南方短时冻土的热物理性质及抗压强度特征

为探讨在极端冰雪条件下南方短时冻土的热物理性质及强度特征,在湖北、湖南、广西等地选取典型土样,对初始含水量不同的土样在不同温度下进行热物理参数和单轴抗压强度试验。结果表明：冻土的干密度越大,导热系数越大;含水量越大,导热系数越大;随着温度的升高,冻土的破坏应变呈现出增大的趋势,应力-应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,即冻土的塑性增强;冻土抗压强度随温度的降低而增大;相同温度条件下,饱水后冻土的单轴抗压强度大于等于饱水前的强度。     

南方地区极端冰雪对基础设施安全的影响及防治

2008年南方极端冰雪灾害和汶川地震以后,国家对自然灾害越来越重视,开展了国家十一五科技支撑课题《极端冰雪条件下地质灾害对重要基础设施安全的影响及防治措施研究》的研究。以边坡工程、输变电及电气设备基础工程、重要公用民用工程地基为对象,研究了极端冰雪条件下地质灾害对重要基础设施安全的影响,分别得出了融雪入渗与冻融循环对边坡工程、输变电工程地基、地基稳定性、岩土体与支护结构一体化安全性影响的结论,提出了极端冰雪条件下的地质灾害防治对策。     

南方地区极端冰雪条件下的边坡渗流分析

结合工程实例,在假定极端冰雪边界条件及边坡岩体渗透特性条件下,采用饱和-非饱和渗流分析方法,研究了我国南方极端冰雪融水对边坡渗流场的影响。结果显示:融雪入渗将显著抬高边坡浅表部的压力水头,特别是缓坡地带及坡脚处可能出现范围较大的暂态饱和区。随着融雪水持续入渗,下部压力水头逐渐升高,自由面位置明显上升,但入渗结束后的一段时间内,坡体局部压力水头并无明显降低,且受上部入渗影响,压力水头甚至呈现继续升高的趋势。边坡深部渗流场受融雪入渗影响较小。     

南方极端冰雪灾害条件下边坡崩塌机理初步研究

针对2008年初我国南方罕见的极端冰雪条件下的岩土坡体崩塌问题,运用岩土体的水分场、温度场及应力场三场耦合基本理论,采用FLAC3D模拟软件,对饱和状态下的岩质边坡进行数值模拟计算,从冻结深度及冻胀变形两个方面揭示了南方极端冰雪灾害条件下崩塌形成机理。计算结果表明,短时间内冻结仅仅发生在岩土体表层;在冻结过程中,边坡表层质点发生了向自由边界的位移,随着冻结时间的延长,冻胀位移有增大的趋势。边坡岩土体的冻融损伤只发生在边坡表层,因此南方极端冰雪环境下边坡多发生浅层崩滑破坏,并给出了相应崩塌形成的过程示意图。     

山东省极端气候指数变化特征研究

为探究山东省极端气候指数的时空变化与特征,选取山东省1979—2020年95个气象站点的逐日气温和降水量实测数据,采用Mann-Kendall（M-K）检验方法和Sen斜率估计法计算时间变化特征,及Inverse Distance Weight（IDW）反距离权重法探究空间变化趋势。结果表明:（1）山东省境内低温极端气温指数（TN10p和FD0）呈下降趋势,下降速率分别为0.004 8和6.42 d/（10 a）,高温极端气温指数（TX90p、TXx和SU25）呈上升趋势,上升速率分别为4.06 d/（10 a）、0.32 ℃/（10 a）和2.31 d/（10 a）;其内陆区域和沿海区域极端气温指数表现出了与山东省整体较好的一致性,空间趋势不明显。（2）极端降水指数均呈上升趋势,沿海区域多大于内陆区域。降水强度指数（R95p、R99p和RX5day）呈显著增加趋势,增加速率分别为22.16、10.83和10.55 mm/（10 a）,空间分布上,高值区域多分布在东部沿海区域和南部部分区域,可能会增加洪涝灾害风险。     

极端冰雪灾害条件下三峡船闸边坡安全性分析

极端冰雪天气容易诱发边坡工程发生地质灾害。不同类型地质灾害的诱发因素非常复杂,且与极端冰雪灾害的历时过程密切相关。通过分析长江三峡工程双线五级船闸边坡工程的监测数据,建立了考虑温度、降雨及时效等相关因素的边坡稳定性计算模型,并分析了三峡船闸高边坡在极端冰雪灾害期间的安全性。分析结果表明,极端冰雪条件对边坡的支护体系及稳定性影响很小。     

