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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

    季节冻土山区公路路基阴阳坡效应及其防治措施研究

    武立波曹金生牛富俊林战举...
    966-979页
    查看更多>>摘要：大量工程实践表明,在寒冷山区公路建设过程中,路基阴阳坡效应对冻土区路基的稳定性具有重要影响.以甘肃省南部山区季节冻土路基为例,基于新建宕昌—迭部二级公路试验段的现场监测资料,分析了季节冻土山区公路路基阴阳面的地温和变形差异,提出针对性的两种新型防治措施——措施A(阴坡侧路基下半幅铺设10 cm厚XPS板,阳坡侧路基下半幅铺设6 cm厚XPS板)和措施B(路基下满幅+阴坡坡面铺设6 cm厚XPS板),并通过数值模拟分析了这两种措施控制路基阴阳坡效应的效果.结果表明,在甘肃南部季节冻土山区,山体遮挡作用使公路路基阴阳坡发生转换,对路基横向地温的影响不容忽视,试验段K18+180段阴坡路肩与阳坡路肩地温最大相差6℃左右,公路路基横向地温存在显著的阴阳坡效应.地温的横向差异导致公路路基土体冻深和冻胀变形的横向差异,两个试验段路基中心与阳坡路肩的最大季节冻深在第一个、第二个冻结期内均相差约0.8 m和0.9 m,K18+180段阴阳坡路肩冻胀量差值的最大值为2.8 mm,出现在春融初期.路堤高度为1.0 m、2.0 m时,措施A和措施B都能显著地减小公路路基阴阳坡温度差异,并且控制效果明显优于普通措施(满幅铺设8 cm厚XPS板、满幅铺设6 cm厚XPS板).建议季节冻土山区公路设计时应充分考虑山体遮挡这一局地因素对路基土体冻融状态的影响,并采取阴阳坡两侧差异设计的结构型式,以减少因阴阳坡现象导致的路基病害.研究结果可为季节冻土山区路基阴阳坡效应及其防治研究以及冻害研究提供参考和借鉴.

    季节冻土山区阴阳坡效应防治措施最大季节冻深地温变形

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    青海木里煤田地表温度变化及其影响因素分析

    郭俊钰祁元王宏伟张金龙...
    980-992页
    查看更多>>摘要：在中国煤炭是一种重要的能源,大规模的开采活动严重破坏了周边的生态环境,而高原高寒地区煤矿开采对地表温度的时空影响规律有待深入研究.地表温度作为一种重要的地表参数对地表能量和水分平衡研究均具有重要意义,也可以反映区域生态环境的变化.本文以Landsat 5/8影像为数据源,利用面向对象的方法和普适性单通道算法分别得到了7期土地利用/覆盖数据和地表温度数据,研究了1990-2021年木里煤田聚乎更矿区从开采到生态修复过程的地表温度变化特征和影响因素.结果表明:利用面向对象的方法得到7期土地利用/覆盖数据很好地反映了聚乎更矿区的几个阶段,分别为缓慢开采期(1990年、2002年),快速开采期(2005年、2009年),缓慢修复期(2015年、2019年)和快速修复期(2021年);矿坑、建成区、排土场、堆煤场等煤矿土地类型地表温度最高,高寒草甸次之,高寒沼泽草甸地表温度较低,水体温度最低,裸地则在特高温和低温均有分布;草甸区地表温度影响因素的解释力大小排序为NDVI>反照率>坡向>海拔>坡度,矿区地表温度影响因素的解释力大小排序为坡向>反照率>NDVI>海拔>坡度,修复区地表温度影响因素的解释力大小排序为NDVI>反照率>海拔>坡向>坡度.研究工作有助于揭示高原矿区地表温度的变化规律,对于评估木里煤田生态修复效果具有重要的参考价值.

