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冻融作用下青藏粉土颗粒尺寸与形态变化规律研究

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冰川冻土 2023年第5期45卷 1544-1554页

作者：翟金榜张泽张圣嵘 Andrey MELNIKOV 杨雪东北林业大学交通学院/寒区科学与工程研究院黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150040 东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测研究站黑龙江哈尔滨150040 俄罗斯科学院新西伯利亚分院梅尔尼科夫冻土研究所俄罗斯联邦雅库茨克117997

冻融循环导致颗粒破碎和团聚的过程中,将会显著改变颗粒的尺寸和形态。为研究冻融循环对颗粒尺寸和形态的影响规律,试验选用青藏粉土为研究对象,分别进行0、1、5、10、50、100次封闭系统下的自由冻融循环试验。对冻融后的试样采用移液... 详细信息

冻融循环导致颗粒破碎和团聚的过程中,将会显著改变颗粒的尺寸和形态。为研究冻融循环对颗粒尺寸和形态的影响规律,试验选用青藏粉土为研究对象,分别进行0、1、5、10、50、100次封闭系统下的自由冻融循环试验。对冻融后的试样采用移液管法进行粒度成分测试后,采用PIP9.1型颗粒图像处理仪进行长径比、圆度等颗粒形态参数测试分析。试验结果表明:冻融作用导致颗粒的棱角边缘发生破碎,粒径小于0.001 mm的颗粒质量百分比增大。颗粒长径比主要分布在1~3之间,占比94%以上,且长径比的半对数柱状图符合正态分布。圆度分布在0.09~1之间,且100次冻融循环后颗粒的平均圆度增大。100次冻融循环后,颗粒的长径比及尺寸减小,圆度增大,颗粒形状趋近于圆形。整体发现经过冻融的过程中青藏粉土颗粒在发生团聚和分裂的过程中,伴随着强烈的磨圆作用。

关键词：冻融循环颗粒尺寸颗粒形态长径比圆度青藏粉土

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变暖背景下砾石换填对多年冻土区机场跑道下地温场的影响

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气候变化研究进展 2024年第3期20卷 291-303页

作者：王娇娇张虎金晓颖黄帅王宏伟王文辉詹涛周刚义车富强李艳李新宇何瑞霞张泽张圣嵘李国玉童长江王逊金会军东北林业大学土木与交通学院冻土研究所/教育部东北冻土地质系统与环境观测试验研究站哈尔滨150040 黑龙江省自然资源调查院大兴安岭漠河冻土与寒区环境野外科学观测研究站(自然资源部) 哈尔滨150036 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃遥感重点实验室和黑河遥感试验研究站兰州730000 国家林业和草原局重点国有林区森林资源监测中心加格达奇165100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运... 详细信息

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明,换填使季节最大冻结深度(MSF)增加,且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后,通过比较不同换填深度(1.5(顶)~3.5(底)、1.5~4.5、1.5~5.5和1.5~6.5 m)的道基温度场变化,发现:换填底部深度达到4.5 m时,MSF变化的速率开始减小。最后,根据IPCC第六次评估报告(AR6)未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现,到2100年,在SSP2-4.5情景下,未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此,利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时,应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动层水热状态的影响,可为解决道基冻胀和融沉问题提供重要科学依据。

关键词：多年冻土机场跑道地温季节最大冻结深度(MSF) 数值模拟

不同施工季节对多年冻土区锥柱式基础地温回冻影响

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吉林大学学报（地球科学版） 2023年第2期53卷 502-513页

作者：张军张泽郭磊谢春磊金豆豆翟金榜东北林业大学土木工程学院/寒区科学与工程研究院哈尔滨150040 东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测研究站(东北林业大学) 哈尔滨150040 东北多年冻土区环境、道路建设与养护协同创新中心(东北林业大学) 哈尔滨150040 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000 内蒙古自治区交通建设工程质量监测鉴定站呼和浩特010051 中国科学院大学北京100049 东北林业大学交通学院哈尔滨150040

