温度梯度作用下非饱和土水分迁移研究

为了探明非饱和土中的水分在温度梯度作用下的迁移规律,开展了非饱和土在不同温度梯度作用下的气态水迁移试验和混合态水迁移试验。试验结果表明土样内部的温度场在24 h内均能达到稳态且稳定后的温度场沿土样长度方向线性变化。气态水迁移量和液态水迁移量均随着温度梯度的增加而增加,气态水迁移量的增幅显著大于液态水迁移量的增幅。在气态水迁移中,温度效应随着土样初始含水率的增加而显著增加;在液态水迁移中,温度效应与土样初始含水率的关系不大。最后建立了非饱和土在不同温度梯度作用下,当其水分场接近稳态时,土样内部含水率梯度的表达式,该表达式包含温度梯度和初始含水率两个影响因素。     

地铁隧道围岩内温度分布规律的模型试验及其热导率反算研究

为能精确计算地铁隧道围岩内的传热量,模拟了地铁隧道围岩内的热传导,研究了地铁围岩内的温度分布规律,并通过试验结果对土体热导率进行反算。分析表明：同一时刻,距隧道壁面不同距离处的温度以指数形式进行变化,距离越远,温度越小;时间越久,隧道内流体的温度影响范围越大。除隧道外壁面外,距隧道壁某距离处的温度,随时间的增长而逐渐增长,距隧道壁较近处土体温度较高,温度增长速率随时间的增长而逐渐减小;距隧道壁面距离较远处温度较低,其增长速率随时间的增长而逐渐增大。传热时间超过某一值后,围岩内温度增长率逐渐平稳趋于一定值。根据模型试验结果能较精确得到土样的热导率数值。     

Soil thermal properties at Kalpakkam in coastal South India

Time series of soil surface and subsurface temperatures, soil heat flux, net radiation, air temperature and wind speed were measured at two locations in Kalpakkam, coastal southeast India. The data were analysed to estimate soil thermal diffusivity, thermal conductivity, volumetric heat capacity and soil heat flux. This paper describes the results and discusses their implications.     

鲁东招远地热田地热通量及地热成因研究

鲁东地热区在地质构造单元上位于沂沭断裂带昌邑—大店断裂以东,地热资源丰富。本文采集了鲁东地热区招远地热田内一眼2000m深地热井（DRZK01）中的40块岩芯样品进行岩石热导率、岩石生热率测试及分析,结合测温资料及收集资料对该区地热通量构成及分层热流进行了分析研究;采集区内典型地热流体样品进行水化学分析并采用合适的地热温标估算了该区热储温度;综合研究成果建立了该区地热成因概念模型。研究结果显示,该区岩石热导率数值较高,测量值在2.8~5.7W/（m·K）之间,普遍高于上地壳平均热导率,地温梯度较高,为31.8℃/km;利用热导率和地温梯度计算的地热通量102mW/m2中热传导分量为（73.2±6.18）mW/m2,对流分量为（28.76±6.18）mW/m2,其中热传导分量中地壳热流为22.5mW/m2,地幔热流为（50.74±6.18）mW/m2,二者比值为1:1.98～1:2.52,为“热幔冷壳”型热结构。石英温标计算热储平均温度为128.6℃,热循环深度约3634m。研究结果丰富了该区地热系统理论并为该区地热资源开发利用提供一定的理论支撑。     

鲁东招远地热田地热通量及地热成因研究

鲁东地热区在地质构造单元上位于沂沭断裂带昌邑—大店断裂以东,地热资源丰富.本文采集了鲁东地热区招远地热田内一眼2000 m深地热井(DRZK01)中的40块岩芯样品进行岩石热导率、岩石生热率测试及分析,结合测温资料及收集资料对该区地热通量构成及分层热流进行了分析研究;采集区内典型地热流体样品进行水化学分析并采用合适的地...     

