检索结果-内蒙古大学图书馆

水利学报 2022年第2期53卷 230-242页

作者：刘铨鸿郭明王正中陆立国葛建锐李瀚翔西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 宁夏水利科学研究院宁夏银川750021

我国北方寒区河湖与灌排渠道护岸冻胀破坏普遍严重。卵砾石护底模袋混凝土衬砌护岸因施工方便获得广泛应用。但目前针对这种复合衬砌结构的冻胀破坏机理尚不明确,难于规范化设计。本文基于冻土水热力三场耦合理论,考虑衬砌与基土的界面... 详细信息

我国北方寒区河湖与灌排渠道护岸冻胀破坏普遍严重。卵砾石护底模袋混凝土衬砌护岸因施工方便获得广泛应用。但目前针对这种复合衬砌结构的冻胀破坏机理尚不明确,难于规范化设计。本文基于冻土水热力三场耦合理论,考虑衬砌与基土的界面相互作用建立了河渠护岸衬砌冻胀数值分析模型。以宁夏西干渠工程为例,对卵砾石护底的模袋混凝土、卵砾石护底的普通混凝土以及全断面混凝土三种典型衬砌形式的弧脚梯形渠道进行冻胀破坏分析和对比研究。结果表明,卵砾石护底的排水作用可使边坡基土冻前体积含水率和冻后体积含冰率分别减少约27.8%和30%;模袋及卵砾石护底削减了冻结约束和底板约束,使坡板拉应力减少20%~70%,冻胀量削减约30%,不均匀冻胀量减少约50%;模袋混凝土护岸冻胀破坏表现出混凝土开裂、模袋达到比例极限、模袋达到极限强度的三个阶段,在混凝土开裂后模袋仍具备较强的承拉能力使护岸衬砌仍能承受冻胀发展并防止滑塌失稳破坏,当以模袋拉应力达到比例极限为失效准则时,抗冻胀能力提高约47.1%,负温抵抗能力提高约30%。此项研究可为我国北方寒区浅埋地下水河渠护岸采用卵砾石护底模袋混凝土衬砌提供设计手段与合理依据。

关键词：模袋混凝土护岸卵砾石护底浅埋地下水冻土水热力耦合冻胀破坏

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考虑冰盖生消和冰-结构-冻土协同作用的渠道弹性地基梁模型

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水利学报 2021年第2期52卷 215-228页

作者：葛建锐牛永红王正中谭志翔张春洋王羿西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 南京水利学科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024

冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推... 详细信息

冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推导了衬砌结构的挠曲线微分方程,分别建立了3个阶段衬砌结构的冰冻破坏力学模型,并结合相应荷载组合和边界条件对模型求解获得了衬砌结构的挠度、内力和应力的解析表达。应用该模型对南水北调京石段某输水渠道进行冰冻破坏分析计算,结果表明:结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构的法向冻胀位移最大值分别为10.62、13.89和5.05 cm,对应3个阶段衬砌结构的截面最大拉应力分别为3.63、4.11和2.05 MPa,且破坏位置均在冻结区坡板的中下部,与现场监测渠道冰冻破坏分布规律吻合。据此,建议寒区冬季输水渠道控制运用中应尽量缩短结冰初期、流冰期时间,延长第3阶段稳定封冻期时间,同时应合理控制地下水位和冰盖厚度。研究结果可为寒区冬季输水渠道抗冰冻设计提供理论依据和分析方法。

关键词：衬砌渠道冰盖-结构-冻土协同作用冰-冻荷载弹性地基Winkler理论挠曲线微分方程

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实测堰流精度效应影响下的泄流计算方法研究

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灌溉排水学报 2022年第6期41卷 105-112,146页

作者：焦萱赵兰浩王正中邱勇河海大学水利水电学院南京210024 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室西安712000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 云南农业大学水利水电学院昆明650201

【目的】明确直角堰在不同结构布置选型下的超泄特性与其大小关系。【方法】针对简化综合流量系数假设下,基本堰流关系模型率定中的短系列多元回归处理范式使用局限问题,由试验统计特征下的不同实测堰流精度率定结果发现了短系列因果映... 详细信息