为研究多年冻土区输电线塔基锥柱基础在不同季节施工条件下其地温的整体回冻过程,以及不同季节施工对多年冻土的扰动特点,从保持多年冻土地温稳定性的角度优化大开挖类基础施工时期,采用数值模拟的方法,以青藏直流输电工程为背景,利用... 详细信息

为研究多年冻土区输电线塔基锥柱基础在不同季节施工条件下其地温的整体回冻过程,以及不同季节施工对多年冻土的扰动特点,从保持多年冻土地温稳定性的角度优化大开挖类基础施工时期,采用数值模拟的方法,以青藏直流输电工程为背景,利用查拉坪地区地质及气象资料,并选择了典型月份(1月、4月、7月和10月)对锥柱基础不同季节施工后早期地温场进行了计算分析。结果表明:秋冬季(10月和1月)施工后,锥柱基础周围土体将保持冻结,其中1月施工后最快10 d回填区土体和天然冻土的温度差异即可消失,回填土热扰动较小;春夏季(4月和7月)施工会增大回冻期活动层深度和基础底部的融化深度,特别是7月施工可使活动层深度降低至基底(4.0 m),而4月施工由于增高了回填土土体温度,导致整个回冻时间长达195 d,不利于基础的重新冻结和后续工作的开展。考虑到10月后外界气温逐渐降低,因此,10月至次年1月可以作为多年冻土区锥柱基础的最佳施工期。

关键词：多年冻土区锥柱基础施工季节回冻温度场施工时间

冻融循环作用下砂土粒组变化的分形特征及其与长期强度的相关性分析

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冰川冻土 2022年第6期44卷 1820-1832页

作者：刘启张泽张圣嵘恽晴飞付峻松东北林业大学土木工程学院/寒区科学与工程研究院/冻土研究所黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测研究站/东北多年冻土区环境、道路建设与养护协同创新中心黑龙江哈尔滨150040 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 上海长凯岩土工程有限公司上海200093

在季节冻土区施工时,冷暖交替所产生的冻融循环作用是寒区工程破坏的主要原因之一,还原土体受冻融作用时的性质和状态尤为重要。制备了不同冻融循环次数的砂土试样,使用球形模板压入仪测试冻结砂土的长期强度,利用分形理论以及显著性分... 详细信息

在季节冻土区施工时,冷暖交替所产生的冻融循环作用是寒区工程破坏的主要原因之一,还原土体受冻融作用时的性质和状态尤为重要。制备了不同冻融循环次数的砂土试样,使用球形模板压入仪测试冻结砂土的长期强度,利用分形理论以及显著性分析的方法研究了不同冻融循环次数下两种冻结砂土的粒组与长期强度的变化规律。结果表明:对于细砂(FS),分形维数DB与长期强度变化呈极显著正相关,其中≥0.15~0.20 mm和≥0.25~0.40 mm粒组与长期强度的拟合优度较好,为FS的优势粒级;对于中砂(MS),分形维数DB与长期强度呈微正相关,变化呈“竖向N”趋势波动,其中≥0.30~0.40 mm和≥0.40 mm粒组与长期强度的拟合优度较好,为MS的优势粒级;其他粒组含量与长期强度变化并无明显关联。冻融作用改变了土体中粗、细颗粒粒组的含量配比。同时,随着整体粒径区间的增大,优势粒级也随之增大,表现为冻结砂土的长期强度会随着某些粒级含量的增加呈现先降低后升高的趋势。研究结果可为受冻融作用地区长期强度的测定提供理论参考。

关键词：冻融循环长期强度冻结砂土粒组分形维数

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中国东北兴安岭地区年冻融频次的分布规律

冰川冻土 2022年第2期44卷 415-426页

作者：魏豪张泽 Andrey MELNIKOV 金豆豆高思如冯文杰中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 东北林业大学土木工程学院/寒区科学与工程研究院黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测研究站/东北多年冻土区环境、道路建设与养护协同创新中心黑龙江哈尔滨150040 俄罗斯科学院西伯利亚分院梅尔尼科夫冻土研究所俄罗斯联邦雅库茨克117997 中国科学院大学北京100049