浅层地能开采中土体的热湿迁移机制及力学性状研究综述与展望

浅层地能的开采是与岩土介质相关的能量交换过程。本文从岩土工程应用的角度,简述了浅层地能开采中与岩土体相关问题的国内外研究现状,指出了目前存在的问题并进行了分析和展望; 在此基础上,凝练出了3个主要的科学问题,即换热过程岩土体热湿迁移机理、岩土层地质构造对热交换的影响以及热交换对岩土力学性质的影响,并对它们的具体研究内容进行了详细的分析。论文的分析成果对于掌握浅层地能开采对土体力学性状的影响,合理开发利用浅层地能,实现能源的可持续发展具有重要的理论和现实意义。     

Reply to comments by R. Von Herzen, E.E. Davis, A.T. Fisher, C.A. Stein and H.N. Pollack on “Earth's heat flux revised and linked to chemistry”

The lengthy comment by Von Herzen et al. does not address the most important conclusions of the paper by Hofmeister and Criss [Hofmeister, A.M., Criss, R.E., 2005, Earth's heat flux revisited and linked to chemistry. Tectonophys. 395, 159–177.]. These are 1) that actual measurements better describe the Earth than do simplistic models with demonstrably unrealistic boundary conditions that diverge markedly from the data; and 2) that the models are unconstrained, resulting in a series of papers proposing values for the global flux that have become increasingly disparate from the growing data base over time (Fig. 3 in our paper). We disagree strongly with penultimate concluding statement of Von Herzen et al., “that it is preferable to base surface heat flow analysis not only on the extensive measurements but also on well understood processes that are known to bias the values and statistics of the measurements,” as our Fig. 3 demonstrates that no consistent magnitude has been assigned to the alleged advective flux, so that neither the processes nor the correction are “well understood”. We do not deny the existence of submarine hydrothermal systems, but we disagree strongly with the scales over which they are alleged to operate, and with the large Rayleigh and Nusselt numbers Von Herzen et al. assign to them.     

德令哈降水中δ18O年际变化与水汽输送

根据德令哈地区1992—2001年的降水中δ18O数据及降水时刻所记录的相关气象参数,并对比中国气象局气象资料和NCEP/NCAR格点气象数据,利用相关、回归等分析方法分别对该地区降水中δ18O与温度、降水量以及水汽通量之间的关系进行分析,并讨论了降水量与大气环流的变化关系,揭示了影响该地区降水中δ18O变化的气象因素,特别是与水汽来源之间的关系。研究结果表明,德令哈降水中δ18O年际变化表现出一定程度的“温度效应”,但与温度的相关性要低于季节尺度。不同类型汽团的水汽输送是影响降水中δ18O年际变化的另一个重要原因。     

非等温条件下道路水分迁移的数值模拟

通过分析季节冻土区的温度分布规律,建立了温度随时间的变化函数.在此基础上,基于连续介质力学和热力学理论,建立了道路水分迁移过程中的水热耦合动力学模型,并对季节性冻土地区的水分迁移现象进行数值模拟分析,初步探讨了在非等温冻结条件下,水热耦合过程中路基填料的含水量和温度随时间和深度变化的关系,计算结果表明,冻结过程中在冻结峰面附近形成一个冻结含水量峰值,且该峰值随着冻结时间的延长而向深度发展,这对于路基路面的综合设计,道路冻害的预报有着重要的理论意义和实际应用价值.但要真正体现道路路基水分迁移的机理,有待于建立水分迁移过程中水、热、动载和渗流耦合模型,这是有待于进一步解决的问题.     

上海某冻结加固工程试验研究分析

通过对上海某冻结加固工程试验研究分析,提出了应针对上海地区软土矿物成分及水平渗透性强的特点,在开放系统中进行土体低温特性研究;同时就地下水的含盐量,土体冻结速率,土粒粒径,分散度等对土体低温特性的影响也提出了一些个人看法。     