    地表温度NDVI反照率海拔坡度坡向木里煤田

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    块石基底路基中局部非热平衡效应研究

    侯彦东王凯歌雷文远梁澍豪...
    993-1005页
    查看更多>>摘要：块石作为一种高孔隙率、大粒径的多孔介质,因其可通过调节内部冷暖季节对流方式实现多年冻土路基降温,而被广泛应用于青藏铁路工程以减弱气候变暖及工程扰动对多年冻土路基的影响.因此,精准描述块石路基结构换热机理并模拟其长期热防护效应十分重要.在一些领域内,已经证明使用局部非热平衡(LTNE)可以提升多孔介质的计算精度,但在块石结构孔隙尺度下的传热效能计算中仍较少使用.其中,多孔介质内部流固换热系数(hsf)是LTNE能量方程中重要的参数,该系数如何选取也决定着模型计算的准确性.本文以块石基底路基为例,通过数值模拟方法,将传统路基使用的局部热平衡(LTE)模型与LTNE模型的模拟结果与实测数据进行对比,并分析了不同经典hsf对块石结构换热的影响.研究结果表明,块石基底路基局部非热平衡效应明显:模拟结果显示LTNE模型中,同一时间内块石与空气温度不相等,空气与块石在夏季和冬季的最大温差高达1.54℃和0.80℃;LTNE的模拟结果与实测数据更为接近,且LTE模型的降温幅度略高于预期,二者在2 m、5 m、10 m处的年平均误差百分数分别相差6%、1%和8%;不同研究者(Achenbach、Wakao、Dixon等、Pallares等)得出的hsf在块石路基中变化趋势相近,峰值差异明显,但对块石路基下部土体温度的影响较小.

    块石路基多孔介质局部非热平衡换热系数多年冻土

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    环境温度对碎石层传热特性的影响研究

    梁铭轩葛建锐牛永红
    1006-1015页
    查看更多>>摘要：碎石层的传热机理研究对寒区路基改善技术的应用以及自然界中的"异常"冻土分布的解释有着重要的意义.很多研究者曾对碎石层进行了试验研究,但试验中的温度设置并无统一标准.相较于细颗粒土,粗颗粒材料中水分的影响较小,因此在试验中的温度设置对试验的结果起到了关键作用.为了对比不同的温度设置情况对碎石传热过程的影响,以不同的顶板温度、底板温度以及环境温度进行复合,并对不同组合情况应用COMSOL软件,在考虑碎石层多孔介质传热的情况下进行模拟.结果表明:即使在保温层包裹的情况下,环境温度依然能对温度剖面以及垂直方向上的热通量产生明显的影响.当环境温度与碎石层平均温度一致时,垂直方向上的热通量达到最小值,此时换热效率最低.因此,在此后的室内碎石层试验设计中,若需减少水平方向上的热量交换带来的影响,应尽量将环境温度设置在碎石层平均温度附近.工程中可通过降低碎石层侧边界温度来增强碎石层内外的热量交换,从而增强碎石层的换热效率.

    COMSOL多孔介质传热热通量温度剖面

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    冻融循环对青藏黏土抗剪强度影响试验研究

    全晓娟龚禹为汪波钟官峰...
    1016-1025页
    查看更多>>摘要：冻融作用会对土体结构和性质造成影响,在冻融作用下,不同类型土壤的抗剪强度变化呈现出不同规律.本文选取青藏高原具有代表性的黏土,开展不同初始含水率和不同冻融循环次数下的重塑土抗剪强度变化研究,结合压电陶瓷监测试验,探究冻融循环下青藏黏土抗剪强度指标的变化模式和规律.结果表明:在反复冻融作用下,青藏黏土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随含水率增大呈阶梯下降;同一含水率的抗剪强度和黏聚力劣化曲线可以分为快速劣化和稳定两个阶段,内摩擦角呈先减小后增大的变化趋势;冻融循环过程中第1次循环对青藏黏土抗剪强度影响最为明显;采用压电陶瓷监测的应力波信号通过小波包分析可以得到真实信号振幅和应力波能量,二者均能反映青藏黏土抗剪强度的劣化趋势.本文提出的强度劣化指标能很好地反映青藏黏土抗剪强度的劣化程度,这在未来工程实际中有着一定的应用前景.