极端冰雪条件下危岩结构面冰胀力计算方法探讨

极端冰雪灾害条件下,冰胀力是影响边坡危岩体稳定的重要因素。首先介绍了基于弹性理论的结构面冰胀力解析算法。引入"等效线膨胀系数"概念,对结构面冰胀力进行了数值模拟分析,并对两种算法的成果进行了比较,发现两种方法计算出的冰胀力十分接近,验证了两种方法的正确性,为极端冰雪灾害条件下边坡危岩体稳定分析提供了理论依据。     

极端冰雪灾害对边坡工程稳定性影响分析研究

为了研究极端冰雪灾害对边坡工程稳定性的影响,根据饱和非饱和渗流分析理论并结合工程实例,对考虑不同融雪入渗补给强度和入渗时间等5种工况进行了分析计算。结果表明:当融雪入渗补给时,边坡的滑动模式和潜在滑动面基本不变,但边坡稳定安全系数随融雪入渗过程呈下降趋势,且前12 h安全系数降幅最大;融雪入渗补给强度对边坡稳定性影响较大,坡体表面停止入渗补给后,上部岩体富集水会继续下渗,若入渗强度较大,安全系数仍缓慢降低;若入渗强度较小,安全系数会缓慢上升;最危险工况一般在融雪入渗48 h左右发生。     

极端气候环境下水利工程恢复力评价指标体系建立

水利工程是一个复杂的多层耦合系统,从水利工程恢复力的影响因素出发,考虑到工程区域自然条件、经济和社会因素对水利工程恢复力的影响,选取极端气候环境、灾害状况、水文气象、生态环境等自然因素,农户、政府、企业和社会水平等社会因素以及经济因素等方面指标,建立极端气候环境下多层次多目标水利工程恢复力评价指标体系,为水利工程恢复力评价提供了理论基础。     

1951-2020年大理市极端气候事件变化特征

【目的】在全球变暖的背景下,频发的极端气候事件愈发影响着人类生活、社会经济发展等。大理市是极端天气和气象灾害的多发区,亟需系统研究其极端气候事件变化特征。【方法】以大理市1951—2020年逐日气象观测数据为基础,对16个极端气温指数和11个极端降水指数运用线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验、Pettitt、滑动t检验(MTT)、集合经验模态分解(EEMD)等方法对其变化趋势、突变特征及多时间尺度变化周期展开研究。【结果】结果显示：1951—2020年间大理市极端暖事件指数(SU25、WSDI、TN90p、TX90p)和TNx变化趋势为显著上升,而极端冷事件指数(FD0、CSDI、TN10p、TX10p)变化趋势呈下降。极端降水指数中,R10、R1、Rx5day、PRCPTOT与CWD下降显著;Pettitt、M-K及MTT法均得出FD0、SU25、WSDI、TNx、TN10p、TN90p、TX90p、R1与R10有明显突变点;EEMD所得到的各分量和趋势项表示不同尺度下极端气温指数和极端降水指数的变化特征。其中,极端气温指数的强周期主要为准3 a/7 a年际尺度周期及准1...     

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融是急需研究的问题,对于冬季降雪频繁地区开河预报、冰凌洪水风险分析具有重要的实用价值。基于雪盖和冰盖的热力条件是准稳态假设,建立了冰盖热力增厚和消融速率与雪厚、冰厚、大气传递给雪面的净热通量和水体传递给冰底面净热通量的函数关系,包括：太阳辐射、反射和透射,雪面和大气的长波辐射,雪面蒸发-对流,河床地温等因素。提出了雪面温度和冰盖垂向温度分布的理论公式及冰盖热力增厚和消融发展过程的数值计算模型。最后,以黑龙江漠河段实测的冰情为例,验证了所提冰盖热力增厚和消融数学模型的实用性,并分析了一些重要参数随时间的变化特点。     

南方红壤丘陵区不同生态恢复措施对土壤质量的影响

对南方红壤丘陵区的荒坡地采取不同生态恢复措施后的土壤理化性质指标进行了测定,分析结果表明:前埂后沟梯壁植百喜草的梯田果园对减小土壤密度、提高土壤持水能力和改善土壤通气状况的效果最好,横坡间种农作物的坡地果园对改善土壤结构效果最好;采取不同生态恢复措施的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷含量均高于裸露地,且以前埂后沟梯壁植百喜草的梯田果园各指标含量最高。采取不同生态恢复措施的土壤碱解氮含量和速效钾含量同样以前埂后沟梯壁植百喜草的梯田果园最高。试验结果表明,采用不同措施的生态果园对土壤的生态恢复效果较好,尤以前埂后沟梯壁植百喜草梯田果园效果最好。     

