热变化影响着生态系统的功能。本文利用长期定位试验,监测对比分析了东北典型黑土冻融过程中,传统耕作、草地和裸地3种土地利用方式下黑土水热动态变化规律。结果表明:观测期内,月尺度和日尺度上土壤温度、液态含水量和电导率变化趋势基本一致。不同冻融阶段,土壤温度表现为解冻期〉始冻期〉完全冻结期,土壤液态含水量表现为始冻期≈解冻期〉完全冻结期,土壤电导率表现为始冻期〉解冻期〉完全冻结期。对于不同土地利用方式,土壤温度在各冻融阶段均表现为裸地〉草地〉传统耕作。在始冻期,土壤液态含水量和电导率均表现为裸地〉传统耕作〉草地。在完全冻结期,土壤液态含水量表现为传统耕作〉裸地〉草地,土壤电导率表现为裸地〉传统耕作〉草地。在解冻期,土壤液态舍水量表现为草地〉传统耕作〉裸地,土壤电导率表现为传统耕作〉草地〉裸地。 展开更多
关键词 黑土 冻融过程 土地利用方式 土壤温度 土壤液态含水量 土壤电导率
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气候变暖下青藏高原冻土路基地温场演化规律研究 预览 被引量:1
11
作者 杨凯飞 穆彦虎 +3 位作者 马巍 毕贵权 李国玉 毛云程 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期734-744,共11页
冻土物理力学特性与温度密切相关,气候变暖背景下冻土路基地温场的分布和演化规律不仅会影响到路基的静力稳定性,还会影响到其在地震、车辆等动力荷载作用下的响应特征与稳定性。为此,基于现场实测路基坡面温度,系统开展气候变暖背景下... 冻土物理力学特性与温度密切相关,气候变暖背景下冻土路基地温场的分布和演化规律不仅会影响到路基的静力稳定性,还会影响到其在地震、车辆等动力荷载作用下的响应特征与稳定性。为此,基于现场实测路基坡面温度,系统开展气候变暖背景下青藏高原典型(东西、南北、45°)走向条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟研究。结果表明,阴阳坡侧浅层土体冻结指数差异较融化指数差异更为显著,东西走向下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,而融化指数约为阳坡的0.83。阴阳坡侧路基本体及活动层季节冻融过程存在明显不同步,东西走向条件下阴坡冻结期(融化期)可较阳坡侧长(短)约1个月。路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定的抬升,而阳坡仅南北走向有抬升。此后,在气候变暖及沥青路面吸热效应下,路基人为上限不断下降,最大速率可达20 cm/a,且逐步出现融化夹层,其中阳坡融化夹层厚度普遍大于阴坡,差值最大可达2.5 m。路基本体季节冻融过程的不同步、人为上限埋深及冻土地温分布的不对称性应在未来青藏高原冻土路基静力、动力稳定性设计和研究中予以考虑。 展开更多
关键词 青藏高原 气候变暖 冻融过程 人为冻土上限 路基稳定性
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陆面模式CLM4.5在青藏高原土壤冻融期的偏差特征及其原因
12
作者 李时越 杨凯 王澄海 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2018年第2期322-334,共13页
