东北寒区灌渠冻胀水分迁移规律试验研究

东北寒区渠道土体发生冻胀破坏情况较为常见,是影响灌溉渠道正常运行的一大隐患。水分迁移规律是冻胀研究中的一个重要课题。通过对农垦北安管局建设农场冻胀破坏严重渠道土体建立一维冻胀水分迁移模型,以冻结温度、初始含水量及干密度为因素进行封闭系统恒温单向正交试验。试验结果表明:冻胀发生后,水分由未冻区域向冻结区域迁移现象明显,冻结锋面处水分聚集程度最高。在试验条件下,水分迁移量随土壤初始含水量增大而增加,随冻结温度升高逐渐下降,土壤干密度对水分迁移影响较小。     

加筋作用对冻融后土体性质变化规律的影响

为探究初始含水率、压实度、加筋间距、冻融次数、冻结温度和上部荷载等因素对土体冻融作用强弱的影响,以沈阳地区粉质黏土为研究对象,采用25组室内冻融循环正交试验分别测得各因素组合下土体上、中、下3个部位冻融后土体含水率,利用SPSS软件拟合不同影响因素组合下各高度处的含水率的回归方程,分析了各因素在垂直方向上对含水率变化规律的影响。结果表明:冻融循环为1次且冻结温度分别为-5,-10,-15℃或冻融循环为3次且冻结温度分别为-5,-10,-15,-20,-25℃时,冻融后土体上部含水率较大,其他加筋方式均呈现下部含水率较大。其中,当加筋间距为150mm和200mm时,冻融后土体含水率值呈现为下部中部上部。土体内加入格栅有利于冻融后液态水的下渗。当初始含水率相同时,冻融后土体各高度处的含水率随冻融次数的增加而增加。加筋间距对冻融后土体中部和下部含水率的影响最为显著,与冻融次数的交互作用对中部含水率有着显著影响。因此,较小的初始含水率和较小的加筋间距有利于增强冻融后土体的强度,为季冻区实际工程的施工提供理论基础,使加筋材料能够更合理化和高效化的利用。     

粉质黏土粘聚力影响因素显著性分析

本文以位山灌区粉质黏土为研究对象,制备不同干密度、含水率的试样进行差异性冻融处理,冻融循环结束后对土样进行直剪试验,并对试验数据的影响因素显著性分析,结合分析结果建立粘聚力回归方程。结果表明:土体粘聚力与含水率、冻融循环次数呈负相关,与干密度呈正相关,土体粘聚力在冻融循环1～2次之后显著降低,低密度、低含水率的土体在冻融作用下粘聚力下降幅度较大;经多次冻融循环后土体粘聚力趋于稳定;各因素对粉质黏土粘聚力影响存在差异,不同影响因素对土体粘聚力的影响表现为:干密度含水率冻融次数。     

冻融对粉质黏土强度指标的影响

依托同三高速公路扩建工程方正—哈尔滨段加宽一侧粉质黏土路基,采用室内三轴试验方法,研究了不同压实度、不同含水率下不同冻融次数后土体强度指标的变化规律。试验结果表明粉质黏土冻融后强度指标发生规律性变化:土的黏聚力损失随着冻融次数增多而增大,同一压实度下含水率高的土体黏聚力损失幅度较大;土的内摩擦角随着冻融次数的增多有逐渐增长的趋势,但增长幅度较小。运用Matlab对试验数据进行回归分析,建立了同一压实度下粉质黏土黏聚力、内摩擦角与含水率和冻融次数的回归方程。该方程能够直观模拟冻融对粉质黏土强度指标的影响规律,计算结果与实测结果吻合良好,可用于冻融后粉质黏土黏聚力和内摩擦角的计算。     

压实度和含水率对冻土性质的影响

本文通过试验研究了压实度和含水率对冻土性质的影响.研究表明:相同的冻结温度下,如果保持压实度不变,随着含水率的增加土样的冻胀率也一直增加,且最佳含水率是影响土样冻胀率变化趋势的分界点；如果保持含水率不变,随着压实度的增加土样冻胀率呈减小的趋势,且变化幅度也在减小.粘性冻土的无侧限抗压强度随着含水率和压实度的增加而呈现上升的趋势,且粘性冻土的冻胀率和抗压强度与其含水率及压实度之间存在明显的函数关系.     