全球大地热流研究进展

大地热流是表征地球热状态的重要地球物理参数,它记录了发生在地球深部各种作用过程和能量平衡的信息。大地热流的测量与汇编是固体地球物理学领域的基础性工作。本文对最近20年来全球大地热流研究的相关进展进行了综述,包括介绍近年来全球大地热流数据库建立和汇编情况,据此阐述了全球大地热流的分布规律及主控因素。继而重点对大陆和大洋热流研究中的若干重要概念或关键问题（如热流省、热流-生热率关系、壳幔热流配分系数、大洋岩石圈热演化模型和地下水循环等）、全球热量收支及其时空变化等方面进行了分析。最后,就全球热流汇编研究中需注意的问题以及今后的研究方向做了一些讨论。     

时域反射仪在监测青藏高原活动层水分变化过程中的应用

时域反射仪（ＴＤＲ）是一种利用电磁脉冲方法,根据电磁波在土层中的传播速度测试不同土层 的介电常数,接介电常数值可获不同土类在冻融状态下的未冻水含量和总体积含水量．ＴＤＲ仪可在 野外环境下无破损地测得融土和冻土的液态水含量,尤其是能测出不同负温下冻土中未冻水的变 化．该仪器最适用于测量均质细颗粒土的体积含水量,经与烘干称重法对比,ＴＤＲ仪应用在青藏高 原上不同融土类所测含水量值的误差范围：粉土和细砂为±２．５％,粘土和亚粘土为±３．０％,砂砾石 土和碎石土为±５％．经过反复的野外实践证明,用 ＴＤＲ仪测上层含水量具有简便、快速及稳定等 优点,是值得推广的方法．根据青藏公路沿线８个场地埋置的ＴＤＲ仪和地温仪所获的一个年周期的 水、热资料（１９９７．８～１９９８．７）,分析了高原活动层在冻融过程中温度场和水分场的耦合所导致的水分迁移及水分场重分布的规律     

Determination of paleoheat-flux using multiple thermal indicator tomography

Multiple thermal indicator tomography is a non-linear inversion procedure which permits simultaneous determination of geological, chemical kinetic, and thermal parameters in the burial and thermal histories of sediments. The procedure is based on inverting measurements with depth in a well of multiple thermal indicators, each of which must have experienced the same thermal history. For two wells from diverse geological settings, tomography is used to assess the paleoheat-flux variations with time most consistent with all the thermal indicator data. Resolution and sensitivity of the results are also addressed. For the case history of well X in the North Sea, with both vitrinite reflectance and sterane isomer thermal indicators, a generally decreasing heat flux from past to present is obtained roughly halving every 50 Ma. The activation energy for the sterane isomer is also determined simultaneously to be 42±20 kJ/mole. For the second case history of the Irma Mclean well in the onshore Gulf of Mexico, data from four thermal indicators are available: vitrinite reflectance, sterane and hopane isomers, and sterane aromaticity. A general decrease in paleoheat-flux from amount 2.8 heat flux units (HFU) at 100 MaBP to 1.25 HFU at the present day is obtained, the activation energy for the sterane isomer is simultaneously determined to be around 50±20 kJ/mole, while the corresponding values are around 80±20 kJ/mole for the hopane isomer, and around 65±20 kJ/mole for sterane aromatization.     

Impact of sea surface temperature in modulating movement and intensity of tropical cyclones

It is well recognized that sea surface temperature (SST) plays a dominant role in the formation and intensification of tropical cyclones. A number of observational/empirical studies were conducted at different basins to investigate the influence of SST on the intensification of tropical cyclones and in turn, modification in SST by the cyclone itself. Although a few modeling studies confirmed the sensitivity of model simulation/forecast to SST, it is not well quantified, particularly for Bay of Bengal cyclones. The present study is designed to quantify the sensitivity of SST on mesoscale simulation of an explosively deepening storm over the Bay of Bengal, i.e., Orissa super cyclone (1999). Three numerical experiments are conducted with climatological SST, NCEP (National Center for Environmental Prediction) skin temperature as SST, and observed SST (satellite derived) toward 5-day simulation of the storm using mesoscale model MM5. At model initial state, NCEP skin temperature and observed SST over the Bay of Bengal are 1–2°C warmer than climatological SST, but cooler by nearly 1°C along the coastline. Observed SST shows a number of warm patches in the Bay of Bengal compared with NCEP skin temperature. The simulation results indicate that the sea surface temperature has a significant impact on model-simulated track and intensity of the cyclonic storm. The track and intensity of the storm is better simulated with the use of satellite-observed SST.     

