季冻区渠基冻胀模拟分析

渠道作为输送农业用水的主要载体,受季冻区气候影响极易发生地表隆起、衬砌开裂脱落等冻胀破坏现象。本文以黑龙江省松干渠道为原型,采用试验与模拟相结合的手段,基于室内试验获取热力学参数、冻胀系数、力学参数等冻胀模拟关键参数,利用有限差分软件建立冬季停水渠基模型,施加温度模块模拟渠基冬季冻胀全过程,探究渠基的冻胀特性。结果表明：渠基温度与深度呈负相关,冻胀量随着时间的推移分为快速冻结阶段、缓慢冻结阶段、稳定阶段,2月份达到冻胀量最大值。     

季节冻土区梯形混凝土衬砌渠道冻胀预测研究

依据热传导和质量迁移理论,建立渠基冻土温度场、水分场和应力场耦合数学模型,分析了影响季节冻土区渠基土体冻结的核心因素温度和水分运移量,提出以冻结期渠基土体温度和水分迁移量为变量,建立渠基土体冻深和冻胀量预测模型。借助于季节性冻融条件下梯形混凝土衬砌渠道原型观测成果,观测了冻结期渠基以下5 cm处土体温度以及水分迁移量,研究了季节冻融渠基温度和水分运移及其诱发的冻深发展和冻胀变形的变化。经检验,预测曲线与实测曲线基本一致,且满足误差要求,用冻结期土体温度和水分迁移量来预测冻深、冻胀的方法准确可行。     

黏土单向冻融作用下冷生构造及冻胀特性试验研究

研究黏土的水分迁移特性,对评估冻融作用对填筑土料的工程影响意义重要.以两河口水电站大坝心墙的填筑土料黏土为研究对象,针对冬季施工现场日循环冻融作用的环境特点,在室内模拟开展封闭系统下短时、高频、浅冻结条件下的单向冻融试验,研究了反复冻融作用下试样的冷生构造、水分迁移和冻胀特性.结果表明:黏土在日变化冻融作用下,试样受影...     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律,以不同初始含水率、不同干密度的陕北风积砂为研究对象,在不损坏试样的前提下在试验室进行含水率的实时监测。分析了风积砂内部含水率、渗透强度的时空变化规律,得到了土水特征曲线,揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明:在等温条件下,基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力;同一干密度下、不同初始含水率的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同,补水量随着初始含水率的增大而减小,渗透强度随着初始含水率的增加呈现递减趋势;风积砂土水特征曲线的分布包含饱和段、过渡段和不变段,其中同一干密度土样的曲线的饱和段水分分布规律基本相同,过渡段内水分变化梯度存在较大差异,水分变化梯度随初始含水率的增大而逐渐减小;对于不同干密度的风积砂,在相同初始含水率下,补水量和渗透强度随干密度的增加而减小,毛细水上升高度随着干密度的增加而增大。     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律，以不同初始含水量的陕北风积砂为研究对象，在不破损试样的前提下进行含水量的实时监测。分析了风积砂内部含水量、渗透强度的时空变化规律，得到了土水特征曲线，揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明：在等温条件下，基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力；同一干密度下、不同初始含水量的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同；风积砂渗透强度随着初始含水量的增加呈现递减趋势；风积砂土水特征曲线的分布包含三个阶段：饱和段、过渡段、不变段，其中饱和段分布规律基本相同，过渡段内水分变化梯度存在较大差异，水分变化梯度随初始含水量的增大而逐渐减小。     

准池铁路路基冻胀特性的试验研究

为探究准池铁路Ｋ44＋970—Ｋ45＋010路基的冻胀病害问题,通过现场调查、室内常规土性分析试验、毛细管上升高度试验,对该路段的冻胀发生条件进行分析。以初始含水率为变量,开展－20℃恒定冷端温度条件下的单向封闭系统冻胀特性试验。现场调查与室内试验结果表明:冻害路段位于高路堑地段,地下水位埋深为90ｃｍ,路段周围汇水和下部地基蓄水条件良好,填料毛细管上升高度为70ｃｍ,在冬季冻结锋面作用下地下水可以通过毛细水形式不断向上迁移至路基填料。冻胀特性试验表明:土样冻胀过程分为快速发展阶段、缓慢发展阶段和稳定阶段,初始含水率为10．6％和7．6％土样的最终冻胀量分别为5．6ｍｍ和4．9ｍｍ,冻胀率在7％左右,属于强冻胀敏感性土。冻胀量和冻胀率随初始含水率的增加而增大;而冻胀速率随初始含水率的增加而降低;水分重分布的峰值含水率与初始含水率呈正相关关系。冬季严寒天气下地下水在毛细作用下持续向路基填料补水是造成准池铁路路基冻害的主要原因。     

