温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理

土体冻结后,由于土颗粒表面能的作用,土中始终存在部分未冻结的薄膜水,在温度梯度诱导下,薄膜水会从温度高处向温度低处迁移,并在土中分凝成冰,引起冻胀.这早已成为冻土学界的共识,关键在于如何定量.分凝冻胀量可按下式计算:式中Hv为冻胀量,q为水分迁移通量(迁移量),K为导湿系数(迁移系数),d(?)/dx为土水势梯度(迁移驱动力)因此,温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理可归纳为水分迁移驱动力、迁移系数和迁移量的研究.问题在于K和d(?)/dx是土质、温度或温度梯度的函数.目前尚无测定冻土导湿系数和冻土中未冻水势能的被普遍接受的方法、为解决此问题,我们提出下列方法:未冻状态下,土体的导湿系数和土水势均可通过试验实测,且具有下列关系:     

多年冻土区碎石路堤冬季自然对流降温效应的演化机理

通过变渗透率无量纲控制方程的有限元数值方法分析了多年冻土区碎石路堤孔隙空气对流降温效应的发生机理和演化过程. 分析表明, 碎石路堤的对流降温效应是从两个边坡最先开始形成, 逐渐向路堤中间区域发展, 随着等温线偏离热传导温度分布位置的畸变程度不断加重, 碎石路堤冬季对流降温效果也不断增强. 分别给出了在边坡区域和路堤中间区域开始形成自然对流的最小临界Rayleigh数.分析了碎石路堤发生冬季自然对流降温效应的影响因素, 并从理论上明确了抛石护坡、碎石护道是确保多年冻土区路基稳定性的有效工程措施.     

不连续分凝冰发育规律的研究

提出并推导土体在冻结过程中由于冻结速度和水分移速度的影响,造成不连续分凝冰有单薄冰层、双冰层和厚冰层３种发育模式,采用受控试验的反演分析验证了不连续分凝冰的发育模式,试验结果同时表明：在整个试验期间,分凝暖端的孔隙冰压力变化平稳;当单薄冰层和双冰层发育时,冰分凝温度和孔隙水压力波动较大,尤其是在双冰层生长时,冻结缘发育最充分,分凝暖端的温度和孔隙水压力降低幅度最大;在厚冰层形成后,由于冻结锋面推移