【目的】明确直角堰在不同结构布置选型下的超泄特性与其大小关系。【方法】针对简化综合流量系数假设下,基本堰流关系模型率定中的短系列多元回归处理范式使用局限问题,由试验统计特征下的不同实测堰流精度率定结果发现了短系列因果映射关系中的实测堰流精度统计效应,进而建立了多维可变堰流特征变量模糊概率关联分布识别和实测堰流精度效应下的一致性泄流响应机制。【结果】超泄特征变量前后堰宽比a/c、侧堰长度b和展宽比L/W参与的多元短系列泄流计算是一种区别于传统直线型断面因果映射关系模型的多维可变模糊概率关联分布响应;从算法机理的角度揭示了相同堰顶水头H下,前后堰宽比a/c、侧堰长度b和展宽比L/W对于指标测流量[Q’cr]的表征贡献无先后大小之分,具有同等显著地位。【结论】综合现有文献成果中不同短系列实测堰流精度样本的应用率定与验证表明,方法计算结果和试验统计结果一致性较好,研究成果可为相关工程的复核设计提供参考。

关键词：直角堰型试验统计基本堰流关系模型实测堰流精度泄流计算方法

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变暖背景下砾石换填对多年冻土区机场跑道下地温场的影响

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气候变化研究进展 2024年第3期20卷 291-303页

作者：王娇娇张虎金晓颖黄帅王宏伟王文辉詹涛周刚义车富强李艳李新宇何瑞霞张泽张圣嵘李国玉童长江王逊金会军东北林业大学土木与交通学院冻土研究所/教育部东北冻土地质系统与环境观测试验研究站哈尔滨150040 黑龙江省自然资源调查院大兴安岭漠河冻土与寒区环境野外科学观测研究站(自然资源部) 哈尔滨150036 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃遥感重点实验室和黑河遥感试验研究站兰州730000 国家林业和草原局重点国有林区森林资源监测中心加格达奇165100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运... 详细信息

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明,换填使季节最大冻结深度(MSF)增加,且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后,通过比较不同换填深度(1.5(顶)~3.5(底)、1.5~4.5、1.5~5.5和1.5~6.5 m)的道基温度场变化,发现:换填底部深度达到4.5 m时,MSF变化的速率开始减小。最后,根据IPCC第六次评估报告(AR6)未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现,到2100年,在SSP2-4.5情景下,未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此,利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时,应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动层水热状态的影响,可为解决道基冻胀和融沉问题提供重要科学依据。

关键词：多年冻土机场跑道地温季节最大冻结深度(MSF) 数值模拟

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冻融循环下黄土温度及变形特性研究

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干旱区资源与环境 2023年第5期37卷 139-146页

作者：张志成雷乐乐白瑞强靳潇王正一东华理工大学土木与建筑工程学院南昌330013 东华理工大学江西省地质环境与地下空间工程研究中心南昌330013 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院寒区旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 石河子大学水利建筑工程学院石河子832003

在冻土工程的建设与服役过程中,地基土通常会经历反复有压冻融循环,使其物理状态与力学性质发生改变。文中以黄土为研究对象,根据不同埋深土层对应土压力确定4个试验压力值(0kPa、20kPa、50kPa和100kPa),开展有压冻融循环试验,研究有压... 详细信息

在冻土工程的建设与服役过程中,地基土通常会经历反复有压冻融循环,使其物理状态与力学性质发生改变。文中以黄土为研究对象,根据不同埋深土层对应土压力确定4个试验压力值(0kPa、20kPa、50kPa和100kPa),开展有压冻融循环试验,研究有压冻融循环作用下黄土温度变化及变形发展规律。结果表明:压力会对沿着试样深度的温度分布产生影响,主要表现为在相同深度位置处温度分布会随压力的增大而有所升高,但冻融循环对其影响较小。土体的冻结深度和冻结速率会随压力的增大而逐渐减小,且在冻结前期(0~3 h内),压力对冻结速率的影响会比较明显,但随冻结时长持续增加,压力对冻结速率的影响程度会有所削弱。在冻融过程中压力会加速黄土的变形发展,且压力越大,经历冻融循环后黄土累积变形量越大。随着冻融循环次数的增加,在不同压力作用下黄土的融沉率和冻胀率均会呈三个阶段变化:快速变化、缓慢变化、稳定变化。在有压条件下,冻融稳定系数K会呈现逐渐减小的趋势,干密度ρ_(d)会呈现逐渐增大的趋势,但最后两者均会趋于较为稳定的状态,在无压条件下,黄土稳定系数K值和干密度ρ_(d)始终维持在一个较为稳定值K=1和ρ_(d0)=1.60g·cm^(-3)。且压力越大,曲线变化会越加地明显,说明随着反复冻融循环的发生,黄土的冻胀和融沉变化量将逐渐趋于同一个稳定值。文中研究有助于揭示季节冻土区工程冻融破坏机制。