浅层季节冻土区饱水粘性土地基的冻胀特性及其对水工建筑物的危害

作者于１９８７年－１９９１年，在学习引进我国东北各单位研究成果的基础上，根据河北省水利工程冻胀破坏的具体情况，开展了浅层季节冻土区上的冻结冻胀规律及冻害防治措施的研究工作。通过试验研究发现，浅层季节冻土区虽然冻深较小，但在水份补给条件好的情况下，会产生很大的冻胀量，造成水工建筑物的严重破坏。     

齐齐哈尔地区粉质黏土冻胀特性试验研究

黑龙江省受寒冬负温影响,容易引起渠道渗漏、地基下陷、轨道不顺等问题,这增加了工程建设难度。为解决实际问题,以齐齐哈尔地区粉质黏土为研究对象,进行封闭系统下的人工冻结试验,对冻胀试验数据进行分析,研究不同含水率、干密度、冷端温度及冻结速率条件下土体的冻结过程及冻胀率的变化规律。试验结果表明:冻胀率在含水率高、干密度大、冷端温度低、冻结速率低的条件下,土体冻胀现象更为显著,且冻胀率与4个因素相关性较好。冻胀正交分析结果表明:冷端温度对冻胀率的影响程度最弱,干密度较强,含水率的影响最为剧烈。采用SPSS统计分析软件,建立含水率、干密度和冷端温度三因素综合影响下的冻胀率多元线性回归模型,模型拟合效果好、可信度高、精度高,满足实际需求,操作简便,可用于粉质黏土的相关计算和预测。     

季节性冻土区渠道衬砌防冻胀措施试验研究

针对3种衬砌结构形式的防冻胀效果进行对比试验,分析气温、地温、含水量、地下水位等观测数据后,采用土工布+碎石垫层作为衬砌保温防冻胀材料适宜在季节性冻土区灌区渠道上应用。试验结果对季节性冻土区灌区渠道结构防冻胀设计具有参考意义。     

季冻区草炭土直剪特性研究

选取吉林省敦化市江源镇的半纤维草炭土和高分解草炭土,通过室内快剪和固结快剪试验,分析了季冻区纤维草炭土直剪特性及其力学机理。结果表明：草炭土快剪试验的法向应力与峰值剪应力的关系曲线呈线性,符合摩尔-库伦定律。固结快剪试验的法向应力与峰值剪应力的关系曲线以法向应力200 kPa为分段转折点,呈两段直线形式;基于摩尔-库伦强度准则建立了相应分段函数,得到了符合草炭土固结快剪规律的表达式。所得直剪特性及强度参数可为季冻区草炭土路基稳定性评价参数取值提供参考。     

沿海滩涂淤泥质黏土水盐迁移试验分析

我国沿海滩涂土壤盐渍化程度较高,作为土壤生态环境问题之一备受关注,研究土壤水盐运动规律是改良盐渍化土壤的理论基础。以沿海滩涂淤泥质黏土为研究对象,基于土壤盐分静态迁移试验和室内一维土柱试验,对淤泥质黏土盐分迁移规律和机理进行分析。结果显示:在静置状态下,相同迁移时间内,水体体积越多,盐分迁移速度越快,盐分迁移率越高;在一维水动力弥散条件下,水力坡度越大,水动力弥散作用越显著,盐分迁移的速度越快,盐分迁移率越高。     

季节冻土区梯形混凝土渠道冬季停水与过水运行方式对温度场的影响研究

针对西北地区输水明渠易发生冻胀破坏的问题,依据热传导和水分迁移理论建立冻结期渠基土温度场,以分析渠道内过水对温度场分布的影响为目标,以新疆玛纳斯河四级水电站引水渠为典型案例,应用有限元软件进行温度场的模拟,并将结果与相关文献中的数据及破坏类型进行比对,验证模拟的合理性。结果表明:渠道内是否过水对渠道的温度场有显著的影响,主要是其温度场的分层发生变化且其温度线也出现了强烈波动。经实地观察发现,输水明渠渠基土体易产生较大的冻胀变形导致衬砌板胀裂、隆起及滑塌等破坏十分严重的位置与模拟中温度场发生变化的位置基本一致,且满足误差要求。用冻结期渠基土温度场变化来预测输水明渠发生冻胀破坏的准确位置具有很大的参考价值。     

