为缓解高寒矿区扰动土体难以形成冻土带来的不利影响，选取5种W-OH浓度（0%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%）喷施于扰动土体底部，重构矿区冻土阻水层，进行抗压试验、入渗试验和模拟降雨试验，分别从物理性能、入渗产流产沙、经济性3个层面进行重构阻水层评价分析，采用层次分析法和专家打分法选出8个影响重构阻水层的主要因子，构建重构阻水层功能评价体系，根据综合评分选出该地区最佳的重构阻水层方案。结果表明：（1）W-OH增强了煤矸石固结体的强度，特别是4.5%W-OH浓度时效果最明显。（2）W-OH浓度上升导致重构阻水层入渗率降低，稳渗历时延长，累计入渗量减少。（3）在降雨条件下，W-OH浓度升高降低了煤矸石固结体的稳定入渗率，增加了平均产流率和平均产沙率，并且平均产流率和平均产沙率都同W-OH浓度、坡度存在正相关关系。（4）4.5%W-OH浓度方案功能综合评分最高，但在实际施工中，4.5%W-OH浓度方案易堵塞喷头，故推荐使用评分次之的3.5%W-OH浓度方案重构矿区冻土阻水层。研究结果可为W-OH在高寒矿区重构冻土阻水层应用提供理论依据。

坡向和坡位是影响坡面活动层土壤水分入渗的重要因素,然而当前对多年冻土区活动层土壤冻融循环影响下不同坡向、坡位土壤水分入渗特征的研究甚少。本文设置了不同时空条件的野外试验点,更加系统地分析了青藏高原多年冻土区活动层土壤水分入渗过程的时空差异性。选取青藏高原腹地风火山流域高寒草甸坡面活动层土壤为试验地,分别在不同的坡向(阳坡、阴坡)和坡位(坡顶、坡中)设置观测点,分析活动层土壤在完全融化期(7—8月)和开始冻结期(9—10月)坡面水分的入渗特征及其时空差异性,评估不同入渗模型在研究区的适用性。结果表明,多年冻土区坡面活动层土壤水分入渗特征具有较强的时空差异性。土壤水分入渗过程可以分为入渗瞬变阶段(0～30 min)、入渗渐变阶段(30～100 min)、入渗稳定阶段(>100 min)三个阶段,入渗速率的大小整体表现为阳坡>阴坡,坡顶>坡中,完全融化期>开始冻结期,瞬变阶段>渐变阶段>稳定阶段。五种模型对入渗过程的模拟结果显示,Horton模型对青藏高原多年冻土区土壤水分入渗过程的模拟效果最佳,而通用经验模型和蒋定生公式对入渗的拟合曲线和统计参数几乎完全...

青藏高原多年冻土区活动层土壤的入渗规律研究是高寒区土壤水循环过程研究的主要内容。以青藏高原多年冻土区高寒沼泽草甸、高寒草甸和高寒草原的活动层土壤为研究对象，裸地为参照对象，分析了不同植被类型土壤的入渗规律及其主要影响因子。结果表明：不同植被类型土壤的入渗能力排序为高寒草原>裸地>高寒草甸>高寒沼泽草甸。高寒草甸土壤中致密的根系对土壤水分的运移具有强烈的阻滞作用，降低了土壤的入渗性能，而高寒草原土壤层根系较为稀疏，对土壤入渗的阻滞作用较弱，土壤水分向深层的渗漏速率较大。通过对比4种土壤入渗模型的模拟结果，发现Horton模型更适用于描述高寒草地土壤水分的入渗过程。另外，不同入渗模型对裸地入渗过程的模拟均优于其他植被类型草地，说明植被类型及植物的生长状况影响土壤入渗过程的模拟效果。全球变暖条件下，多年冻土区土壤入渗研究将为青藏高原多年冻土区陆地水文过程模型提供参数支持，为未来水资源变化研究提供基础数据。

为研究春融期降雨工况下季节冻土边坡水热迁移规律及降雨入渗机理，选取季节冻土区高速公路路堤边坡为研究对象，基于非饱和冻土水热迁移耦合模型结合降雨入渗边界条件，提出了降雨入渗条件下冻土边坡水热耦合理论与数值计算方法，并通过COMSOL有限元仿真软件对冻土边坡降雨入渗过程进行计算，分析不同降雨强度、初始含水率对冻土边坡体积含水率、温度、入渗率、湿润锋变化影响规律，同时开展冻土边坡降雨入渗模型试验研究，并将试验结果与数值模拟结果对比分析，验证了数值方法合理性。研究结果表明：中雨、大雨强度降雨持续12 h后，降雨入渗深度可达50 cm,受非饱和状态及孔隙冰阻碍渗流通道影响，降雨初期冻土边坡入渗率极低，随着冻土逐渐融化，入渗率逐渐提高；水热迁移耦合模型可较好体现降雨强度、初始含水率对于冻土边坡水热状态变化的影响规律，降雨强度越大，冻土边坡含水率上升越快；初始含水率越高冻土边坡中体积冰含量越高，降雨前期边坡体积含水率变化较慢，后期变化速度加快，初始含水率越大，温度上升迟缓现象越明显；相较于常温边坡降雨入渗规律，冻土边坡湿润锋增长速度呈现明显的初期缓慢-加速-放缓三段式发展，湿润锋深度在10 cm以内...

