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期刊信息/Journal information
冰川冻土
冰川冻土

程国栋

双月刊

1000-0240

edjgg@lzb.ac.cn；　shenyp@lzb.ac.cn

0931-4967248

730000

兰州市东岗西路320号 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所《冰川冻土》编辑部

冰川冻土/Journal Journal of Glaciology and GeocryologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是我国冰、雪、冻土和冰冻圈研究领域唯一的学报级期刊，支持在冰、雪、冻土和冰冻圈及全球变化基础研究和应用研究中具创造性，高水平和面向国民经济建设的新思想，新观点,新方法和新学说，为寒区国民经济建设服务。内容有：冰、雪、冻土的性质、过程及其控制；冰冻圈的资源与环境；冰冻圈与其他圈层的相互作用；寒区水文水资源； 寒区生态与建设；全球变化；寒区工程与减灾、防灾；寒区生物学；先进技术的应用。
正式出版
收录年代

    基于BP神经网络的寒区再生微粉工程水泥基复合材料力学性能研究

    纪泳丞季文昊贾艳敏李泽闯...
    126-136页
    查看更多>>摘要：为了探究不同低温不利条件下再生微粉ECC材料力学性能的影响，本文采用控制变量法，以再生微粉种类和取代率为研究变量，探究了再生微粉ECC在冻融循环和恒低温两种低温不利条件下的抗压和抗折强度试验。分析了再生微粉种类、再生微粉取代率、冻融循环次数、恒低温温度对再生微粉ECC力学性能的影响。最后基于BP神经网络，建立了3-6-1的冻融循环和3-3-1的恒低温BP神经网络结构抗压强度预测模型。研究结果表明:在相同的冻融循环条件下，再生混凝土微粉ECC的力学性能要高于再生砖粉ECC，且均随再生微粉取代率的增加先小幅度下降后剧烈下降，在经历150冻融循环后力学性能损失20%左右。而经历恒低温保温后的再生微粉ECC力学性能呈现出相反的变化趋势，随着低温保温温度的降低再生微粉ECC的力学强度反而呈现上升趋势，从常温到-40℃恒低温状态下力学性能提高22%左右。建立的两个低温不利条件下BP神经网络预测模型，平均相对误差分别为1。43%、1。28%，并以质量损失率和相对动弹模量为评判标准，预测试验范围内不同配合比的再生微粉ECC可经受的最大冻融循环次数。

    再生微粉ECC冻融循环低温保温BP神经网络力学性能

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    P波入射下饱和冻土自由场地地震地面运动分析

    焦豪马强周凤玺
    137-151页
    查看更多>>摘要：地震波的放大或衰减受场地条件的影响，因而选择符合实际情况的场地模型来分析地震地面运动极为重要。为了研究西部高寒地区冻土场地的地震地面运动特征，基于弹性波在单相弹性介质与冻结饱和多孔介质中的传播理论，建立了P波入射下基岩上覆饱和冻土自由场地模型，求得了平面P波入射情况下基岩上覆饱和冻土自由场地地震地面运动的解析解答。通过数值计算，分析了平面P波在不同入射角度下，入射频率、孔隙率、介质温度、胶结参数和接触参数等物理力学参数对饱和冻土自由场地地震地面运动的影响规律。分析结果表明:平面P波的入射频率对基岩上覆饱和冻土自由场地地表位移有显著影响。基岩上覆饱和冻土自由场地的水平位移随着平面P波入射频率增大而减小，竖向位移随入射频率增大而增大;孔隙率的增大也会导致饱和冻土自由场地水平位移增大，但其增幅随着平面P波入射角度的增加先增大后减小，竖向位移也增大，但增幅随入射角度增加逐渐减小;冻土场地中介质温度的降低会导致饱和冻土自由场地的水平位移和竖向位移减小。这表明冰相对于冻土场地中地震波传播具有重要影响;此外，泊松比也会对自由场地的位移产生一定影响，水平位移随泊松比增大而减小，增幅随平面P波入射角度增加先增大后减小。随着泊松比增大，饱和冻土自由场地的竖向位移显著增大，增幅随平面P波入射角度增加逐渐减小;接触参数的增加会导致自由场地的水平位移增大，增幅先增大后逐渐减小。同时，地表竖向位移也会增大，但增幅逐渐减小。