高寒区长距离供水渠道冻胀破坏预警模型构建方法研究

针对高寒区长距离供水渠道工程冻胀破坏预警问题,提出了一种新的预警模型构建方法。通过分析渠道冻胀信息提取的主要影响因素之间的相互关系,比对人工监测和仪器自动监测渠道冻胀信息的识别路径,采用统一的量化识别尺度,探索构建预警指标体系和判定阈值,为渠道冻胀信息采集及预警预报系统软件研发创建数据模型。工程实践运用表明,该方法在监测渠道断面冻胀信息时,具有预警信息全数字化、预警过程全自动化、数据路径可追踪、数据来源可追溯、数据结果可反馈等优点,可以有效提高冻胀破坏预警预报的精准度,为高寒区供水渠道风险识别与渠道全寿命期有关安全评价提供有效的手段。     

斥水土壤斥水度变化规律及影响因素试验研究

将十八烷基伯胺与土壤按不同质量比混合,获得不同斥水度的人为斥水化土壤.采用滴水穿透时间法测定斥水土壤斥水度,并开展不同温度、土壤含水率、溶剂等作用下的土壤斥水度变化规律试验.结果表明:十八烷基伯胺使土壤产生斥水性属于表面物理作用,对土壤颗粒本身化学性质无影响;人为斥水化土壤中十八烷基伯胺含量越高,土壤斥水度越大.在0～...     

咸水在黏性土中迁移转化的试验研究

采用衡水地下水科学试验场浅层钻孔土样进行室内一维土柱渗流试验,并用地球化学模拟方法探讨黏性土对咸水迁移转化的控制机理。结果表明:黏性土对咸水迁移有一定的阻隔作用,1号土柱对Na+的阻滞作用以吸附为主,2号土柱对Na+的阻滞作用由吸附和阳离子交换共同影响;1号和2号土柱的阻盐率分别为49.8%和54.5%;1号和2号土柱中黏性土的阻滞因子R1和R2分别为1.54和3.78;咸水迁移过程中,控制水岩相互作用的主要因素是岩盐的沉淀,石膏、方解石的溶解,Mg2+、Ca2+与Na+之间的离子交换。     

明渠岸边横向取水口水力特性的试验研究

对明渠岸边横向直角取水口的水力特性进行了试验研究。在试验室的水槽中，通过三维超声波流速仪(ADV)测得了取水口的流速数据，试验中针对不同的分流流速比，测取了主水槽的表底层分流宽度、进水口门流速场以及紊动能k和雷诺应力的分布。试验结果显示在取水口附近的水流结构具有明显的三维特性。取水口断面的流速分布与正常的明渠流速分布不同，其断面的最大流速常常在底层。     

季节冻土区含砂低液限黏土冻融过程试验研究

为研究季节冻土区含砂低液限黏土在不同埋深地下水补给时的单向冻融过程,采用由箱体、制冷/热系统和地下水补给系统等构成的冻融系统装置,对大尺寸土体模型进行单向冻融试验。试验结果表明:在冻融过程中,各土层平面的温度、含水率与冻融量均分布不均匀,且三者之间相互影响;在地下水补给下,土体的冻胀量大于融沉量,且融沉时长小于冻胀时长;不同埋深地下水对冻融的影响主要表现在对土体冻前初始含水率的影响,进而影响温度梯度和冻结锋面的变化,进一步影响未冻水的迁移、冻胀量和融沉量等发展,因此,冻融作用为温度场、水分场和位移场等复杂的多场耦合作用的结果。     

升船机中间渠道的航行水力特性和尺度试验研究

通过物理模型试验，研究了Ⅳ、Ⅴ级航道的升船机中间渠道的航行水力特性，并根据船舶航速条件将中间渠道分为A、B、C三类，提出了中间渠道相应的参考尺度及其确定原则．     

咸淡水交替淋溶下土壤盐分运移试验

为确定咸淡水交替灌溉后土壤盐分的运移规律,采用2 g/L,4 g/L两种矿化度的咸水分别与淡水连续、交替淋溶室内土柱,初步研究了咸淡水交替淋溶下土壤盐分的变化规律。研究结果表明:咸淡水交替淋溶下土壤表层盐分逐渐下移,两个试验处理的土柱都出现积盐情况,且4g/L时的积盐量大于2 g/L时的积盐量,土壤溶液中Na+,Ca2+的分布与EC值的变化规律基本一致,在此条件下盐分的增加没有引起土壤的碱化,灌水结束后,两个试验处理的土壤溶液EC值都小于4 dS/m,在作物耐盐的范围内,可推广应用到大田咸淡水交替灌溉中。