冻土土壤水分运动由于受到冻融过程的影响而显示其独特性,而目前对于不同类型冻土土壤水分入渗特性尚缺乏足够的认识。为此,以黄河源区康穷小盆地多下坡年冻土和上坡季节冻土区为例,结合季节降雨变化,基于大气降水、冻土土壤水分、冻结层上水等野外监测数据分析,采用HYDRUS-1D软件冻融模块进行土壤水分入渗模拟,对比分析了融化期多年冻土和季节冻土土壤水分运移过程的差异性,研究结果表明:(1)在快速融化阶段,降雨以地表径流为主,表层土壤水分含量增加,土壤下渗有限,冻结层上水位上升幅度较小;在稳定融化阶段,土壤水分含量增加,土壤水分下渗增强,受冻土层阻隔影响,多年冻土区冻结层上水水位上升幅度较大,季节冻土区土壤水分则以深层渗漏或侧向流动为主。(2)受到降雨强度、土壤质地、蒸散发、植被覆盖等因素的影响,降雨损失主要以地表径流为主,下坡各层土壤水分随冻结土壤融化自上而下逐渐增加并达到饱和状态,但上坡表层土壤不易达到饱水状态。(3)区域河流贯穿融区地下水发育,导致上坡冻结层上水位小幅度上升,下坡冻结层上水位的变化除受到降雨入渗的影响外,还受到融区地下水的影响,引起下坡冻结层上水位的快速上升。研究结果有助于深...

为分析冻融过程、道砟覆盖及降雨对多年冻土区铁路路基土体导热系数的影响,对青藏高原多年冻土区铁路路基试验段和天然地表土体开展导热系数、温度、水分原位监测。结果表明:融化期导热系数波动均明显大于冻结期,天然场地导热系数在冻结期大于融化期,而无道砟覆盖路基土体和道砟覆盖路基土体的导热系数在冻结期小于融化期,与通常的认知和温度场模拟取值相反;道砟层的保温和阻水效应导致道砟覆盖路基土体含水量和导热系数均小于无道砟覆盖路基土体,冻结期路基土体导热系数有减小趋势,道砟覆盖路基土体尤为显著;降雨入渗增大土体导热系数,低含水量的道砟覆盖路基土体导热系数对降雨的响应最强烈。寒区路基工程数值模拟时,应考虑水热变化对导热系数的影响,不宜采用固定相变区间的分段函数或阶跃函数预估导热系数。

以辽西朝阳、阜新为试验区,结合区域土壤下渗试验观测数据,建立区域土壤物化参数和下渗参数之间的多元非线性回归方程,推求双参数冻融入渗模型的下渗参数,并分析该模型在辽西冬季冻土期土壤下渗水量预测的适用性。结果表明:构建的非线性回归方程,均通过T检验和F检验的显著性检验,构建方程可靠,可用来推求冻融模型的下渗参数,通过实例分析,参数计算值和试验观测值之间的误差为1.869%9.245%;双参数冻融入渗模型在辽西冬季冻土期土壤水非线性预测具有较好的适用性,计算的土壤入渗水量和试验观测的下渗量之间误差为5.949%7.228%。该研究方法可为东北地区冬季冻土期的储水灌溉提供技术参考。

为了分析季节性冻土区春季融雪入渗对地下水的补给作用,通过对小型野外试验场地气温、地下水位和土壤温度以及土壤湿度动态的系统监测,分析了冻结期和融冻期间地下水位动态的变化特征及其与相关环境要素的对应关系。在此基础上,分析了冻土层渗透性的影响因素,提出了季节性冻土区不同冻融阶段相应的地下水补给模式。研究结果表明:季节性冻土区大气降水入渗量应分非冻结期、冻结期以及融冻期三个时段进行计算,其中冻结期大气降水以降雪形式出现,对地下水无入渗补给作用;春季融冻期间,在冻结期内产生的积雪开始融化,可单独或与大气降雨一起入渗,并对地下水产生较为明显补给作用,但入渗补给系数相对较小,在本文的实例研究场地内,融冻期的融雪(降水)入渗补给系数仅为非冻结期大气降水入渗系数的1/2左右。

在多年冻土区典型坡面上,将坡面划分为坡下（L）、坡中（M）和坡顶（H）三个坡位,每个坡位上各选取92%、60%和30%植被盖度为研究对象,用双环入渗仪测定土壤水分入渗过程,对影响土壤入渗过程的环境因子进行了分析,并基于土壤物理特性及土壤水分的测定进行模型模拟。结果表明:研究区不同植被盖度下土壤水分入渗性能在活动层冻融过程中差异明显,初始含水量和初始入渗率具有较好的负相关关系;稳定入渗率大小为:活动层融化期,92%(0.61 mm·min-1)>60%(0.50 mm·min-1)>30%(0.29 mm·min-1);活动层开始冻结期,60%(0.56 mm·min-1)>30%(0.39 mm·min-1)>92%(0.26 mm·min-1)。土壤水分入渗速率具有显著的坡位差异并与冻土的冻融循环过程关系紧密。主要表现为,稳定入渗速率随坡位高度的降低依次递减;同一坡位下,开始冻结期入渗速率小于融化期。在整个入渗阶段,坡顶的累积入渗...

为研究寒区铁路路基水热动态过程,以北麓河地区路基试验段道砟覆盖路面、无道砟路面(砂砾路面)和天然场地的水分、温度、热通量和降水等数据为基础,分析铁路路基活动层水热宏观迁移规律、活动层水分累积情况及降水对路基热状况的影响。结果表明:路基活动层各深度地温随时间呈正弦规律变化,道砟层能够有效减少外部热量进入路基,道砟路面年平均地温和年较差明显低于砂砾路面;融化期间路基液态水和降水向下运移,冻结过程中水分向冻结锋面运移;夏季强降雨和持续降雨对浅层路基(高度<75cm)短期水热有明显影响,但路基长期水热受降雨影响不明显,也未出现明显水分累积;降雨入渗、地表蒸发伴随的液态水和水汽运移对铁路路基表层水热影响不可忽略。