非饱和原状黄土冻融强度研究

【目的】对非饱和原状黄土经历冻融循环后强度的变化规律进行研究,为分析黄土地区冻融病害机理提供参考。【方法】制备含水率分别为16.5%,20.5%,24.0%,29.0%和32.5%的非饱和原状黄土,采用可设定温度的冰柜冻结及室外融化的方法进行冻融循环处理,冻结温度分别为-8,-13,-21℃,冻融循环次数分别为1,3,5,7次,然后对冻融循环后的土样进行直剪试验,得到受冻融循环影响的土体抗剪强度参数,分析冻融循环次数、含水率、冻结温度对黏聚力和内摩擦角的影响规律。基于-21℃下黏聚力随冻融循环次数变化的数据,拟合得到黏聚力劣化模型表达式。【结果】在16.5%,20.5%,24.0%,29.0%和32.5%含水率下,-21℃冻融循环7次之后土样黏聚力分别由24.50,18.52,12.69,9.56和7.56kPa降低到21.04,13.52,7.45,2.60和0.23kPa,含水率32.5%的原状土样黏聚力减小量最大。同一含水率下黏聚力随冻融循环次数的增加呈指数减小,随着冻结温度的降低,黏聚力变化并不明显。内摩擦角在冻融循环后增加量为1°~2°。拟合得到了非饱和原状黄土黏聚力劣化模型表达式,其拟合结果与实测结果的相关系数均在0.937以上,计算值与实测值基本吻合,拟合度较高。【结论】同一含水率下原状黄土黏聚力随冻融次数的增加呈指数减小。冻结温度对不同含水率原状土样冻融后黏聚力与内摩擦角的影响不显著。     

冻融条件下重塑黄土渗透规律试验分析

【目的】研究冻融作用对重塑黄土渗透特性的影响,为季节冻土区黄土边坡、道路及堤坝等工程的设计和施工提供参考。【方法】以Q3黄土为研究对象,在封闭系统下进行快速冻融循环试验,每个循环为-20℃冻结12h,20℃融化12h,冻融循环次数分别为0,2,4,5,10,14,17和20。将干密度为1.7g/cm~3、含水率为18.0%的重塑黄土样制成长×宽×高为1cm×1cm×2cm的长条形样品,然后置于高低温试验箱进行冻融循环处理;将冻融后的样品风干后进行扫描电镜观察,并定量分析重塑黄土的骨架颗粒形态、连接方式、孔隙形态及孔隙面积比等微观结构特征。同时制作含水率分别为15.0%,18.0%,21.0%,28.0%及饱和含水率的土样,分5层压制成干密度分别为1.4,1.5,1.6和1.7g/cm~3的黄土三轴样,然后置于高低温试验箱进行冻融循环试验;最后在围压分别为100,200,300和400kPa条件下进行三轴黄土渗透试验,分析围压、含水率、干密度和冻融循环次数对黄土渗透特性的影响。【结果】冻融作用对土体表面结构破坏严重,有横向和纵向裂缝。冻融过程中,重塑黄土土体微观结构发生了明显变化,集团粒数量明显减少,土粒胶结性变差;随着冻融循环次数的增加,土样的孔隙面积比呈指数增大趋势,冻融循环20次后孔隙面积比由0.76增加到0.79。渗透系数随围压的增大表现出指数衰减特征,且围压为400kPa时渗透系数差异较小;随着干密度和初始含水率的增加,渗透系数表现出抛物线变化特征,且干密度和含水率分别为1.6g/cm~3和21.0%左右时,渗透系数较大;渗透系数随冻融循环次数增加表现出指数增大特征,冻融循环20次后渗透系数增加1~2个量级。【结论】经历冻融循环后,重塑黄土土体的结构强度遭受一定程度破坏,渗透性增强,冻融循环20次后黄土土体渗透特性趋于稳定;冻融过程中产生的裂缝是诱发黄土土体渗透性增强的主要原因;冻融过程中重塑黄土渗透特性与土的初始状态、冻融循环次数及围压密切相关。     