    饱和冻土平面P波反射与透射地面运动解析解

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    冻融循环作用下土石混合体水-热-变形相互作用过程研究

    邓菲路建国周小勋万旭升...
    152-161页
    查看更多>>摘要：冻融循环作用显著影响土石混合体的水-热-变形相互作用过程及力学特性。基于此，本文开展了单向冻融循环作用下土石混合体水-热-变形相互作用及无侧限抗压强度试验。通过单向冻融循环装置对30%砾石含量的土石混合体进行了4次单向冻融循环试验，每次循环根据设定的温度变化曲线持续168小时，模拟实际自然环境中冻结和融化的周期。同时，利用微机控制电液伺服万能试验机开展了未冻融和冻融循环后试样的力学特性测试，并探讨了冻融循环对土石混合体微观结构劣化机理的影响。研究结果表明:单向冻融循环对试样内温度、水分和变形有显著影响。冻融循环过程中土石混合体的融化速率大于冻结速率，试样在冻融循环过程中存在着体积未冻水的迁移和重分布。第一次冻融循环对土石混合体变形影响最为显著，试样的净变形随着冻融循环次数的增加先增大后趋于稳定。此外，反复的单向冻融循环改变了试样的孔隙结构。冻融循环后试样的抗压强度和变形模量分别减小了45。31%和60。92%，其衰减幅值随着冻融循环次数的增加而降低。

    土石混合体冻融循环温度未冻水含量变形

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    冻融循环条件下含根系土的力学特性

    唐诗佳刘恩龙杨柳新
    162-169页
    查看更多>>摘要：植物根系对土体有力学加筋作用，可以有效提高土体的强度，防止浅层滑坡和地表侵蚀，因而广泛应用于边坡防护。然而在中西部的季节冻土区，植被边坡的土体反复冻结融化，在植物根系力学加筋和冻融损伤的双重作用下，其力学性质也会发生变化，对边坡稳定性产生不确定因素。因此，为探究冻融和根系分布对土体的复合影响，采用贡嘎山海螺沟流域土壤及花楸根系进行三轴固结不排水试验，研究了冻融循环作用下，含根系土体的强度变化。考虑不同冻融循环次数(0、1、5次)和根系分布方式(竖向均匀分布:三层各一根;水平均匀分布:中间一层三根)，绘制应力应变曲线和孔压应变曲线，对比分析两种试样的应力应变特性，并通过抗剪强度包线获得总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标。结果表明:(1)随冻融循环次数的增加，三层各一根试样和中间三根试样的峰值强度均逐渐降低，黏聚力和内摩擦力也逐渐减小，在低围压(25 kPa)条件下冻融循环作用对含根系土强度减弱作用较为明显，但在高围压条件下，植物根系对土的强度的增强作用仍不可忽视;(2)即使发生了冻融循环，根系仍在一定程度上提高了土体的强度，其增强效果受到分布方式的影响，三层各一根的排列方式增强作用最显著;(3)在相同围压、相同冻融循环次数条件下，根系沿竖向分布的试样峰值强度和黏聚力均较高，此外，相较于不含根的素土，根系分布方式主要影响土的黏聚力，对内摩擦角的影响不明显。研究成果可为寒区植被护坡的工程实践提供理论依据。