    冻融循环抗剪强度压电陶瓷智能骨料小波包分析

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    冻融循环对重塑碳酸盐渍土不排水强度影响研究

    王中攀丁黔陈克政杨扬...
    1026-1035页
    查看更多>>摘要：为研究寒区碳酸盐渍土强度特征,建立冻融循环作用下碳酸盐渍土的修正邓肯-张模型,指导碳酸盐渍土地区的工程建设,利用GDS三轴对取自黑龙江省某地的碳酸盐渍土进行不同围压、不同冻融循环次数下的UU试验.通过曲线拟合,获得了土样强度指标c和φ、模型参数Κ和n、破坏比Rf与冻融循环次数N的数学模型,根据模型理论值与实测值对比分析修正了邓肯-张模型切线模量Ei,从而建立了考虑碳酸盐渍土冻融循环次数N的修正邓肯-张模型.结果表明:碳酸盐渍土经冻融后,其不排水应力-应变曲线呈应变硬化型,且碳酸盐渍土在经历三次冻融循环后,强度降低幅度最大,占整个强度劣化过程的71%以上;冻融后,碳酸盐渍土内摩擦角φ、黏聚力c和参数K逐渐降低,破坏比Rf呈现出先降低后增加,而参数n表现出先增加后减小的趋势.本文提出了冻融循环作用下的修正邓肯-张模型,且模型预测精度高.

    修正邓肯-张模型UU试验碳酸盐渍土冻融循环强度

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    冻结粉质黏土滞回曲线形态变化特征及其影响因素

    孙斌洁张熙胤徐振江黄安琪...
    1036-1046页
    查看更多>>摘要：冻土动力学特性与冻土区基础设施工程的设计、运营、维护有着密切的联系.冻土的动力学特性是从冻土的滞回曲线中分析得到的,因此全面分析冻土滞回曲线形态特征及其影响因素对明确冻土动力学特性有着重要的意义.冻土滞回曲线的形态特征可用滞回曲线的轴向动应力幅值、不闭合程度、宽窄程度及面积4种参数来表征.冻土的轴向动应力幅值和动应变幅值所围成的骨干曲线反映了冻土等效变形的大小、非线性效应以及冻土的动弹性特性,冻土滞回曲线的不闭合程度反映了冻土的塑性变形性能,冻土滞回曲线的宽窄程度反映了冻土的黏滞特性,冻土滞回曲线的面积反映了冻土的耗能能力.为此,以我国西北季节冻土区粉质黏土为研究对象开展了负温动三轴试验,试验包括4种土温(-0.3℃、-1℃、-3℃、-5℃),3 种土体含水率(14%、16%、18%),3 种围压(0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa),以及3种加载频率(1 Hz、2 Hz、4 Hz)交叉组成的10种工况,探究了冻结粉质黏土滞回曲线形态特征及其影响因素.根据试验结果,主要分析了4种描述滞回曲线形态特征参数随着振次、围压、土温、含水率、加载频率以及动应变幅值等因素的变化规律.结果表明,振次对冻结粉质黏土滞回曲线形态特征的影响很小.随着动应变幅值增大,冻结粉质黏土的骨干曲线增长模式逐渐由近似线性模式转为明显的非线性模式;滞回曲线的不闭合程度和面积随动应变幅值的增大呈凹形曲线形态增长;宽窄程度呈凸形曲线形态增长.随着围压、含水率、加载频率的增大以及土温的降低,冻结粉质黏土的骨干曲线变得越陡峭,非线性效应表现得越弱;滞回曲线的不闭合程度、宽窄程度和面积都有不同程度的降低趋势.当围压在0.2 MPa以下、含水率在16%以下、土温在-3℃以下时,冻结粉质黏土滞回曲线形态特征随这3种因素的变化更明显.冻结粉质黏土滞回曲线的不闭合程度和宽窄程度受加载频率的影响较为均衡,并没有出现最优影响范围.与冻结粉质黏土滞回曲线的不闭合程度和宽窄程度随各影响因素变化程度相比,滞回曲线的面积受各因素的影响程度相对较小.在4种影响因素中,加载频率和土温对滞回曲线的面积影响较大,含水率的影响次之,围压对滞回曲线面积影响很小.当围压为0.1～0.3 MPa时,冻结粉质黏土的滞回曲线面积-动应变幅值关系曲线随围压变化非常小.