利用中国区域地面气象要素数据集制作的大气强迫场驱动通用陆面模式CLM4.5(Community Land M odel version 4.5)对青藏高原区域进行离线模拟试验,模拟结果与D66、沱沱河(TTH)和玛曲(Maqu)3个站点的观测资料以及GLDAS(Global Land... 利用中国区域地面气象要素数据集制作的大气强迫场驱动通用陆面模式CLM4.5(Community Land M odel version 4.5)对青藏高原区域进行离线模拟试验,模拟结果与D66、沱沱河(TTH)和玛曲(Maqu)3个站点的观测资料以及GLDAS(Global Land Data Assimilation System)-CLM2模拟结果进行了对比,并分析了陆面模式对冻融过程中土壤温度和湿度模拟的偏差及其可能原因。结果表明:CLM4.5对土壤温度模拟较好(平均RM SE≈3℃),而GLDAS-CLM2计算的土壤温度偏高,偏差较大(平均RMSE〉6℃),且其偏差大于CLM4.5,尤其在冻融期;CLM4.5能较好地模拟出冻融过程中土壤湿度季节变化,但土壤湿度的模拟值与观测值存在一定偏差(平均RMSE≈0.1 mm^3·mm^-3),GLDAS-CLM2不能反映出土壤湿度在冻融过程中的变化特征。CLM4.5的模拟偏差主要来自大气强迫场,而GLDAS-CLM2的偏差除了大气强迫场的不确定性外,还来自于模式冻融参数化方案的不完善。大气强迫场中的气温和降水对土壤温度和湿度的影响在冻融期和非冻融期表现不同。在非冻融期,土壤温度的模拟主要受气温的影响(r〉0.6),气温偏差对土壤温度偏差的贡献率大于50%;土壤湿度的变化则主要受降水的影响,降水偏差对土壤湿度偏差的贡献率为20%~40%。在冻融期,受土壤水热相互作用的影响,气温和降水对土壤温度和湿度的作用效果减弱;土壤湿度的变化受气温影响显著,其贡献率为10%~20%。陆面模式中冻融参数方案的不完善是冻融过程中土壤温度和湿度偏差的重要来源之一。 展开更多
关键词 土壤温度 土壤湿度 陆面模式 模拟偏差 冻融过程
长春黑顶子河流域冻土融化期氢氧同位素特征及影响因素分析 预览
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作者 赵强 常丹 +1 位作者 黄介生 王康 《中国农村水利水电》 北大核心 2017年第8期121-126,共6页
基于2016年冻土融化期黑顶子河流域地表水、土壤水和地下水中稳定氢(δD)氧(δ~(18)O)同位素观测数据,分析了该区域融雪产流阶段δD和δ~(18)O的时空变化特征及主要影响因素。结果表明:融化期积雪δD和δ~(18)O平均值最小,... 基于2016年冻土融化期黑顶子河流域地表水、土壤水和地下水中稳定氢(δD)氧(δ~(18)O)同位素观测数据,分析了该区域融雪产流阶段δD和δ~(18)O的时空变化特征及主要影响因素。结果表明:融化期积雪δD和δ~(18)O平均值最小,分别为-9.33%和-1.28%,且变异性最大。冻土层隔绝了地下水与融雪水的联系,因而地下水、土壤水主要来自冻结期前降雨,其δD和δ~(18)O变异性最小且均匀的分布在大气降水线附近。冻融过程控制了融雪水与土壤水的蒸发速率和混合作用,进而影响了河水δD和δ~(18)O随时间的变化特征。土地利用类型不同导致下垫面之间土壤水和地下水δD和δ~(18)O差异较大。玉米田土壤水主要来自降雨,经历了先入渗再蒸发的过程,呈现表层大深层小的变化趋势。水稻田深层土壤水和地下水主要来自作物生长期灌溉水,经历了先蒸发后入渗的过程,δD和δ~(18)O较大;表层土壤水主要来自冻结期降雨或融雪入渗,δD和δ~(18)O较小。受水稻田地下水补给、河道融冰补给以及蒸发作用的影响,主河道稳定同位素显著大于支流,这种差异的大小与流域水循环活跃程度密切相关。 展开更多
关键词 季节性冻融 氢氧同位素 冻融过程 土地利用类型 融雪产流
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冻融过程中未冻水含量及冻结温度的试验研究 被引量:2
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作者 路建国 张明义 +1 位作者 张熙胤 晏忠瑞 《岩石力学与工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第7期1803-1812,共10页