冻融循环是影响寒区工程和环境变化的重要因素之一,而年冻融频次(冻融循环的年累计量)是可以直接标定冻融循环对寒区工程和环境造成影响大小的物理量,对寒区环境下年冻融频次的调查有重要意义。以中国东北兴安岭地区为研究对象,选取兴... 详细信息

冻融循环是影响寒区工程和环境变化的重要因素之一,而年冻融频次(冻融循环的年累计量)是可以直接标定冻融循环对寒区工程和环境造成影响大小的物理量,对寒区环境下年冻融频次的调查有重要意义。以中国东北兴安岭地区为研究对象,选取兴安岭地区18个气象站点1990—2017年地表温度数据进行整理,得出兴安岭地区各个站点的年冻融频次,并在空间分布和时间序列上分析了年冻融频次的变化情况。结果表明:年冻融频次在中国东北兴安岭地区随着纬度增加逐渐增多,随着经度的增加逐渐减少,随着海拔升高而逐渐增多,且均具有良好的线性趋势;年冻融频次在1990—2017年呈明显的减少趋势,在2004年前后发生突变。进一步分析发现,在影响年冻融频次空间分布的3个因素中,经纬度影响较大,海拔影响相对较小;在时间上年冻融频次变化与东北地区NDVI变化情况呈现良好的负相关性,表明年冻融频次在一定程度上与当地植被覆盖度有关,且随植被覆盖度的增加而减少。

关键词：年冻融频次兴安岭中国东北经度纬度海拔

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电势梯度对冻结黄土电渗效果影响的试验研究

冰川冻土 2021年第4期43卷 1083-1091页

作者：金豆豆张泽冯文杰王金国岳攀杨曙光中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 东北林业大学土木工程学院/寒区科学与工程研究院哈尔滨黑龙江150040 中国科学院大学北京100049 东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测研究站(东北林业大学)/东北多年冻土区环境、道路建设与养护协同创新中心(东北林业大学) 哈尔滨黑龙江150040 雅砻江水电开发有限公司四川成都610051

研究发现,通电作用下冻土中的未冻水会发生迁移,这种持续的迁移是一个复杂的物理化学过程,并最终伴随着冻胀的过程。为了探究这一电场作用对冻土的影响,选取冻结冻胀敏感性较高的粉质兰州黄土作为研究对象,分析其在3、4和5V·cm-1电势... 详细信息

研究发现,通电作用下冻土中的未冻水会发生迁移,这种持续的迁移是一个复杂的物理化学过程,并最终伴随着冻胀的过程。为了探究这一电场作用对冻土的影响,选取冻结冻胀敏感性较高的粉质兰州黄土作为研究对象,分析其在3、4和5V·cm-1电势梯度作用下的阴阳极变形量、通电前后水分分布规律和电流及电能损耗。结果表明:随着电势梯度的增大,土体阴阳极变形量的差值逐渐增大,且阴极都发生膨胀,阳极发生沉降;随着电势梯度的增大,水分由阳极至阴极的迁移量增大,电流降低的幅度增大,两者变化特征与含水率差值变化特征类似;在5V·cm-1的电势梯度下,电能总能耗最大,单位含水率能耗最小。

关键词：冻土电渗电势梯度冻胀水分迁移

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冻融作用下砂土颗粒形态变化规律研究

冰川冻土 2020年第1期42卷 205-215页

作者：恽晴飞张泽明姣付翔宇周成林 Andrey MELNIKOV 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 东北林业大学土木工程学院/寒区工程与科学技术研究院黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测研究站黑龙江哈尔滨150040 俄罗斯科学院新西伯利亚分院梅尔尼科夫冻土研究所俄罗斯雅库茨克117997

土壤中的石英颗粒的表面形态不仅是该沉积物物源区沉积环境、搬运机制的信息载体,同时也会直接影响到砂土的宏观物理特性,对力学和实际工程有着重要的意义。借助显微与高精度图像处理技术,采用长径比,磨圆度两个量化指标,对经过不同次... 详细信息

