全球气候变暖趋势下，多年冻土地基的赋存环境发生变化，导致多年冻土区路基的下沉现象较为普遍，为保证多年冻土地基的稳定，急需新型技术以应对带来的多年冻土工程稳定性挑战。该文重点介绍太阳能吸附式制冷在维护多年冻土中的机理及作用，通过分析青藏高原丰富的太阳能资源，探讨太阳能吸附式制冷在保护多年冻土地基热稳定中的潜力。研究结果表明，太阳能吸附式制冷技术在多年冻土区能够充分利用丰富的太阳光照作为热源动力，实现持续制冷，有效保护冻土地基。该文还讨论太阳能热棒技术的现状和未来发展方向，指出其作为一种环保、节能的制冷方式，在应对全球气候变暖和保护寒区工程热稳定方面具有广阔的应用前景。
针对中国多年冻土区广泛面临的冻土退化和路基融沉问题,提出引入一种更具实时性和有效性的防治方法——制冷技术。应用理念为,通过制冷技术在暖季将热量由多年冻土逆向传递回大气环境,实时控制冻土的热量收支状态。对于制冷驱动源的分散供应,中国多年冻土区属于太阳能利用条件良好的Ⅰ类地区,太阳能制冷技术面向冻土保护具有季节匹配性、地域匹配性和技术匹配性等方面的适用性。设计与制作一种路基专用吸附式制冷管,包括集热/吸附段、冷凝段、蒸发制冷段等部分。装置工作原理为通过太阳能光热驱动吸附式制冷循环,以活性炭和甲醇为制冷工质对,利用太阳辐射的昼夜交替特征实现间歇式制冷。制冷性能试验表明,装置的制冷温度可达-2.9℃,平均温度为-1.5℃,可以有效地保护多年冻土。
为统一水分迁移的源动力,在薄膜水液压驱动力模型和表面吸附力模型的基础上,构建出薄膜水压-吸单元模型。模型分析表明,在净吸力与实际液压(或理论吸力与实际冰压)的双重作用下,产生表面吸附力,驱使水分沿基质表面切向迁移。鉴于表面吸附力与边界条件无关,对任意形式未冻水均成立,因此为水分迁移的统一源动力。据此,将压-吸单元模型引入到冻结缘理论中,发现实际冰压决定分凝冰形成的温度和位置,理论吸力决定水分迁移方向,而表面吸附力决定水分迁移速度。将Konrad试验中的主要参数代入该表面吸附力方程,发现即使温度梯度从0.10℃/cm增加到0.67℃/cm,试样高度从6.4 cm增加到28.0 cm,只要分凝冻结温度和上覆压力保持不变,表面吸附力始终恒定在-23 kPa,从而验证了该表面吸附力方程的正确性。总之,该模型的建立对完善现有冻胀理论与指导工程实践均具有重要的理论价值和现实意义。
土体冻结特征曲线（SFCC）是对冻土中未冻水含量随负温变化关系的数学描述,是研究冻土水热迁移、冻胀、本构关系等问题的重要基础。目前对于SFCC的研究,其经验表达式居多,而物理机制研究相对较少。通过考虑土颗粒与冰界面的吸附作用及冰相尖点的毛细作用,基于冰水相变平衡压力由吸附压力与毛细压力两部分共同组成,从孔隙尺度提出一个新的饱和冻土SFCC模型。模型计算结果表明,当颗粒半径逐渐增大时,相同温度下未冻水含量将不断减小,SFCC也会变得更加陡峭。基于核磁共振设备对单分散SiO2微球冻融过程SFCC进行测试,试验结果与数学模型进行比较验证,结果表明新的SFCC模型与试验结果吻合较好,且具有明确的物理意义,可以为冻土基础研究提供理论依据。