填埋场中气体运移的非稳定耦合渗流数学模型

基于多孔介质渗流力学和流固耦合理论，建立了填埋场内挥发性气体在土壤中迁移气－固耦合数学模型，并根据数学模型的非线性特征，采用摄动法求出模型的拟解析解。通过解析求解研究了挥发性气体在土壤中耦合与非耦合渗流情况下孔隙压力分布动态特征，为预测和预报挥发性气体在土壤中的扩散状况，以及对环境污染的治理，控制污染的扩散理论了理论依据。     

辽西地区风积土冻融特征的试验研究

针对辽西地区的风积土进行了单向冻结试验,研究了土样在冻结过程中的温度变化规律和温度梯度对冻胀的影响;分别针对封闭系统和开敞系统进行了有外加荷载和无外加荷载作用下的冻融试验,对在一定温度条件下荷载和水分对风积土冻融性质的影响进行了试验研究,获得了温度、外荷载和水分对冻融影响及其冻融演变规律。研究结果表明,温度和温度梯度是影响土体冻胀的主要因素,而外荷载主要对融沉的演化过程和最终冻胀量产生影响,水分的迁移则主要对冻胀的演化过程产生影响。     

青藏铁路管道通风试验路基地温变化及热状况分析

基于青藏铁路北麓河试验段管道通风路基在2个冻融循环周期内的地温监测资料,分析了路基温度的发展、温度场分布特征及多年冻土的热流量变化．结果表明：通风管埋设于路堤中部的路基温度变化和发展情况与一般路基类似,路基在施工后的2个冻融周期内仍处于整体升温的过程;通风管埋设于路堤下部的路基,虽然前2个冻融循环周期内土体温度与原始状态相比同样有所升高,但开始出现逐渐降低的趋势,同时地温场的分布在横向上的对称性也比较好,在热交换方面,一般填土路基和通风管位于路堤中部的路基在施工后的前2个冻融循环周期内一直处于吸热过程,而通风管位于路堤下部的路基在经历了第1个周期的持续吸热过程后,在第2个冻融循环周期内已经开始放热。     

潮间带滩涂沉积物与水体热通量模拟

为了揭示滩涂对近岸水温影响,开展潮间带滩涂沉积物与海水之间热量交换研究。以韩国西南海岸的滩涂为例,建立滩涂沉积物温度模型,模拟不同潮汐状态下沉积物垂向剖面温度以及沉积物与水体间的热通量,并分析了季节、滩涂位置、潮位-太阳辐射相位对热通量的影响。研究表明:模拟出的沉积物温度与实测值吻合较好。沉积物与水体存在大量热量交换,且集中在淹没后的前3 h,最大热通量可达398.7 W/m2。冬季月份海水向滩涂净传热。夏季月份滩涂向水体净传热,且当滩涂淹没时刻发生在当地正午或正午过后3 h内,滩涂传递给水体的热量相对较大,达2.0 MJ/（m2·d）;累积热通量随滩涂干滩率的减小而减小。研究成果为进一步深入研究滩涂影响下近岸水温变化提供了技术支撑。     

温度影响下的非饱和黄土水分迁移问题探讨

对非饱和黄土土样的实验结果揭示出,对于初始含水量均布的土样,在两端施加温差后,冷端的含水量增大,热端含水量减小。在温度差作用下,温度差越大,土体密度越小,水分迁移特征越明显,土样两端含水量差越大。当初始含水量较大和较小时,温度差引起的含水量差均较小;当初始含水量适中时,温度差引起的含水量差值较大。基于实验结果,考虑含水量和密度的影响,得到温度梯度引起含水量梯度的表述关系式,计算和实测结果验证了该表述式的可靠性。据此得到了考虑温度影响的非饱和黄土水势的表述式,该式考虑了土体密度、温度梯度、含水量和含水量梯度对水势的综合影响,对实验土样的计算结果反映了水分的稳态分布。