    冻融循环含根系土三轴试验抗剪强度

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    冻融循环作用下路基结构水热汽迁移规律研究

    张建勋毛雪松吴谦
    170-184页
    查看更多>>摘要：在冻融循环环境下，路基结构内水分迁移是导致道路冻胀、融沉变形的主要原因。为了探究冻融循环条件下路基结构的水热汽迁移规律，模拟了实际工程的路基结构，基于半透膜材料开展了冻融循环条件下的水、汽分离的水分迁移试验，通过监测试样的水热变化、荧光素上升图像、补水量和集水量变化曲线，得到了水分迁移规律，进而分析了土的孔隙结构、升降温速率和温度梯度等因素对水汽迁移和液态水流出特征的影响。试验结果表明，在土水势作用下，马氏瓶的水分首先以水-汽混合的形式在土柱中向上迁移，达到一定高度后，转变为以水汽的形式向上迁移。非饱和土柱的水汽会透过半透膜向碎石层和控温板底迁移，在整个冻融循环过程中，水汽向碎石层和控温板底的迁移量呈现线性增加的趋势，表明水汽迁移在水分聚集过程中的作用不可忽视。碎石层和控温板底液态水的流出主要集中在每个冻融周期的两个阶段，第一阶段为降温阶段，以冷凝水为主;第二阶段为融化阶段，以融化水为主，融化水占一个冻融周期液态水流出量的70%以上。粉质黏土孔隙较小导致水汽迁移主要受体积含气率的影响，随着粉质黏土土柱含水率的增加，水汽迁移量呈减小趋势。而砂土的孔隙较大，水汽迁移主要受水汽扩散增强因子的影响，随砂土土柱含水率的增加，水汽迁移量呈增大趋势。降温速率减小使冻结锋面有一个缓慢下移的过程，减小土体冻结对水汽迁移通道的封闭影响。升降温速率的减小导致碎石层和控温板底的水分聚集量增大。较大的温度梯度导致水汽扩散系数和水汽密度梯度的增加，从而引起碎石层和控温板底的水汽迁移量增大。

    冻融循环路基结构半透膜水汽迁移孔隙结构升降温速率融化水

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    湿干循环作用对冻土-复合土工布界面常法向应力剪切特性的影响试验研究

    张航曹海涛何鹏飞候光亮...
    185-198页
    查看更多>>摘要：土工合成材料广泛应用于寒区工程建设，但土体与材料界面的剪切强度是其薄弱环节。受降雨、灌溉等因素影响，土体在一定深度范围内经历湿干循环作用。为研究湿干循环作用对冻土与土工合成材料界面剪切强度的影响，本文基于控温直剪仪对粉质黏土-复合土工布在常法向应力条件下界面剪切特性开展试验研究，试验因素包括湿干循环次数、温度和法向应力。结果表明，常温条件下湿干循环对界面剪切强度有劣化作用，负温条件下界面剪切强度随湿干循环次数增大整体呈现增大趋势，经过一定循环次数后趋于稳定。湿干循环作用下界面黏聚力和内摩擦角的变化规律与界面剪切强度变化规律相对应，而界面黏聚力的变化是引起剪切强度变化的主要因素。通过对剪切强度的影响变量及其交互作用进行显著性分析，发现法向应力、冻结温度和湿干循环次数均对剪切强度有强显著影响，法向应力和温度的交互作用以及温度和湿干循环次数的交互作用也对剪切强度有显著影响。本文研究成果可为复合土工布在冻土工程中的应用提供参考。

    剪切强度界面湿干循环冻土复合土工布显著性分析

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    粗颗粒硫酸盐渍土水盐迁移规律及变形特性研究

    周凤玺杨金银巨文涛马强...
    199-210页
    查看更多>>摘要：针对封闭系统下粗颗粒硫酸盐渍土在冻结过程中的水盐迁移和变形特性开展了理论和试验研究。基于非饱和多孔介质热弹性理论，考虑孔隙水盐相变，建立了适用于粗颗粒盐渍土水-热-盐-力多场耦合模型，并对单向冻结条件下粗颗粒盐渍土的温度场、水分场、盐分场和位移场分布进行了数值模拟。通过配制含硫酸盐的细砂作为土样开展了单向冻结条件下的室内试验，测定了冻结过程中的温度、水分、盐分以及变形的分布，并与数值结果进行了比较，验证了理论模型的有效性。结果表明:砂土结构孔隙更大，水分和盐分更容易渗透和迁移，在单向冻结试验中，水盐迁移速度更快;细砂的轴向位移呈现先下降后上升的变化趋势，且收缩变形持续时间较黏土更长;由于暖端水分向冷端迁移致使暖端土体孔隙减小，下部土体变得更加密实，土柱下部侧壁压力大于上部。