封闭条件下粉质黏土冻融交界面抗剪强度研究

封闭条件下,对重塑粉质黏土试样作冻融处理。在试样融化过程中将冻融交界面融化到指定位置,以快剪试验研究冻融交界面处土体抗剪强度参数粘聚力c、内摩擦角φ数值变化,冻融交界面附近土层含水率及冻融交界面处抗剪强度参数与界面附近水分变化关系。结果表明,冻融界面土体粘聚力和内摩擦角总体均随界面含水率增大而减小,粘聚力受含水率影响较大,其中初始含水率为24%试样降幅最大,达10.79%;而内摩擦角影响较小。界面附近含水率增加,增幅随试样初始含水率增大而增大。     

洞庭湖区水泥改良软土的碾压特性研究

文章通过对现场低液限粉质黏土进行水泥土改良试验,分析不同含水率土体在不同水泥掺量下的碾压试验数据,得出洞庭湖区低液限粉质黏土的碾压参数,研究成果可为湖区类似土质的设计施工提供参考。     

季节性冻土区不同冻结状态对土壤水热变化特征研究

以南疆季节性冻土地区为研究背景,设置冻融期自然裸地土壤和温棚土壤两种处理,对比分析两处理下土壤水热的监测数据,结果发现：温棚具有保温作用能减少热量散失,季节性影响不明显,土壤水热空间分布变化小,表层土受蒸发作用以及土壤入渗影响水热较低。自然裸地中土壤水热迁移规律受冻融条件(土壤冻结状态、气温等)影响较大,土壤水热存在影响与制约关系。冻结前浅层水热较小随土深递增且变幅明显,深层土对太阳辐射影响明显滞后,水热波动小易保持温度且相对较高。冻结期水热均值为最低值,土壤水分高值区整体向下移动15cm左右,冻土层水分蒸发小可积蓄水量,土壤冻结锋面随地表负温的降低向下迁移,同时水分带动下层土壤盐分向冻结层迁移。消融期土壤温度随土深减小,土壤表层水分下渗同时受蒸发作用大量散失仅为8.2%,水分高值区集中于30～70 cm且为冻融期最大。土壤含水率的增加抑制了土壤温度的提升,土壤冻结速率慢时间长,融化速率快融化时间短。该文可为季节性冻土地区土壤冻融规律及春季保墒提供的理论依据。     

冻结对黄土灰土碾压质量的影响

通过对几组低温下不同冯结历时黄土枯七灰土击试验结果，与现场低温下施工碾压效果的对比分析表明，冻结会对黄土灰土产生显著冻胀作用，直接影响碾压质量，当温度从－１℃降低到－９℃，主体压实干密度从１．５８ｔ／ｍ＾３降至１．４１ｔ／ｍ＾３，在同一低温下冻结历时从２ｈ增长到６ｈ，而土体压实干密度也相应降低；同时最优含水量也相应减小，当土体含水量≤１３０ｇ／ｋｇ，灰土碾压质量几乎不受冻结的影响，即黄土三七灰土冻     

内蒙古季节冻土区地基土冻胀性研究

我国国土面积约50%地处季节冻土区,大量的渠系水工建筑物由于基土不均匀冻胀而产生破坏。水工冻害已成为灌区工程管理中亟待解决的问题。内蒙古河套地区是我国的四大灌区之一,土体长期受到冻融循环使得渠道破坏严重。为此,对内蒙古河套地区的地基土冻胀性进行研究,找到其中的一些规律。     

不同条件下冻融循环过程对土壤结构的影响研究

冻融循环过程是高纬度寒区一种典型特殊现象，冻融循环作用使土壤结构发生改变。以东北典型地区耕地黑土为研究对象，通过室内模拟冻融试验，设置20%、24%、28%(W1、W2、W3)3个土壤初始质量含水率，0、30、60和90 mm(L0、L1、L2、L3)4个积雪深度，共计12组试验。整体采用-16～4℃，-12～8℃，-8～12℃，-4～16℃梯度冻融循环温度，每个冻融温度循环2次，共8次冻融过程。分别测定不同处理下冻融循环对土壤结构影响。结果表明，(1)土壤孔径分布在冻融作用下发生改变，而土壤初始含水率的增加使冻融后土壤大孔径含量增加与极微孔径含量减少受抑制，同时冻融后土壤极微孔径随积雪深度增加而增加，大孔径随积雪深度增加而减少，其余孔径波动小。(2)冻融作用减小土壤粒径，土壤初始含水率增加抑制冻融作用下微团聚体向黏粉粒转变，而初始含水率继续增加则使土壤粒径整体向微团聚体转变。(3)冻融作用改变土壤稳定性，其中平均质量直径（Mean weight diameter,MWD）、几何平均直径（Geometric mean diameter,GMD）、>0.25 mm水稳性团聚体含量（...     