土壤中的石英颗粒的表面形态不仅是该沉积物物源区沉积环境、搬运机制的信息载体,同时也会直接影响到砂土的宏观物理特性,对力学和实际工程有着重要的意义。借助显微与高精度图像处理技术,采用长径比,磨圆度两个量化指标,对经过不同次数冻融作用的两组砂土颗粒进行观察。结果表明:砂土颗粒在冻融循环过程中,由于颗粒之间的相互作用,磨圆度先增大后减小,最后趋于稳定;长径比先减小,后增加,最后趋于稳定。长径比与磨圆度的变化曲线共轭。

关键词：冻融循环砂土颗粒形态磨圆度长短径比

基于DSR理论-综合云理论的中俄冻土区管道保温层效果失效类型研究

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冰川冻土 2024年第2期46卷 625-636页

作者：朱美全金晓颖车富强王宏伟王文辉周刚义李国玉李新宇何瑞霞杨如轩唐建军李善珍张泽金会军东北林业大学土木工程学院/冻土研究所黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学寒区科学与工程研究院/教育部东北冻土地质系统与环境观测试验研究站黑龙江哈尔滨150040 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室甘肃兰州730000 自然资源部国家林业和草原局重点国有林区森林资源监测中心黑龙江加格达奇165100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

冻土区管道保温层效果与评价指标变化的随机性密切相关,以往冻土区管道保温层效果评价模型存在一定的局限性与不足。为了提升冻土区管道保温层效果模型的应用效果,本文基于驱动力-状态-响应(Driving force-State-Response,DSR)理论、综... 详细信息

冻土区管道保温层效果与评价指标变化的随机性密切相关,以往冻土区管道保温层效果评价模型存在一定的局限性与不足。为了提升冻土区管道保温层效果模型的应用效果,本文基于驱动力-状态-响应(Driving force-State-Response,DSR)理论、综合云理论和迭代运算方法相结合的综合评价方法,构建适用于中俄冻土区管道保温层效果的评价模型。为了验证冻土区管道保温层效果评价模型的科学性,以中俄管道沿线(漠河—大庆段)四处典型监测区域MDX007、MDX113、MDX304和MDX364为实例,应用评价模型对管道保温层效果的失效类型和失效可能性概率进行了综合分析。结果表明:运用评价模型可以科学指导中俄原油管道保温层效果的评估,并依据相应的保温层效果失效类型结果给出对应的措施建议。综合云模型能够结合不同理论模型的优势,保证冻土工程环境评价的科学性,通过置信度值验证,具有良好的应用前景。研究成果可为中俄原油管线安全稳定运营提供战略性的科学支撑。

关键词：冻土区管道保温措施热效果驱动力-状态-响应(DSR)模型综合评价云模型

多年冻土区灌注桩桩–冻土相互作用有限元分析

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岩石力学与工程学报 2007年第A1期26卷 3134-3140页

作者：贾艳敏郭红雨郭启臣东北林业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150040

基于ANSYS有限元软件平台,建立多年冻土区灌注桩桩–冻土相互作用有限元模型。通过面–面接触实现桩与冻土间黏结、滑移和开裂的状态模拟,给出接触参数的合理取值,并将其对P-S曲线的影响进行分析。结合工程实例,对多年冻土区灌注桩基础... 详细信息

基于ANSYS有限元软件平台,建立多年冻土区灌注桩桩–冻土相互作用有限元模型。通过面–面接触实现桩与冻土间黏结、滑移和开裂的状态模拟,给出接触参数的合理取值,并将其对P-S曲线的影响进行分析。结合工程实例,对多年冻土区灌注桩基础在垂直静载作用下的内力和沉降进行分析研究。研究结果表明:多年冻土区桩基的承载力主要由桩侧冻土层的黏聚力提供;三维高阶接触单元能较好地模拟桩与冻土系边界条件的非线性,真实地反映多年冻土区单桩的实际受力状态;有限元计算值与实测值吻合较好,从而证明模型建立的正确性。

关键词：数值分析多年冻土桩基础桩-冻土相互作用沉降