土体冻融过程中的未冻水含量是控制水分迁移及冻胀融沉的关键因素,而冻结温度是判断土体是否处于冻结状态的重要指标。基于频域反射法(FDR),测定不同初始体积含水率条件下青藏高原粉质黏土,冻融过程中的体积未冻水含量及温度变化,分... 土体冻融过程中的未冻水含量是控制水分迁移及冻胀融沉的关键因素,而冻结温度是判断土体是否处于冻结状态的重要指标。基于频域反射法(FDR),测定不同初始体积含水率条件下青藏高原粉质黏土,冻融过程中的体积未冻水含量及温度变化,分析引起体积未冻水含量及冻结温度产生差异的主要原因。试验结果表明:初始含水率较高的土体,冻结过程中出现了很明显的过冷现象以及温度和体积未冻水含量的突变,而初始含水率较低的土体,这种现象并不明显。初始含水率较大的土体冻结先于初始含水率较小的土体,并且对温度突变的敏感性大于初始含水率较小的土体。对冻融过程体积未冻水含量的滞后分析发现,体积未冻水滞后度?θ和温度滞后度?T均是先增大后减小,体积未冻水滞后度?θ的峰值发生在相变区附近,其峰值随着初始含水率的增大而增大。当初始含水率等于或高于液限含水率时,含水率对冻结温度影响不大;当初始含水率低于液限含水率时,冻结温度随含水率减小而降低。 展开更多
关键词 土力学 未冻水含量 冻结温度 冻融过程 界面自由能 粉质黏土
青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤水分入渗变化研究
15
作者 朱美壮 王根绪 +3 位作者 肖瑶 胡兆永 宋春林 黄克威 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2017年第6期1316-1325,共10页
在多年冻土区典型坡面上,将坡面划分为坡下(L)、坡中(M)和坡顶(H)三个坡位,每个坡位上各选取92%、60%和30%植被盖度为研究对象,用双环入渗仪测定土壤水分入渗过程,对影响土壤入渗过程的环境因子进行了分析,并基于土壤物理特性及... 在多年冻土区典型坡面上,将坡面划分为坡下(L)、坡中(M)和坡顶(H)三个坡位,每个坡位上各选取92%、60%和30%植被盖度为研究对象,用双环入渗仪测定土壤水分入渗过程,对影响土壤入渗过程的环境因子进行了分析,并基于土壤物理特性及土壤水分的测定进行模型模拟。结果表明:研究区不同植被盖度下土壤水分入渗性能在活动层冻融过程中差异明显,初始含水量和初始入渗率具有较好的负相关关系;稳定入渗率大小为:活动层融化期,92%(0.61 mm·min~(-1))〉60%(0.50 mm·min~(-1))〉30%(0.29 mm·min~(-1));活动层开始冻结期,60%(0.56 mm·min~(-1))〉30%(0.39 mm·min~(-1))〉92%(0.26 mm·min~(-1))。土壤水分入渗速率具有显著的坡位差异并与冻土的冻融循环过程关系紧密。主要表现为,稳定入渗速率随坡位高度的降低依次递减;同一坡位下,开始冻结期入渗速率小于融化期。在整个入渗阶段,坡顶的累积入渗量是最大的,体现了较好的入渗性能。影响高寒草甸土壤水分入渗的环境因子主要有容重,有机质含量及粒径〈0.1 mm微粒。通过比较研究得出,在长江源地区,活动层融化期通用经验模型f(t)=a+bt~(-n)更适用于该研究区域高寒草甸土壤水分入渗过程的研究,而在开始冻结期Horton模型f(t)=i_c+(i_0-i_c)e~(-kt)则具有更好的适用性。 展开更多
关键词 青藏高原 多年冻土区 土壤入渗 冻融过程
富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场研究 被引量:1
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作者 任建喜 孙杰龙 +2 位作者 张琨 王江 王东星 《岩土力学》 CSCD 北大核心 2017年第5期1405-1412,共8页