关键词：黄土有压冻融循环单向冻结冻结特性累积变形

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基于DSR理论-综合云理论的中俄冻土区管道保温层效果失效类型研究

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冰川冻土 2024年第2期46卷 625-636页

作者：朱美全金晓颖车富强王宏伟王文辉周刚义李国玉李新宇何瑞霞杨如轩唐建军李善珍张泽金会军东北林业大学土木工程学院/冻土研究所黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学寒区科学与工程研究院/教育部东北冻土地质系统与环境观测试验研究站黑龙江哈尔滨150040 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室甘肃兰州730000 自然资源部国家林业和草原局重点国有林区森林资源监测中心黑龙江加格达奇165100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

冻土区管道保温层效果与评价指标变化的随机性密切相关,以往冻土区管道保温层效果评价模型存在一定的局限性与不足。为了提升冻土区管道保温层效果模型的应用效果,本文基于驱动力-状态-响应(Driving force-State-Response,DSR)理论、综... 详细信息

冻土区管道保温层效果与评价指标变化的随机性密切相关,以往冻土区管道保温层效果评价模型存在一定的局限性与不足。为了提升冻土区管道保温层效果模型的应用效果,本文基于驱动力-状态-响应(Driving force-State-Response,DSR)理论、综合云理论和迭代运算方法相结合的综合评价方法,构建适用于中俄冻土区管道保温层效果的评价模型。为了验证冻土区管道保温层效果评价模型的科学性,以中俄管道沿线(漠河—大庆段)四处典型监测区域MDX007、MDX113、MDX304和MDX364为实例,应用评价模型对管道保温层效果的失效类型和失效可能性概率进行了综合分析。结果表明:运用评价模型可以科学指导中俄原油管道保温层效果的评估,并依据相应的保温层效果失效类型结果给出对应的措施建议。综合云模型能够结合不同理论模型的优势,保证冻土工程环境评价的科学性,通过置信度值验证,具有良好的应用前景。研究成果可为中俄原油管线安全稳定运营提供战略性的科学支撑。

关键词：冻土区管道保温措施热效果驱动力-状态-响应(DSR)模型综合评价云模型

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地下管道受冻土冻胀影响和轴力作用的力学分析

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兰州大学学报（自然科学版） 2021年第2期57卷 278-284页

作者：慕青松汪儒生牛永红石雨张春洋兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000

考虑了冻胀敏感性土和冻胀非敏感性土在交界面两边的冻胀差异性,及穿越两种土壤交界面的输油、输气管道的内禀轴向力(可能源自温度应力、交界面处的水平冻胀效应,以及管道安装时产生的初应力等)的联合作用,建立了可用于计算管道的横向位... 详细信息

考虑了冻胀敏感性土和冻胀非敏感性土在交界面两边的冻胀差异性,及穿越两种土壤交界面的输油、输气管道的内禀轴向力(可能源自温度应力、交界面处的水平冻胀效应,以及管道安装时产生的初应力等)的联合作用,建立了可用于计算管道的横向位移(挠度)、弯矩和剪力等分布状态的数学模型,并进行了解析求解.对该模型基于算例的数值分析表明,管道中存在一定程度的轴向拉力有利于冻胀环境下管道的安全运营,而存在一定程度的轴向压力不利于管道在冻胀环境下的安全运营.暖季埋设的管道在冷季来临时,温度应力表现为轴向拉应力.忽略其他原因产生的轴向压力,管道会因温度拉应力的存在而变得更加安全稳定.

关键词：管道冻胀轴向力冻胀敏感性土冻胀非敏感性土

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楼梯间外纵墙自重作用下面外失稳的理论分析

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兰州大学学报（自然科学版） 2021年第5期57卷 688-693页

作者：慕青松张敬书牛永红张皓兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000

某些高层建筑的楼梯间外纵墙,是紧临建筑外部的高度很大的一字型剪力墙,在自身高度范围内,除了底部约束和顶部约束外,其他位置所受约束较弱,存在面外屈曲失稳的风险.建立了描写一字型剪力墙在自重作用下发生面外挠曲变形的微分方程,并... 详细信息

某些高层建筑的楼梯间外纵墙,是紧临建筑外部的高度很大的一字型剪力墙,在自身高度范围内,除了底部约束和顶部约束外,其他位置所受约束较弱,存在面外屈曲失稳的风险.建立了描写一字型剪力墙在自重作用下发生面外挠曲变形的微分方程,并求出了其解析解,解的数学形式与贝塞尔函数有关.针对4种边界约束形式(底端固支、顶端自由;底端固支、顶端简支;两端简支;两端固支),高精度地给出了一字型剪力墙发生面外失稳的屈曲临界条件,通过算例对屈曲临界条件的工程应用价值进行了简单评述.