冻融作用对河岸缓冲带土壤磷素迁移的影响

冻融过程不仅直接影响非生长季节的磷循环，而且频繁冻融对生态系统的影响将持续到下一个生长季节。为研究冻融作用对河岸缓冲带土壤磷素迁移的影响，以河岸植被缓冲带土壤作为研究对象，室内模拟冻融环境，探究冻融条件下，土壤对磷素吸附行为，将待测样离心过滤后取一定体积液体测其浓度，分别计算出1,2,3,4,5次冻融循环中土壤对磷的吸附量，绘制等温吸附关系曲线并将吸附数据用Langmuir和Freundlich等温方程进行拟合；并分析在不同含水率、不同深度与冻融周期下，土壤中速效磷含量变化情况，将20 cm和40 cm深度的土壤饱和质量含水率控制为70%、75%、80%，经过5个周期的冻融后，分别测定土壤内的速效磷含量，并探讨磷素在河岸带土壤中发生的吸附和垂向迁移行为。结果表明：在平衡浓度0～30 mg·L^-1范围内，土壤对磷的吸附量随着溶液中磷浓度的增加而增加，磷溶液浓度大于30 mg·L^-1时，吸附达到平衡，对速效磷的最大吸附量为714.26 mg·kg^-1；随着冻融周期的增加，土壤对速效磷的吸附量逐渐降低，5次冻融结束后的土壤对速...     

冻融循环条件下格栅加筋粘土结构内摩擦角变化规律研究

以沈阳市北二环加筋土工程为背景,对加筋粘土选用不同的填料压实度、初始含水率和加筋间距,安排二次正交旋转组合设计试验,得出多次冻融循环条件下不同加筋粘土试件内摩擦角的变化值.通过分析试验数据和数学计算,得出试件内摩擦角的变化值及试件填料压实度、初始含水率和加筋间距的回归方程,并对方程和各影响因素进行显著性检验.利用所得方程计算其他试验条件下的内摩擦角变化值.结果表明:计算值和试验值较为吻合,所得方程可用于格栅加筋土结构多次冻融循环后土体内摩擦角变化值的初步计算.根据回归方程分析各因素对加筋粘土试件内摩擦角变化值的影响规律,为工程实践提供理论参考.     

干旱绿洲区储水灌溉与冻融过程对土壤呼吸的影响

【目的】干旱绿洲区储水灌溉过程中存在着定额大、灌溉水利用效率不高、无效蒸发大和难以大面积推广应用等问题，也是造成绿洲区农业水资源紧缺的主要原因。为彻底改变这种现象并从机理角度探究储水灌溉和季节性冻融循环对干旱区绿洲土壤呼吸的影响。【方法】按照1 200 m³/hm²的低灌溉定额分为灌水和非灌水处理，将冻融循环分为冻结期、冻融期和解冻期3个时间段，采用LI-8100土壤碳通量全自动测量系统对不同处理的土壤呼吸速率进行观测与分析。【结果】储水灌溉在冻融循环作用下会促使干旱绿洲区农田生态系统土壤呼吸速率增强，增加土壤的碳排放，改变干旱绿洲区农田生态系统的碳循环。【结论】在水分与季节性冻融循环叠加作用下，储水灌溉促使土壤呼吸速率随温度的波动更为剧烈。整个冻融过程中土壤呼吸速率呈现出解冻期大于冻结期大于冻融期的规律。不同土地利用方式土壤呼吸速率变化趋势一致，但对水分和温度的响应程度不同，土壤二氧化碳通量均值未灌水处理小麦地块的比玉米地块高出33.60%，灌水处理高出56.08%。冻结期、冻融期和解冻期3个时期土壤CO₂都表现为源。...     