研究富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场分布规律,可为解决斜井冻结法凿井穿越富水砂层技术难点提供可靠依据。以陕北某斜井冻结法凿井工程为研究背景,通过室内物理力学试验、现场实测及有限元数值模拟相结合的方法,研究了冻结状态下... 研究富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场分布规律,可为解决斜井冻结法凿井穿越富水砂层技术难点提供可靠依据。以陕北某斜井冻结法凿井工程为研究背景,通过室内物理力学试验、现场实测及有限元数值模拟相结合的方法,研究了冻结状态下砂土的热物理及力学特性,分析了斜井冻结法凿井期间冻结壁受力机制,深入分析斜井冻融过程中冻结压力变化规律及原因,对测温孔与冻结壁径向温度实测与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,随着温度降低,冻结砂土导热系数呈现出先增大后减小的趋势,且冻结温度对冻结砂土的内摩擦角影响较大;冻结温度、井筒埋深和地下水对冻结压力的影响较大;混凝土水化热对冻结壁的影响范围约为460~475 mm。研究结果可为富水砂层地区斜井冻结法凿井的优化设计和安全稳定性研究提供依据。 展开更多
关键词 富水砂层 斜井冻结壁 热物理及力学特性 冻融过程 冻结压力 温度场
基于水渗流和热对流传导耦合模型的冻土热量传输 被引量:1
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作者 师玮 刘少博 张华峰 《干旱区研究》 CSCD 北大核心 2017年第2期274-281,共8页
冻土作为气候系统的一部分,是气候变化的重要指示因子。冻土的冻融过程,对地-气间的能量-水分传输、植被的生长状况和碳循环等具有重要的影响。采用数值模拟方法,分析了冻土冻融过程中伴随的热量传输,直观地呈现了能量和渗水在土壤中的... 冻土作为气候系统的一部分,是气候变化的重要指示因子。冻土的冻融过程,对地-气间的能量-水分传输、植被的生长状况和碳循环等具有重要的影响。采用数值模拟方法,分析了冻土冻融过程中伴随的热量传输,直观地呈现了能量和渗水在土壤中的传输过程。通过冻土热传导模型和流体流动模型耦合,采用有限元素法Comsol Multiphysics多物理场耦合软件系统,实现了速度与温度协同响应及对冻土冻融过程影响的模拟。模拟结果直观反映了在理想条件下,冻土冻融过程中温度场与速度场的变化:一方面,在土壤冻融过程中,温度场和速度场是相互作用的,并且其变化对土壤冻融过程起着至关重要的作用;另一方面,比较冻土的冻结过程与融化过程,冻结过程更难于发生且需要更加苛刻的条件。为此,可以间接地认为,永久冻土一旦退化便很难恢复,并且也将进一步加速环境的改变,从而形成恶性循环。 展开更多
关键词 耦合模型 冻土 温度场 速度场 冻融过程 热量传输
温暖化加剧青藏高原高寒草甸土非生长季冻融循环 预览 被引量:3
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作者 林笠 王其兵 +1 位作者 张振华 贺金生 《北京大学学报:自然科学版》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期171-178,共8页
在2013年10月至次年4月,首次利用微根管直接观测和土壤温度间接观测相结合的方法,研究增温对青藏高原高寒草甸土壤冻融循环过程的影响。结果显示:1)全年增温和冬季增温均显著增加非生长季5,10,20cm的土壤温度,而且冬季增温处理下的5~20c... 在2013年10月至次年4月,首次利用微根管直接观测和土壤温度间接观测相结合的方法,研究增温对青藏高原高寒草甸土壤冻融循环过程的影响。结果显示:1)全年增温和冬季增温均显著增加非生长季5,10,20cm的土壤温度,而且冬季增温处理下的5~20cm土壤非生长季月平均温度比全年增温处理下的高0.01~0.18oC;2)全年增温和冬季增温显著降低了完全冻结期和冬春解冻期的冻土层厚度,而对秋冬始冻期的冻土层厚度没有影响;3)全年增温和冬季增温显著减少了完全冻结期的持续天数和增加冬春解冻期的持续天数,而对秋冬始冻期的持续天数没有影响;4)冬季增温比全年增温对冻土层厚度和冻融循环持续天数的影响更加显著。研究表明,在青藏高原高寒草甸气候温暖化的趋势下,非生长季土壤冻融交替天数的增加,可能会进一步对高寒地区的地下碳氮循环产生重要的影响。 展开更多
