非饱和岩体裂隙中冰层生长试验及单个裂隙壁面上的结霜模型研究北大核心CSCD

裂隙中冰夹层的出现及生长是岩体冻胀风化的重要特征及成因,裂隙岩体是由裂隙和岩石基质构成,裂隙与可视为孔隙介质的岩石性质差异巨大,多数情况下是岩体中水分主要的储存及运移通道,对于不饱和裂隙而言,其中往往同时存在着气态迁移和液态迁移,很难直接用既有的原位冻胀和分凝冰机理解释裂隙中冰层形成及生长过程。为研究非饱和岩体裂隙中冰层出现及分布状况,作者用两块水泥试块拼接成带有单条垂直裂隙的岩体试样,并对试样进行了暖端补水条件下的单向冻结试验,试验结束后,试块中新增了3条水平裂隙和1条垂直裂隙,且裂隙中均有薄冰层出现,试样负温区有显著的结霜现象,整个过程中水分迁移总量达221 mL,且以气态形式为主。基于传热学基本原理,建立了自然对流条件下单个裂隙壁面上的结霜模型,根据试验中试样不同冷表面的特征,将结霜表面分为Ⅰ~Ⅲ类,分别计算了三类冷表面上霜层厚度、密度及单位质量随时间的变化,并利用试验结果对计算结果进行了验证,证明了单个壁面上结霜模型的可靠性。以结霜模型为依据,同时结合相关文献进行分析得到:影响岩体裂隙负温区壁面结霜量的直接因素有裂隙中的对流传热条件、空气相对湿度及负温区壁面面积大小,这三个因素取值越大时,则一定时间内裂隙壁面上的结霜量越多,裂隙中的成冰作用更为显著。裂隙沿程的温度梯度则是更为本质的原因,温度梯度越大时,岩体裂隙中的对流传热作用会更为强烈,负温区壁面面积越大,则一定时间内结霜量越多。     

周期温度边界条件下一维融化固结特性研究

在周期温度边界条件下,冻土呈现出与常温边界不同的融化固结特性. 基于融化固结理论提出了一种适用于周期温度边界条件下融化固结计算的数值模拟方法,并通过试验验证了该方法的有效性. 通过对比分析试验及数值结果表明,提出的数值方法能够很好地描述周期温度边界条件下冻土的融化固结特性. 同时,融化深度和变形均随时间呈现出阶梯型的变化趋势. 这是周期温度边界下土体融化固结行为最显著的特点. 随着冻融次数的增加,融化深度和变形均趋近于常温边界条件下的结果,这表明若干个冻融循环后周期温度边界对融化固结行为的影响将逐渐消失.     

木里地区永久冻土层的形成及对天然气水合物的成藏影响

以青海木里天然气水合物成藏地区为研究对象,总结分析了现有木里地区永久冻土和天然气水合物的特点;基于青藏高原第四纪的气候调查相关证据和现有地质勘探资料,利用FLAC3D模拟计算永久冻土的形成过程,计算结果表明,现有的永久冻土可能形成于晚全新世新冰期(4 000~3 000至1 000 a BP),约经历170 a的降温后形成稳定的永久冻土层底部边界,深度为130 m,永久冻土层中的温度梯度为1.64℃/hm,计算结果与现场勘探结果相当吻合。此外,基于永久冻土层的形成过程、天然气水合物A/B类形成时的温压曲线及天然气水合物的成藏现状,分析木里地区天然气水合物分布相对分散的原因,一是由于地质构造的原因,烃类气体仅迁移至140 m深度左右,天然水合物在原地发生相变;也可能是烃类气体迁移至更浅层的地层中,但由于多年冻土的反复演化,浅层天然气水合物动态分解后以气态形式进入大气。相关成果可为木里地区天然气水合物的勘探和开采提供思路。      

基于离散元的冻结砂土三轴力学特性研究

采用离散元软件中的平行黏结模型模拟冻土中冰-土颗粒间相互作用。通过调整模型细观参数,模拟了特定围压不同试验温度和应变速率条件下冻结砂土的三轴试验规律。进一步对比分析计算和试验结果表明,模型的细观参数中的刚度系数和黏结强度对材料的宏观力学行为影响较大,设定的黏结强度参数与温度成反比而和应变速率成正比。在宏观上,峰值强度随温度降低而增大,随应变速率的增大而增大。进一步分析离散元中颗粒的运动产生的剪切带倾角表明：剪切带倾角与温度成反比,而应变速率对其的影响较小;根据已有数据结果,剪切带与内摩擦角间的统计关系符合经典土力学中的摩尔-库伦解。     

冻融循环作用下边坡地震动稳定性研究

季节冻土区和多年冻土区边坡在经历冻融循环后其力学性质产生较大变化,边坡稳定性随之改变,在地震动荷载作用下存在着巨大的安全隐患.本文基于FLAC数值软件,将考虑冻土相变的显热熔算法引入热学计算模块,并结合静态边界动力计算模块,建立了适用于冻融循环条件下的边坡地震动稳定性分析平台.研究了冻融循环对边坡土体地震动稳定性的影响.结果表明,在发生冻融循环的季节冻土区或多年冻土已经退化的区域,地震动后边坡的塑性破坏形式主要取决于发生冻融循环的活动层的范围.     