    滞回曲线骨干曲线动应力幅值不闭合程度宽窄程度面积

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    冻融作用下土石混合体-混凝土界面强度劣化、孔隙结构演化及颗粒运移研究

    唐丽云李屹恒于永堂金龙...
    1047-1062页
    查看更多>>摘要：土石混合体-混凝土界面在寒区工程广泛分布,其界面处颗粒骨架受冻融影响塌陷、重组,极易诱发界面强度劣化,是影响寒区工程安全运营的难题.解析冻融影响下界面的强度行为,揭示界面强度与孔隙结构和颗粒骨架的互馈效应,是解决此难题的关键.开展土石混合体-混凝土界面室内直剪试验,借助NMR分层测试及PFC数值模拟,获取界面区抗剪强度参数及孔隙结构演化特性,明晰界面颗粒旋转运移特征;基于分形维数理论,定量评价界面孔隙结构变化,阐释冻融下界面强度劣化机理.即强度骤降阶段界面处土石颗粒受冻胀挤压,其有序排列被打乱,联结、互锁作用弱化,此时孔隙体积、分形维数均增大,界面整体性下降;反翘阶段界面处大块土颗粒分裂重组、骨架塌落,形成块石为核、黏土在外覆盖的包裹体结构,孔隙内部复杂程度降低导致抗剪强度小幅提升;随冻融次数增加,碎石外土颗粒剥落,界面区孔隙体积及颗粒旋转量缓慢增大,界面逐渐脱黏劣化.研究成果对工程构筑物孕灾机制具有指导价值.

    冻融循环土石混合体-混凝土界面NMR抗剪强度PFC

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    考虑低温粒间吸力的饱和冻土UH模型

    孔令明张海兵沈春廷齐吉琳...
    1063-1079页
    查看更多>>摘要：冻土本构模型对于分析寒区岩土工程的安全和稳定性至关重要.低温吸力理论可以在物理层面解释温度对冻土力学特性产生影响的机理,且基于该理论所建立的冻土本构模型能实现融土和冻土本构关系的统一,所以近年来低温吸力理论受到越来越多的关注.本文首先通过分析饱和冻土中冰-水界面的表面张力作用,在低温吸力理论的基础上提出了低温粒间吸力的概念,并基于Clapeyron方程建立了低温粒间吸力与温度的关系式以及饱和冻土的有效应力公式.其次,针对多种类型的饱和冻土开展了温控侧限压缩试验和三轴剪切试验,发现低温粒间吸力对冻土力学特性的影响可以归结为其对冻土表观超固结性的影响,即冻土的表观超固结程度随低温粒间吸力的增大而增强.根据试验规律,建立了冻土表观前期固结压力和抗剪强度计算公式.最后,将以上所建立的冻土有效应力公式、前期固结压力公式和强度公式与超固结融土的统一硬化本构理论(即UH模型理论)结合,提出了一个新的冻土热力耦合弹塑性本构模型.使用该模型模拟冻土侧限压缩试验、单轴压缩试验和三轴剪切试验,发现其能合理描述冻土在不同温度和围压下的应力-应变关系,且计算结果与试验数据符合良好.

    冻土本构模型低温吸力超固结侧限压缩

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    单向冻结条件下非饱和土水分迁移规律研究

    张建勋毛雪松刘飞飞吴谦...
    1080-1091页
    查看更多>>摘要：为了揭示路基冻结过程中地下水和土性对水分迁移规律的影响,针对开放体系和封闭体系的粉质黏土和砂土进行了单向冻结条件下的水分迁移试验.通过土柱上层位置设置碎石层,阻断液态水迁移路径,监测冻结过程中土柱的水热变化,结合土柱冻结深度、冻结速率曲线、含水率分布曲线和补水时程曲线,分析仅水汽补给时对土柱顶部水分聚集和冻结特征的影响.试验结果发现,无论是封闭体系还是开放体系,粉质黏土和砂土土柱都会在冻结区中形成两处水分聚集区:第一水分聚集区为控温板底部,以霜的形式聚集,主要是由土柱顶部土体的水汽迁移并凝华相变形成;第二水分聚集区为冻结区中液态水和气态水共同迁移形成,随着冻结锋面的向下推移,形成不连通孔隙的界面,液态水向0℃冰锋线迁移聚集并相变成冰,水汽迁移路径受阻而凝华成冰,致使该处含水率显著增加.相较于封闭体系,开放体系使两处水分聚集区产生更大的水分增量.相比于粉质黏土,砂土介质孔隙较大,在试验时间内水汽补给对水分聚集区的影响更明显,但由于砂土持水能力减弱,水汽补给速率随时间逐渐减小.

    单向冻结非饱和土水汽迁移开放体系封闭体系未冻水

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