关键词 冻土层 冻融过程 土壤温度 增温
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黄河源区不同降雪年土壤冻融过程及其水热分布对比分析 被引量:3
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作者 边晴云 吕世华 +2 位作者 文莉娟 李照国 陈世强 《干旱区研究》 CSCD 北大核心 2017年第4期906-911,共6页
利用黄河源区鄂陵湖西侧野外观测站一个多雪年和一个少雪年的数据,对多雪年和少雪年土壤冻融过程及水热分布进行了对比分析。结果表明:黄河源区多雪年积雪集中时段1—3月气温明显偏低,分别比少雪年低3.04℃、3.15℃、3.58℃。多雪年1—... 利用黄河源区鄂陵湖西侧野外观测站一个多雪年和一个少雪年的数据,对多雪年和少雪年土壤冻融过程及水热分布进行了对比分析。结果表明:黄河源区多雪年积雪集中时段1—3月气温明显偏低,分别比少雪年低3.04℃、3.15℃、3.58℃。多雪年1—3月地气间热交换明显弱于少雪年,且多雪年土壤由热源转为热汇的时间晚于少雪年。多雪年1月土壤净输出的热量少于少雪年1月,多雪年2—3月土壤净输出的热量多于少雪年2—3月,导致多雪年1月土壤温度高于少雪年各土层,而2—3月土壤温度明显低于少雪年,且多雪年1—3月土壤升温速度慢于少雪年,使得多雪年5~40 cm各土层土壤消融初日比少雪年分别晚24 d、23 d、11 d和12 d,从而导致多雪年土壤湿度增加晚于少雪年。 展开更多
关键词 积雪 冻融过程 土壤温度 土壤湿度 土壤热通量 黄河源区
青藏高原多年冻土区土壤冻融过程对地表能量通量的影响研究 被引量:11
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作者 葛骏 余晔 +3 位作者 李振朝 解晋 刘川 昝蓓蕾 《高原气象》 CSCD 北大核心 2016年第3期608-620,共13页
利用国家重大科学研究计划项目"青藏高原沙漠化对全球变化的响应"北麓河站2014-2015年陆面过程观测资料,根据5 cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,分析了地表感热通量Hs、潜热通量LE... 利用国家重大科学研究计划项目"青藏高原沙漠化对全球变化的响应"北麓河站2014-2015年陆面过程观测资料,根据5 cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,分析了地表感热通量Hs、潜热通量LE、地表土壤热通量G_0和波文比在不同冻融阶段的季节和日变化特征,并探讨了土壤冻融过程对地表能量及其分配的影响。结果表明,波文比和G_0的季节变化受土壤冻融阶段转变的影响显著,其中土壤完全融化使波文比减小,G_0变为正值;土壤冻结使波文比增大,G_0变为负值。冻结过程对Hs和LE变化趋势的影响不明显,但是使波文比显著增大;融化过程使Hs停止增长并出现减小趋势,使LE增大,从而使波文比显著减小。Hs的日变化在不同冻融阶段差异较小。LE的日变化主要与浅层土壤含水量的大小和日变化有关,其中完全融化和完全冻结阶段土壤含水量的日变化较小,土壤含水量越大,LE越大;在融化过程和冻结过程阶段,土壤含水量的日变化较大,且与R_(net)的日变化相反,限制了LE的增长。在冻结过程阶段,受冻融过程的影响,G_0的日变化小于其他阶段。 展开更多
关键词 多年冻土 冻融过程 地表能量通量 波文比
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