基于GPS数据的南极DAV1站TEC研究分析

综合利用TEC两种多项式模型的优点，处理了南极DAV1站2001～2004年GPS观测数据，分析了DAV1站TEC变化规律及其与太阳活动之间可能存在的关系。     

基于等速线模型的一维黄土动荷载响应分析

本文以兰州黄土为研究对象,开展了不同加载速率条件下的K0压缩试验,并结合试验结果和“等速线理论”研究了震动荷载作用下黄土的动力学响应及其影响因素。研究结果显示,随着加载速率的升高,回弹系数(a)、塑性压缩系数(b)、前期固结压力(σp)以及内变量参考时间(τp)均会产生显著变化。其中,加载速率的升高对内变量参考时间影响最为剧烈,而加载速率对黏塑性应变速率参数(c)的影响可以忽略。通过对比震动荷载作用下土体应变发展的计算和实测结果表明,基于加载速率较快的试验结果获取的模型参数,其理论预测精度较高。在计算动力学问题中,σp的量值较静力条件下获取的参数要小2~3个数量级,这是使用该模型计算动力问题与静力问题的最大不同。进一步的计算分析表明,震动荷载作用下的动应变幅值与回弹系数正相关,而(b-a)/c和应力比(震动荷载的平均值与前期固结压力之比)正比于动荷载初期作用下发生的塑性应变(“残余应变”)。因而,在评价土体动荷载作用下的“残余应变”时,应综合考虑各力学参数和应力状态的影响。     

GNSS电离层延迟模型的数学统一与方法扩展

总结了当前广泛研究的利用GNSS观测数据建立电离层延迟模型的基本理论,并从数学上利用第一类算子方程统一现有的模型。着重分析了电离层VTEC的数学模拟和逼近方法,提出了建立模型的方法上的一系列扩展,从数学角度分析模型各种处理方式上的潜在问题,并给出了简单的单站模型计算实例,实证了理论的正确性。     

近52年渭河流域气候变化对植被净第一性生产力的影响

利用渭河流域及其周边地区52个气象站1959-2010年的逐日气象资料,采用周广胜-张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法分析了近52年渭河流域气温、降水、湿润指数的时空变化特征及其对植被净第一性生产力(NPP)的影响,并对其未来变化趋势进行预测。结果表明：(1)在渭河流域,气温呈上升趋势（0.4 ℃/10a,p<0.001）,且北部快于南部,东部快于西部;降水呈减少趋势（-20.1 mm/10a,p>0.1）,且南部快于北部。(2)湿润指数总体下降,仅关中部分地区微弱变湿。(3)NPP高值区位于秦岭山区、关中部分地区;NPP总体下降,仅个别站点微弱上升。NPP下降速率南部大于北部,空间分布格局与同一时期降水量和湿润指数的变化较为一致。(4)NPP与降水量、相对湿度和湿润指数均呈显著正相关（p<0.01）,与潜在蒸散量、日照时数和气温负相关,温度对于NPP累积所起到的作用有限,水分是主要制约因素。(5)不同气候变化情景下对NPP的模拟表明,温度和降水同时上升的情况下,NPP增加15%以上;仅温度升高而降水不变时,NPP增加10%左右;温度上升而降水下降导致NPP不升反降,仅个别地区出现小幅上升。     

近30 a玛曲县土地利用/覆盖变化监测

 以1975年的MSS数据,1990年和2005年的TM数据,以及2000年的ETM数据为信息源,在GIS技术的支持下,对玛曲地区的土地利用/覆盖变化进行了监测。研究发现：从1975年到2005年的30 a间,该地区的生态环境呈现出严重的退化趋势,其中沼泽地和林地面积持续减少,沙地面积在1975年到2000年之间呈增加趋势,但从2000—2005年面积大幅度减少。草场退化现象严重,高覆盖度草地减少,裸土地面积增加,建筑用地面积大幅度增加。应用转移矩阵对不同地类之间的相互转换研究发现：高覆盖度草地主要转变为中、低覆盖度草地,沼泽地主要转变为高、中、低覆盖度类型的草地。玛曲环境退化受到自然环境和人类活动的双重影响,气温升高,降水量减少和过渡放牧是导致该地区生态环境退化的主要因素。