针对中国多年冻土区路基工程广泛面临的地基冻土退化和本体热害问题,基于新能源制冷技术,提出一种新的多年冻土保护方法,并设计与制作两款路基专用制冷装置。结果表明:现有多年冻土保护措施局限于调节自然温差传热过程,具有季节匹配性差和冷却效率低的不足。制冷技术可在暖季将热量由低温冻土传递向高温大气环境,实现对冻土热量收支状态的实时严格控制。压缩式和吸附式制冷方法具有一体化、小型化、高效化等有利于路基应用的优势,多年冻土区丰富的太阳能和风能可解决路基制冷驱动来源的分散供应问题。所提出的压缩式制冷管和吸附式制冷管在暖季的制冷温度分别达到-15和-3℃。
土壤地下水石油类污染依然普遍且严重。季节性冻土区土壤经历冻-融-冻过程,石油类污染物与土壤地下水作用过程更为复杂。文章综述了冻融交替对土壤理化性质的影响,以及由此引起的土壤中石油类污染物吸附解吸、生物降解过程变化,为季节性冻土区石油类污染物迁移转化的研究治理提供支持。
六溴环十二烷(HBCDs)是一类广泛应用、最具代表性的溴代阻燃剂之一，普遍存在于各类环境介质，具有环境持久性、生物毒性和长距离迁移性，受到了研究者的高度关注。目前对水体中HBCDs吸附解吸的研究主要依赖传统吸附实验方法，难以揭示复杂高泥沙河流中HBCDs在不同介质中的吸附解吸机制。本课题拟以渭河下游(高泥沙)为研究区，以HBCDs为目标物，通过水样、悬浮颗粒物、沉积物样品分析，揭示高泥沙河流中HBCDs赋存状态和时空分布特征。基于宏观吸附实验，结合同步辐射(SR)为光源的FT-IR与μ-XRF微观结构表征，研究悬浮颗粒物、沉积物中HBCDs吸附解吸过程，深入探索HBCDs在悬浮颗粒物和沉积物中的吸附解吸机制及异构体选择性富集机制。本课题的完成对于深刻解析复杂河流水体中HBCDs的迁移转化及归趋具有重要科学意义，为水质安全风险评价提供理论依据。
2016-01环境雌激素是在水循环过程中长期存在、难降解的一类典型内分泌干扰素，它即使在极低的浓度下可能导致动物内分泌紊乱及雌性化的趋势，因而对水体和生态安全构成很大威胁。开发高效的吸附材料去除环境水体中的雌激素并明确其吸附机理是目前研究的热点和难点之一。本课题针对典型雌激素的分子特征，基于聚合物与典型环境雌激素可能发生的相互作用，从分子角度设计一种新型两亲嵌段共聚物，并通过绿色接枝具有包络能力的环糊精，促进其对环境雌激素的吸附。通过改变亲疏水嵌段比例，调节材料的亲疏水性；通过控制反应条件，调节环糊精的接枝量。结合现代纳米电纺技术，将合成的聚合物材料通过静电纺丝，制备微纳孔结合的纳米纤维薄膜。以三种典型环境雌激素为研究对象，通过精确控制材料的分子组成和物理结构，从理化性质两方面共同阐明材料与环境雌激素的关系，进而推断吸附机理，为材料在深化处理水体中环境雌激素的应用奠定基础。
2016-01为考察不同冻结状态下冻融作用对粉质粘土表面孔隙结构的影响规律,利用氮气吸附法,对黑龙江省哈尔滨市万家地区的粉质粘土冻融前、冻融中和冻融后三种不同状态进行试验研究,分析了不同冻结状态下的孔隙结构变化特征。试验结果表明,冻融前、冻融中以及冻融后土的微观结构特征有一定的变化,表现为土样冻融后孔的比表面积较冻融前增加1.9%,冻融中土孔的比表面积较冻融前减少5.9%;冻融中的微孔孔容最大,冻融前的微孔孔容最小;冻融后的中孔累积孔容增加,冻融中的累积孔容减小,冻融前后孔隙的总体分布趋势无明显的变化。
土中水分迁移的动力势问题是探讨水分迁移成冰机理以及研究冻胀、冻土内应力等冻土工程问题的关键所在。论文基于吸附薄膜理论,根据饱和冻土体内各相成分之间水、热、力耦合产生的变形在体积含量上的变化,利用质量守恒原理建立起各相成分的变形协调条件,推导出饱和冻土体的连续性方程,建立了高围压下的新的冻土的水分驱动力模型。