为准确预测并有效控制高寒高海拔地区洞室围岩的稳定性,针对不同冻融循环作用下砂岩进行分级卸荷蠕变试验,揭示砂岩衰减、稳态和加速蠕变3阶段特征;通过引入非线性粘滞元件对牛顿黏性系数进行修正,将冻融循环与三轴卸荷蠕变行为相结合,提出能够表征蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,并基于ABAQUS用户自定义材料接口完成模型二次开发。研究结果表明:该模型较传统西原模型显著提高蠕变行为拟合精度。研究结果可为高寒高海拔地区洞室围岩卸荷蠕变预测与稳定性控制提供理论支撑。
通过室内试验设置5种积雪处理(对照组CK为无积雪覆盖;B为大粒径雪层;BL为大粒径覆盖在小粒径雪层上;LB为小粒径覆盖在大粒径雪层上;L为小粒径雪层),探究融化期冻融循环下雪层结构差异对土壤物理特性的影响。结果表明:不同结构的积雪完全融化时间接近,CK处理受冻融循环的影响最大,有无积雪覆盖下土壤温湿度差异显著。试验中期,覆雪处理间土壤容重、团聚体稳定性接近;试验结束,B、BL处理土壤容重、团聚体稳定性,显著高于L、LB处理。B、BL处理蒸发量较高、出流时间较晚、出流量较小,但泥沙比、融雪侵蚀参数高于L、LB处理。而L、LB处理的融雪水利用率较低,融雪侵蚀参数也较低。L、LB处理有利于融雪水出流、土壤解冻,可减少土壤侵蚀,适宜实际农业生产。
冻土区天然气水合物开采过程中冰相生成增加了天然气在储层内的运移难度,因此,增加天然气产量和减少冰的产生对储层内气体运移阻塞影响是冻融水合物储层高效开发面临的关键问题。以祁连山冻土区DK–2站位储层参数为基础,提出降压与水力压裂协同开发策略。通过数值模拟系统评估压裂带半径(0~5 m)和渗透率(1~1 000 mD)对开采效果的影响。研究表明,水力压裂形成的改性储层区可有效抑制冰相堵塞,加速压力传递与气体运移。当压裂带半径由0增至5.0 m时,天然气30 a的累计产量提升219%,其中前10 a贡献率达54.8%,储层总体分解率为48.7%。参数敏感性分析表明,压裂带渗透率超过100 mD后增产效果趋缓,最优压裂半径取4 m。该研究成果为冻土区水合物开采中冰堵效应的工程调控提供了理论依据,揭示了储层改造对提升气水两相运移效率的重要作用。
为深入了解高原冻融区填石通风路基热量传递规律及沉降变形特征,依托新疆喀喇昆仑山区G219线冻融区新建公路工程,通过现场布设温度传感器和沉降监测点,对填石通风路基的温度变化和沉降变形进行实时监测。监测数据分析表明,填石通风路基对道路内部热量传入起到阻碍作用,并且随填土高度增加,通风路基底部出现明显的温度滞后现象,降低路基的整体沉降变形,减缓阴阳坡效应。
选用1970年10月至2021年4月大连市6个气象站的冻土观测资料、逐日平均地温、逐日平均气温及极端最低气温等资料,应用小波分析、线性回归分析、M-K检验等方法,分析近51 a大连市最大冻土深度的时空变化特征,并探讨其对气候变暖的响应。结果表明:1970—2021年大连市最大冻土深度的气候倾向率为-6.9 cm/10 a,年平均冻土持续时间为117 d,年变化为减少趋势,气候倾向率为-7.2 d/10 a;冻土开始日期推迟、结束日期提前,平均开始日期和结束日期分别为11月20日和3月18日。冻土最大冻结深度具有4类尺度的周期变化特征,其中以16~26 a的周期变化最显著。相关关系分析表明,近51 a大连市地温、气温、极端最低气温与最大冻土深度均为显著的负相关关系,地温对冻土最大深度的影响最为显著。
选用1970年10月至2021年4月大连市6个气象站的冻土观测资料、逐日平均地温、逐日平均气温及极端最低气温等资料,应用小波分析、线性回归分析、M-K检验等方法,分析近51 a大连市最大冻土深度的时空变化特征,并探讨其对气候变暖的响应。结果表明:1970—2021年大连市最大冻土深度的气候倾向率为-6.9 cm/10 a,年平均冻土持续时间为117 d,年变化为减少趋势,气候倾向率为-7.2 d/10 a;冻土开始日期推迟、结束日期提前,平均开始日期和结束日期分别为11月20日和3月18日。冻土最大冻结深度具有4类尺度的周期变化特征,其中以16~26 a的周期变化最显著。相关关系分析表明,近51 a大连市地温、气温、极端最低气温与最大冻土深度均为显著的负相关关系,地温对冻土最大深度的影响最为显著。
为深入了解高原冻融区填石通风路基热量传递规律及沉降变形特征,依托新疆喀喇昆仑山区G219线冻融区新建公路工程,通过现场布设温度传感器和沉降监测点,对填石通风路基的温度变化和沉降变形进行实时监测。监测数据分析表明,填石通风路基对道路内部热量传入起到阻碍作用,并且随填土高度增加,通风路基底部出现明显的温度滞后现象,降低路基的整体沉降变形,减缓阴阳坡效应。
为深入了解高原冻融区填石通风路基热量传递规律及沉降变形特征,依托新疆喀喇昆仑山区G219线冻融区新建公路工程,通过现场布设温度传感器和沉降监测点,对填石通风路基的温度变化和沉降变形进行实时监测。监测数据分析表明,填石通风路基对道路内部热量传入起到阻碍作用,并且随填土高度增加,通风路基底部出现明显的温度滞后现象,降低路基的整体沉降变形,减缓阴阳坡效应。
选用1970年10月至2021年4月大连市6个气象站的冻土观测资料、逐日平均地温、逐日平均气温及极端最低气温等资料,应用小波分析、线性回归分析、M-K检验等方法,分析近51 a大连市最大冻土深度的时空变化特征,并探讨其对气候变暖的响应。结果表明:1970—2021年大连市最大冻土深度的气候倾向率为-6.9 cm/10 a,年平均冻土持续时间为117 d,年变化为减少趋势,气候倾向率为-7.2 d/10 a;冻土开始日期推迟、结束日期提前,平均开始日期和结束日期分别为11月20日和3月18日。冻土最大冻结深度具有4类尺度的周期变化特征,其中以16~26 a的周期变化最显著。相关关系分析表明,近51 a大连市地温、气温、极端最低气温与最大冻土深度均为显著的负相关关系,地温对冻土最大深度的影响最为显著。