    粗颗粒盐渍土多场耦合水盐迁移变形特性

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    硫酸钠盐渍土冻结温度计算模型构建及验证

    孙利英柴明堂李王成宋岩...
    211-220页
    查看更多>>摘要：土的冻结温度是使土体物理力学性质发生显著变化的关键温度，盐渍土中由于盐分存在使冻结温度的预测变得困难。本文提出了一种适用于硫酸盐渍土有盐分析出时的冻结温度计算模型，分别对硫酸钠自由溶液、硫酸钠盐渍土及石英砂的冻结温度变化规律展开了研究。首先，依据固液两相平衡时化学势的规律、冰晶表面曲率影响以及盐分结晶析出对溶液浓度的影响，构建了自由溶液、盐渍土及石英砂的冻结温度预测模型;然后，开展室内冻结试验得到了冻结温度测量值，通过计算测量值与计算值二者的均方根误差(RMSE)、显著性水平(α)及一致性系数(LA)，验证了本文模型的精度与适用性。结果表明:土样中初始含水率越小，土样表面的毛细作用和吸附作用越强，使土样冻结温度越低。在土样孔隙中盐溶液有效浓度越大，冻结温度越小。由于盐分结晶的影响，有效浓度随盐浓度增大先增大后减小，然后保持不变。土样孔隙半径越小，冰晶表面曲率影响越大，冻结温度越低。该研究成果能为盐渍土盐冻胀变形及人工冻结中的温度参数分析提供一种新的方法。

    硫酸钠盐渍土冻结温度相变盐分析出冰晶表面曲率热力学模型

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    冻结过程土体导热系数影响因素及预测模型研究

    刘凤云罗怀瑞万旭升骆吉庆...
    221-234页
    查看更多>>摘要：为探究土体导热系数的基本规律，采用瞬态平面热源法测试了冻结过程土体导热系数。研究了土体在不同温度、含水率和干密度物理指标下导热系数变化规律，分析了这三个物理指标动态变化对土体导热系数的影响机制。基于试验数据，建立了DT、RF、GBDT、AdaBoost、SVR、BPNN共六种机器学习模型以预测土体导热系数，通过四个性能指标评估了六种机器学习模型的预测能力，并与三种经验模型进行了对比。此外，基于RF和GBDT进行了特征重要性分析。结果表明:未冻结阶段土体导热系数无显著变化。剧烈相变阶段，因含水率和干密度的不同，土体导热系数随温度的降低分别呈现出减小和增大的趋势，其中增大的趋势随着含水率的增加而增加。冻结阶段，因测试过程中土样的水分蒸发和迁移，土体导热系数随着温度的降低而减小。土体导热系数均随干密度和含水率的增加而增加。根据评估结果，六种机器学习模型中RF的表现较好(RMSE=0。036，MAE=0。028，R2=0。993，AD=0。004)，明显优于三种经验模型，RF相较于经验模型也能更准确地预测出其他地区的土体导热系数，建议使用RF预测冻结过程土体导热系数。特征重要性分析表明含水率、温度和孔隙率是影响冻结过程土体导热系数的重要因素。

    导热系数温度含水率机器学习模型特征重要性

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    基于GA-PSO算法的冻土本构模型参数识别

    梁靖宇张跃东路德春
    235-246页
    查看更多>>摘要：遗传算法(GA)与粒子群算法(PSO)分别具有缺乏目标导向性和易陷入局部最优的缺点，但同时分别具有全局搜索能力强与能有效传递优势信息的优点。本文以GA计算步结合精英保留策略作为PSO计算步的优势信息，避免PSO算法陷入局部最优，以PSO计算步结合非精英优化策略作为GA计算步的导向信息，克服GA算法缺乏目标导向的问题，建立了GA-PSO新算法。其具体过程为，通过采用GA计算步对解空间进行全局搜索并对精英个体进行保留，进一步，将适应度较差的个体利用PSO计算步进行优化。基于多峰函数的验证结果表明，GA-PSO算法在解空间中具有更强的全局搜索能力，同时具有更快的收敛速度。将GA-PSO算法应用到冻土非正交弹塑性本构模型的参数识别中，通过模型的参数识别以及模型预测结果对比与验证，结果表明GA-PSO算法能够有效识别冻土非正交弹塑性本构模型的参数，提升了模型的预测效果。

    参数识别冻土本构模型优化算法遗传算法(GA)粒子群算法(PSO)

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