季冻区草炭土工程地质特性研究

通过对吉林省境内草炭土地区第四纪地质进行研究发现,草炭土地区地层结构为“三元结构”,自上而下依次为草炭土、淤泥质土（或黏土）和砂砾石土。草炭土形成的时间为晚第四纪全新世,沉积时代新,出露于浅表。对吉林省广泛分布的草炭土的物质组成和物理力学特性进行分析和总结,得出季冻区草炭土具有低容重、高含水量、大孔隙比、有机质含量高、高压缩性的特点,为草炭土地区路基建设确定切实可行的处治方案提供了可靠的参数依据。     

南方坡耕地水土流失过程与调控研究

南方坡耕地水土流失防治任务迫切而严峻,由于南方或是自然条件、或是经济条件、抑或是农耕文化的原因,现有水土保持措施仍不能很好地满足南方坡耕地治理。在多年从事水土保持经历的基础上,结合相关实验,探讨南方坡耕地水土流失过程与调控,为南方坡耕地治理提供科学依据。结果发现南方坡耕地水土流失是内因和外因综合作用的产物,坡面细沟发育是坡耕地水土流失转向强烈的最明显标志。在当前国家大力推进生态文明建设和长江经济带建设背景下,结合南方实际,将细沟消灭作为坡耕地水土流失防治目标和标准,提出了“排水保土”的坡耕地治理原理、以“调控坡面径流”为核心的坡耕地治理措施总体布局、新型截水沟设计和“保土增肥”技术,以期抛砖引玉,加快坡耕地水土流失治理,实现水土流失科学防治。     

稳定积雪覆盖下的季节性冻土水分特征及其数值模拟

为了深入研究积雪覆盖边界条件下的土壤水分迁移规律,通过冬季野外土壤水分观测试验,利用土壤水动力学理论,建立了稳定积雪覆盖条件下季节性冻土水分迁移模型。研究结果表明,积雪覆盖土壤比裸地平均地温高出1℃,土壤体积含水率(土壤剖面0～100cm内)高出2%,体现了积雪覆盖不仅能够阻碍土壤热量散失,而且能保持土壤墒情;建立的水分迁移模型能够精准的模拟积雪覆盖条件下冻结土壤水分迁移动态,其相对平均误差仅为3.51%。研究结果对于丰富和完善冻土水分迁移理论,解决春旱和冬小麦"冷拔"等问题具有重要的理论和实践意义。     

南方红壤区马尾松林下水土流失与降雨量关系研究

为了更好地研究马尾松林水土流失规律,从水土流失主要控制因子——降雨因子出发,通过对红壤侵蚀区不同林下配置模式马尾松林径流试验小区2009—2011年的产流、产沙与降雨量的关系研究。得到如下结论：①各小区的产流量和产沙量均与降雨量呈显著性相关,回归模型主要以一元二次回归最优,个别小区以幂函数和对数函数最优,其中以马尾松地表裸露小区模拟方程可决系数最大;②各雨型在同一郁闭度条件下,除去郁闭度为0％的小区外,各小区基本满足乔＋地表裸露〉乔＋百喜草〉乔＋胡枝子,伴随着降雨量的增加,各小区的径流系数总体上呈增加的趋势,尤其在暴雨和大暴雨以上的雨型更加明显;③产沙方面,各雨型条件下,除去郁闭度为O％的小区和个别郁闭度为24％的小区外,基本上满足乔＋地表裸露〉乔＋胡枝子〉乔＋百喜草。     

季节冻土区挡土墙的冻害及其防治措施

冻害是季节冻土区挡土墙破坏的主要原因。本文结合工程实例 ,总结了季节冻土区挡土墙破坏常见的几种型式 ,分析了破坏的主要原因 ,并介绍了防治措施     

考虑冻土与结构相互作用的梯形渠道冻胀破坏弹性地基梁模型

假定渠基冻土为服从Winkler假设的弹性地基,提出一种针对开放系统混凝土梯形渠道的衬砌冻胀力分布计算方法。基于弹性地基梁理论引入与冻胀变形成比例的附加项来反映衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,导出考虑冻土与衬砌结构耦合作用的冻土地基梁挠曲线微分方程。基于此,对现浇混凝土梯形渠道底板和坡板分别建立冻胀模型,并结合边界条件对方程求解获得渠道底板和坡板挠度和内力的解析表达式,进而建立了基于衬砌冻胀位移计算的渠道衬砌冻胀破坏判断准则。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,对衬砌各点冻胀位移进行了计算,并与材料力学方法的计算结果及原型观测值进行了对比分析。结果表明,本文方法由于考虑了衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,冻胀位移计算结果均较材料力学方法小,且与观测值更加符合。研究结果可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。