关键词：剪力墙稳定性屈曲贝塞尔方程贝塞尔函数

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北疆白砂岩与泥岩的土水特征曲线及渗透曲线实验研究

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岩土工程学报 2020年第S01期42卷 229-233页

作者：谭志翔王正中葛建锐江浩源刘铨鸿孟晓栋西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

中国北疆地区大型渠道基土多为白砂岩和泥岩,其水力特性决定着渠道结构病害的形成与发育。为此以新疆阿勒泰北屯灌区的白砂岩、泥岩为研究对象,测试其物理力学和抗渗各项指标;根据非饱和土理论,采用滤纸法得到其土水特征曲线,并基于Gard... 详细信息

中国北疆地区大型渠道基土多为白砂岩和泥岩,其水力特性决定着渠道结构病害的形成与发育。为此以新疆阿勒泰北屯灌区的白砂岩、泥岩为研究对象,测试其物理力学和抗渗各项指标;根据非饱和土理论,采用滤纸法得到其土水特征曲线,并基于Gardner模型、Van Genuchten模型和Fredlund&Xing模型对土水特征曲线进行参数拟合并分析其持水特性;结合其土水特征曲线进一步采用Childs&Collis-Geroge模型研究了其非饱和渗透曲线。试验结果表明:白砂岩、泥岩具有膨胀性且为低渗透性土体。白砂岩抗剪强度高、压缩性低。白砂岩、泥岩土水特征曲线拟合效果最好的分别是GA模型、VG模型,泥岩较白砂岩的持水性能更好。相对渗透系数随基质吸力增加而急剧降低,一定基质吸力范围内两者在双对数坐标系中呈直线型曲线。

关键词：白砂岩与泥岩土水特征曲线滤纸法基质吸力渗透系数

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冻融循环作用下砂土粒组变化的分形特征及其与长期强度的相关性分析

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冰川冻土 2022年第6期44卷 1820-1832页

作者：刘启张泽张圣嵘恽晴飞付峻松东北林业大学土木工程学院/寒区科学与工程研究院/冻土研究所黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学东北多年冻土区地质环境系统教育部野外科学观测研究站/东北多年冻土区环境、道路建设与养护协同创新中心黑龙江哈尔滨150040 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 上海长凯岩土工程有限公司上海200093

在季节冻土区施工时,冷暖交替所产生的冻融循环作用是寒区工程破坏的主要原因之一,还原土体受冻融作用时的性质和状态尤为重要。制备了不同冻融循环次数的砂土试样,使用球形模板压入仪测试冻结砂土的长期强度,利用分形理论以及显著性分... 详细信息

在季节冻土区施工时,冷暖交替所产生的冻融循环作用是寒区工程破坏的主要原因之一,还原土体受冻融作用时的性质和状态尤为重要。制备了不同冻融循环次数的砂土试样,使用球形模板压入仪测试冻结砂土的长期强度,利用分形理论以及显著性分析的方法研究了不同冻融循环次数下两种冻结砂土的粒组与长期强度的变化规律。结果表明:对于细砂(FS),分形维数DB与长期强度变化呈极显著正相关,其中≥0.15~0.20 mm和≥0.25~0.40 mm粒组与长期强度的拟合优度较好,为FS的优势粒级;对于中砂(MS),分形维数DB与长期强度呈微正相关,变化呈“竖向N”趋势波动,其中≥0.30~0.40 mm和≥0.40 mm粒组与长期强度的拟合优度较好,为MS的优势粒级;其他粒组含量与长期强度变化并无明显关联。冻融作用改变了土体中粗、细颗粒粒组的含量配比。同时,随着整体粒径区间的增大,优势粒级也随之增大,表现为冻结砂土的长期强度会随着某些粒级含量的增加呈现先降低后升高的趋势。研究结果可为受冻融作用地区长期强度的测定提供理论参考。

关键词：冻融循环长期强度冻结砂土粒组分形维数

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