冻融循环对农田黑土可溶性氮组分的调控效应

为深入了解非生长季农田黑土氮素转化过程,采用室内冻融模拟培养试验研究不同冻融因子[冻融温度(冻结温度:-3、-6、-9、-12、-15℃;融化温度:2、5℃)、冻融循环次数(1、3、6、10、15;在-3℃冻结6 d、2℃融化1 d为1个冻融循环次数)、水分含量(10%、20%、30%)]对农田黑土可溶性氮组分含量的影响。结果表明,较大的冻融温差(-15～-12℃/2～5℃)、适宜的冻融循环次数(1～3)和水分含量(20%～30%)是影响农田黑土可溶性氮组分含量的主要驱动因子。随着冻结温度降低,冻融土壤可溶性无机氮(DIN,NH_4~+-N+NO_3~--N)和可溶性全氮(DTN)含量均显著增加,以-15℃冻结时最大分别为89.84、101.99 mg/kg,而可溶性有机氮(DON)含量的变化行为受融化温度的协同影响。随着融化温度升高,冻融土壤DIN、DON和DTN含量均无显著性变化。随着冻融循环次数增加,冻融土壤DIN含量显著降低,以循环次数15时最小(83.21 mg/kg),而DON和DTN含量均先升高后降低,分别在循环次数6和3时达到最大值。随着水分含量增加,冻融土壤DON和DTN含量均显著增加,以水分含量30%时最大,分别为20.57、107.62 mg/kg,而DIN含量无显著性变化。可见冻融作用显著促进非生长季农田黑土氮素转化,有利于土壤有效氮的累积。     

竹材热压干燥过程中的水分迁移特性研究

研究了竹材热压干燥过程中的水分迁移特性．结果表明：在整个干燥过程中，前期含水率降低较快,后期含水率降低较慢．竹材平均干燥速度与次表层竹材的干燥速度相近；在含水率较高的干燥初期，水分迁移的阻力在竹材表面，水分迁移主要靠毛细管张力作用；在含水率较低的干燥后期．水分迁移的阻力在竹材内部．水分迁移主要以扩散方式进行，干燥速度取决于木材内部水分移动的速度．竹材热压干燥过程中的水分移动．主要受温度梯度和含水率梯度的共同作用．     

冻结对黄土灰土碾压质量的影响

通过对几组低温下不同冻结历时黄土三七灰土击实试验结果 ,与现场低温下施工碾压效果的对比分析表明 :冻结会对黄土灰土产生显著冻胀作用 ,直接影响碾压质量 ,当温度从 - 1℃降低到 - 9℃ ,土体压实干密度从 1 .58t/m3降至 1 .41 t/m3;在同一低温下冻结历时从 2 h增长到 6h,而土体压实干密度也相应降低 ;同时 ,最优含水量也相应减小 ,当土体含水量≤ 1 30 g/kg时 ,灰土碾压质量几乎不受冻结的影响 ,即黄土三七灰土冻结起始含水量为 1 30 g/kg。本研究还分析了灰土冻结的机理和发生发展过程 ,对灰土碾压冬季施工的工程质量评价和施工对策提供了理论和量化分析依据     

考虑冻融的粉质黏土统计损伤本构关系研究

【目的】研究冻融作用下土的物理力学性质的变化,构建一种同时考虑荷载效应和冻融循环的损伤模型,为预测冻土地基反复冻融作用下的沉降变形提供理论基础。【方法】以青藏铁路沿线常见的粉质黏土为研究对象,制备了20组同一目标含水量(16%)和干容重(1.30g/cm3)的重塑试样,开展了3种正压力(100,200和300kPa)下的直接剪切试验,剪切变形速率控制为0.8mm/min。以粉质黏土的抗剪强度数据为基础,采用3种常用的分布函数(正态分布、对数正态分布和Weibull分布),分析了粉质黏土的抗剪强度分布特征。之后基于Weibull概率密度函数和Lemaitre等效应力原理,推导出三维应力条件下冻土的本构关系;采用Drucker-Prager强度准则反映荷载所致土结构损伤,并选取冻融数次后弹性模量描述冻融循环所致结构损伤,最后提出了一种同时考虑冻融作用和荷载效应的损伤变量,并嵌入冻土损伤本构关系,构建了损伤模型。采用冻融试验数据和三轴剪切试验数据,验证该模型的合理性。【结果】相比于正态分布和对数正态分布,粉质黏土的强度数据更符合Weibull分布规律,曲线吻合程度和最大偏差均最小。验证试验结果表明,构建的损伤模型的计算结果与试验结果的相关系数均高于0.70,说明该模型能够较好地描述粉质黏土冻融数次后的应力应变特征。【结论】成功构建了一种同时考虑荷载效应和冻融作用的损伤模型,这为统计损伤本构关系的研究和有效的工程应用提供了参考依据。